陳雅斌——超超臨界1000MW機(jī)組施工現(xiàn)場(chǎng)P92鋼焊接質(zhì)量控

1、Shandong Electric Power Construction No.1 CompanyShandong Electric Power Construction No.1 Company陳雅斌 劉樹(shù)生 王德鋒Shandong Electric Power Construction No.1 Company0.前言 SA335-P92鋼是在P91鋼的基礎(chǔ)上添加W元素，并適當(dāng)減少M(fèi)o元素的含量，開(kāi)發(fā)的一種新型高合金耐熱鋼，適用于工作溫度在580-620的超超臨界機(jī)組。隨著P92鋼技術(shù)的逐步成熟，國(guó)內(nèi)超超臨界機(jī)組設(shè)計(jì)的P92焊口數(shù)量越來(lái)越多，并且現(xiàn)場(chǎng)P92焊口壁厚管徑大，位置復(fù)雜，不能單純

2、依靠目前相關(guān)的P92鋼焊接熱處理工藝導(dǎo)則執(zhí)行。在施工中經(jīng)過(guò)技術(shù)及操作人員的反復(fù)驗(yàn)證和大量實(shí)踐，我們對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)P92大口徑厚壁管的焊接、熱處理工藝及現(xiàn)場(chǎng)操作進(jìn)行了改進(jìn)和總結(jié)。Shandong Electric Power Construction No.1 Company項(xiàng)目項(xiàng)目規(guī)格規(guī)格（mmmm）材質(zhì)材質(zhì)焊口數(shù)量焊口數(shù)量( (個(gè)個(gè)) )屏過(guò)至高過(guò)連接管屏過(guò)至高過(guò)連接管609.6609.6106106SA-335P92SA-335P921212屏過(guò)出口屏過(guò)出口分配分配集箱集箱3253257575SA-335P92SA-335P921919屏過(guò)出口集箱屏過(guò)出口集箱660.4660.4114114S

3、A-335P92SA-335P921 1高過(guò)出口集箱高過(guò)出口集箱711.2711.2143143SA-335P92SA-335P922 2高過(guò)出口分配集箱高過(guò)出口分配集箱355.6355.69393SA-335P92SA-335P921818高再出口集箱高再出口集箱965.2965.27070SA-335P92SA-335P922 2高再出口分配集箱高再出口分配集箱298.5298.53333SA-335P92SA-335P923737熱段管道熱段管道812.8812.84747SA-335P92SA-335P925050主蒸汽管道主蒸汽管道560560107107SA-335P92SA-33

4、5P923737合合 計(jì)計(jì)204204表表1.平頂山第二發(fā)電廠平頂山第二發(fā)電廠1000MW機(jī)組工程機(jī)組工程#1機(jī)組機(jī)組P92焊口統(tǒng)計(jì)焊口統(tǒng)計(jì)Shandong Electric Power Construction No.1 Company 我公司依據(jù)鄒縣發(fā)電廠四期 1000MW機(jī)組工程和平頂山第二發(fā)電廠1000MW機(jī)組工程等多個(gè)超超臨界機(jī)組，在P92鋼現(xiàn)場(chǎng)焊接質(zhì)量控制方面做了大量的工作。對(duì)于P92鋼現(xiàn)場(chǎng)焊接，我們采取全過(guò)程、全員參與控制焊接質(zhì)量，分別從焊接工藝制定、焊前技術(shù)操作知識(shí)培訓(xùn)、焊前練習(xí)、焊接設(shè)備及焊材管理、焊前預(yù)熱及熱處理、焊接過(guò)程控制、焊后檢驗(yàn)等將焊接整個(gè)過(guò)程系統(tǒng)化管理，以達(dá)到更好

5、的保證P92焊接質(zhì)量的目的。在平頂山項(xiàng)目我們專門成立了針對(duì)P92大口徑管道焊接的質(zhì)量攻關(guān)小組，通過(guò)實(shí)踐完善P92大口徑焊口焊接施工經(jīng)驗(yàn)。下面就根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)焊接中幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)對(duì)P92焊接質(zhì)量的控制要點(diǎn)進(jìn)行闡述。Shandong Electric Power Construction No.1 Company1.施工前準(zhǔn)備u編寫(xiě)焊接作業(yè)指導(dǎo)書(shū)u人員資質(zhì)、焊前專項(xiàng)模擬u焊接設(shè)備和工器具u人員培訓(xùn)u焊接材料選用Shandong Electric Power Construction No.1 Company 正式施焊前先進(jìn)行焊接練習(xí)以改善焊工操作手法，主要練習(xí)薄層多道焊的焊接習(xí)慣，練習(xí)控制焊層厚度和寬度，

6、以熟練控制焊接線能量在要求范圍內(nèi)。練習(xí)時(shí)技術(shù)人員給焊工講解P92鋼的理論知識(shí)和焊接操作對(duì)焊縫金屬組織狀態(tài)及晶粒度大小的影響。不斷的給焊工灌輸并理解執(zhí)行焊接工藝的必要性和重要性，加強(qiáng)其責(zé)任感，使之從思想上改變過(guò)去大電流、單道厚層的舊觀念，樹(shù)立“小線能量、快速連弧、薄焊層、多層多道”的新觀念。Shandong Electric Power Construction No.1 Company 為了既能適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)條件，又使模擬練習(xí)間達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化配置，我公司根據(jù)集裝箱改造成移動(dòng)式培訓(xùn)間。圖1.移動(dòng)培訓(xùn)間及活動(dòng)式焊位架Shandong Electric Power Construction No.1 Comp

7、any 在平頂山項(xiàng)目我們使用集中供氬系統(tǒng)集中供氬系統(tǒng)裝置，集中供氬設(shè)備安裝在集裝箱內(nèi)，通過(guò)供氬母管將氬氣輸送到各個(gè)工作點(diǎn)。為了更好的保證氬氣純度，我們對(duì)氬氣在使用前利用氬氣分析檢測(cè)儀進(jìn)行檢測(cè)，保證其純度不低于99.99%。此措施有效防止了因氬氣不純?cè)斐傻暮缚诓缓细瘳F(xiàn)象。圖2.集中供氬室及氬氣分析儀Shandong Electric Power Construction No.1 Company圖3.集中供氬裝置Shandong Electric Power Construction No.1 Company2.對(duì)口及焊前充氬l對(duì)口前對(duì)管道坡口及附近母材進(jìn)行表面探傷目的是監(jiān)測(cè)坡口及附近母材表面有

8、無(wú)細(xì)小裂紋及夾層缺陷，如發(fā)現(xiàn)細(xì)小裂紋及夾層等缺陷應(yīng)先進(jìn)行處理。l“傘形保溫氣室” 。在平頂山電廠#1機(jī)組安裝焊接中，我們經(jīng)過(guò)不斷研究實(shí)踐，自行設(shè)計(jì)制作了“傘形保溫氣室”，對(duì)口前先放置在管子內(nèi)部，熱處理完畢后再?gòu)某隹谔幫ㄟ^(guò)預(yù)先放好的細(xì)鋼絲繩將之拉出，氣室采用鐵板、保溫棉、防火毯、鋼絲繩組成，焊接過(guò)程即可起到密閉氣室的作用還可以有效的進(jìn)行內(nèi)壁的保溫，熱處理過(guò)程能夠減少內(nèi)外壁溫差，保證熱處理效果。并且制作這種保溫氣室材料易找，制作簡(jiǎn)單，快速。Shandong Electric Power Construction No.1 Company圖4：高過(guò)出口混合集箱活動(dòng)充氬氣室Shandong Elect

9、ric Power Construction No.1 Company3.預(yù)熱及層間溫度控制 過(guò)高的預(yù)熱溫度和層間溫度，對(duì)防止冷裂紋沒(méi)有明顯作用，相反還會(huì)因?yàn)樵诤附訜嵫h(huán)的共同作用下，使焊縫金屬在高溫下停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，晶粒長(zhǎng)大變脆，致使焊縫金屬韌性降低。這種現(xiàn)象在中徑薄壁管P92焊口中體現(xiàn)的更加明顯。因?yàn)橹袕奖”诠芎缚谌绮捎脙擅姾腹?duì)稱施焊，由于管徑小而造成熱量集中，焊縫因熱循環(huán)升溫快，而薄壁管冷源效果比大厚壁管差，降溫較慢，導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)間停留在層間溫度上限，甚至很容易超過(guò)要求的層間溫度。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，中徑管P92焊口熱處理后硬度要比大口徑厚壁管P92焊口熱處理后硬度普遍較高，就是這個(gè)原因造成。所以，P

10、92鋼的焊接，要求在保證不產(chǎn)生焊接冷裂紋的基礎(chǔ)上，避免采用過(guò)高的預(yù)熱溫度，嚴(yán)格控制層間溫度及焊接熱輸入量，以免焊縫冷卻速度過(guò)慢，形成鐵素體轉(zhuǎn)變和碳化物析出強(qiáng)化，降低焊縫韌性。Shandong Electric Power Construction No.1 Company表2.大口徑厚壁管與中徑薄壁管P92焊口熱處理后硬度比較項(xiàng)目名稱焊口規(guī)格焊口材質(zhì)本次統(tǒng)計(jì)焊口數(shù)量一次熱處理后硬度平均值（HB）主蒸汽管道550.0091SA-335P9220236.8高再出口分配集箱298.533SA-335P9218255.5經(jīng)過(guò)實(shí)踐研究，我們將氬弧焊打底預(yù)熱溫度定在100-150左右，最低不低于100，因

11、為考慮到個(gè)別大厚壁管內(nèi)外壁溫差，將預(yù)熱溫度升至150保溫，待內(nèi)壁溫度超過(guò)100時(shí)開(kāi)始打底，氬弧焊打底層間溫度控制在150左右，并不超過(guò)200。對(duì)于焊條電弧焊，預(yù)熱溫度200-250，最低不低于180。Shandong Electric Power Construction No.1 Company4.打 底l氬弧焊打底是P92鋼厚壁管焊口焊接的重點(diǎn)，如果焊縫根層存在超標(biāo)缺陷，挖口和重新充氬返修非常困難。l收弧接頭的控制，為避免收弧裂紋產(chǎn)生，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)實(shí)踐，我們?cè)谑栈r(shí)將熔池引向焊縫邊緣，收弧必須對(duì)熔池進(jìn)行回填，將熔池填滿，每一道焊接結(jié)束后用磨光機(jī)完全清理掉收弧填充點(diǎn)。表3.氬弧焊打底焊接工藝

12、參數(shù)（5G）鎢極規(guī)格（mm）焊絲規(guī)格（mm）焊層焊接電流（A）電弧電壓（V）焊接速度（mm/min）正面保護(hù)氬氣流量（L/ min）背面保護(hù)氬氣流量（L/ min）2.52.4190-11010-1240-508-1210-15290-11010-1250-608-1210-15Shandong Electric Power Construction No.1 Company5.焊條填充質(zhì)量控制及缺陷分析 控制好層間溫度是保證焊縫優(yōu)良組織性能的重要環(huán)節(jié)?？刂坪附拥臒彷斎肓浚{(diào)整電流大小、焊接速度、焊道寬窄和焊層厚薄是控制層間溫度的主要途徑。在現(xiàn)場(chǎng)焊接中，經(jīng)過(guò)反復(fù)的實(shí)踐證明，不能夠單純的減小焊接

13、電流，焊接電流過(guò)小，熔池鐵水粘度大，流動(dòng)性差，易造成未焊透、夾渣等工藝缺陷。焊接電流的控制應(yīng)保證鐵水流動(dòng)性適當(dāng)、熔池清晰、融合良好。在此前提下，提高焊接速度、減少焊層厚度，達(dá)到降低焊接熱輸入的目的，因此控制焊層厚度和寬度是控制焊接熱輸入的重要環(huán)節(jié)。在操作中簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是多層、多道、薄層焊接。Shandong Electric Power Construction No.1 Company表4.焊條填充及蓋面焊接工藝參數(shù)（5G）焊條規(guī)格（mm）焊層 焊接電流（A） 電弧電壓（V）焊接速度（mm/min）背面保護(hù)氬氣流量（L/ min）2.5390-11021-25120-17010-153.241

14、10-13024-27150-200 -3.2其它110-13024-27150-200 -在電焊條填充過(guò)程中易出現(xiàn)的缺陷主要是弧坑裂紋、夾雜、未融等三種（1）弧坑裂紋。收弧點(diǎn)的控制同氬弧焊打底一樣，弧坑熔池填滿并略高于附近焊縫后將收弧點(diǎn)引向該道焊縫邊緣位置，然后用磨光機(jī)將收弧填充點(diǎn)打磨平。Shandong Electric Power Construction No.1 Company圖5.收弧操作不正確引起的收弧細(xì)小裂紋 圖6.正確的焊縫收弧點(diǎn)示意圖Shandong Electric Power Construction No.1 Company（2）夾渣。由于P92焊縫熔池粘度大，流動(dòng)性

15、差，如果在焊接過(guò)程中使用電流過(guò)小或者運(yùn)條角度不對(duì)、坡口角度小，等使熔渣不能及時(shí)浮出就很容易造成夾渣缺陷。多層多道焊時(shí)，道間層間清理不干凈也是造成夾渣的主要原因。對(duì)于夾渣的防治，我們嚴(yán)格清理母材坡口及附近表面的臟物及氧化渣， 多層多道焊的道間層間必須徹底清理干凈。每焊完一道就用鋼絲刷清理焊縫，直至露出金屬光澤，經(jīng)檢查合格后，方能焊接次道。焊接過(guò)程中應(yīng)將每道焊縫接頭錯(cuò)開(kāi)10-15 mm，同時(shí)盡量焊平以便于清除藥皮。施焊中注意焊道布置，避免出現(xiàn)死角，熟練掌握焊條角度及運(yùn)條技巧。選擇合適的焊接電流，掌握好熔池溫度，避免使用過(guò)小的電流。Shandong Electric Power Constructi

16、on No.1 Company圖7.焊口夾渣Shandong Electric Power Construction No.1 Company（3）未融合。 因?yàn)镻92鋼焊接工藝要求采用較小的線能量，焊材融化后產(chǎn)生的鐵水較粘稠，流動(dòng)性差，所以手工焊容易產(chǎn)生未融合缺陷。未融合容易擴(kuò)散為裂紋類缺陷，且層間未融合與裂紋類似，所以我們應(yīng)嚴(yán)格控制。P92大口徑焊口采用的是多層多道焊，所以合理進(jìn)行焊道分部，防止坡口邊緣出現(xiàn)死角，對(duì)避免未融合及夾渣缺陷的產(chǎn)生非常重要。另外各道焊縫接頭要錯(cuò)開(kāi)，不能在同一位置收弧，避免橫向未融。Shandong Electric Power Construction No.1

17、Company圖8.主蒸汽焊口層間未融合 圖9.合理的焊道分部Shandong Electric Power Construction No.1 Company6.焊接過(guò)程控制 施焊中除要求強(qiáng)化工藝紀(jì)律、規(guī)范操作外，并全過(guò)程實(shí)行監(jiān)控，以保證焊接質(zhì)量。我們對(duì)過(guò)程的控制方法包括測(cè)溫槍對(duì)預(yù)熱及層間溫度的測(cè)量控制、鉗形表對(duì)焊接電流的監(jiān)督控制、焊縫檢測(cè)尺對(duì)層間厚度的監(jiān)測(cè)控制等。圖10.用鉗形表對(duì)焊接電流監(jiān)測(cè)控制圖11.鋼板尺對(duì)焊層厚度進(jìn)行監(jiān)控Shandong Electric Power Construction No.1 Company圖12.測(cè)溫槍對(duì)預(yù)熱及層間溫度監(jiān)控Shandong Electri

18、c Power Construction No.1 Company 在整個(gè)施焊過(guò)程，每焊完一道就用鋼絲刷清理焊縫，直至露出金屬光澤，經(jīng)自檢和旁站檢查人員確認(rèn)后，方能焊接次道。焊接過(guò)程中應(yīng)將每道焊縫接頭錯(cuò)開(kāi)10-15 mm，同時(shí)盡量焊平以便于清除藥皮。施焊中注意焊道間的交錯(cuò)和結(jié)合，避免出現(xiàn)死角。2G位置的橫焊口應(yīng)特別注意控制好焊道寬度和厚度，避免在最后一道焊縫出現(xiàn)死角產(chǎn)生夾渣或未融現(xiàn)象。5G位置的吊焊口應(yīng)注意焊條擺到邊緣母材位置時(shí)多停留一段時(shí)間，讓焊縫與母材盡量融合防止夾渣及未融合。 因?yàn)樵谑┖钢?，熱電偶測(cè)量的是坡口外壁的溫度，對(duì)于焊口開(kāi)始階段的焊接層間溫度，熱電偶并不能準(zhǔn)確測(cè)量，所以在焊接表面

19、位置幾層焊縫之前，我們采用測(cè)溫儀測(cè)量層間溫度，并進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。Shandong Electric Power Construction No.1 Company為更好的控制質(zhì)量，我們制定了“中大徑焊口交接單”，電焊工在交接班時(shí)用鋼板尺測(cè)量焊縫厚度，填寫(xiě)表格記錄。這樣如有缺陷既方便查詢責(zé)任人，并且能夠起到控制層間厚度的作用。圖13.預(yù)熱溫度通知牌圖14.中大徑焊口焊接交接單Shandong Electric Power Construction No.1 Company質(zhì)量攻關(guān)小組對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)分析Shandong Electric Power Construction No.1 Compan

20、y7.焊后熱處理 P92鋼焊口焊后狀態(tài)焊縫中的奧氏體不能完全轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，所以不能焊后立即升溫進(jìn)行回火熱處理。要求焊后冷卻至Mf點(diǎn)以下即80100區(qū)間保溫23小時(shí)，待馬氏體轉(zhuǎn)變完全后再升溫進(jìn)行最后的回火熱處理。 為保證大口徑管道內(nèi)外壁均溫和恒溫時(shí)間滿足工藝要求，在P92鋼大口徑管道熱處理時(shí)適當(dāng)延長(zhǎng)恒溫時(shí)間。在現(xiàn)場(chǎng)操作中，一方面現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際管件壁厚比評(píng)定時(shí)大得多，管道長(zhǎng)度比評(píng)定時(shí)大，冷阱效應(yīng)明顯，內(nèi)外壁溫差和管徑徑向溫度梯度都比較大，另一方面因?yàn)槲覀冞x擇的是遠(yuǎn)紅外履帶式加熱方法，受各種條件的限制所以保溫時(shí)間選擇上限，即3h/25mm。同時(shí)，在整個(gè)熱處理過(guò)程，保溫氣室始終在管道內(nèi)部，使焊縫內(nèi)部形成一個(gè)

21、密閉環(huán)境，對(duì)保證內(nèi)壁熱處理性能起到了很好的作用。Shandong Electric Power Construction No.1 Company圖15.焊接熱處理熱循環(huán)Shandong Electric Power Construction No.1 Company圖16. 熱處理現(xiàn)場(chǎng)圖17.標(biāo)準(zhǔn)化的熱處理機(jī)房我們通過(guò)不斷的改進(jìn)，打造了標(biāo)準(zhǔn)化的熱處理機(jī)房。一是通過(guò)集中布線的方式將熱處理導(dǎo)線引導(dǎo)機(jī)房外部，熱處理材料在機(jī)房外集中放置，保持機(jī)房?jī)?nèi)部清潔整齊，盡量避免環(huán)境因素對(duì)測(cè)溫儀誤差的影響；二是不斷改進(jìn)和細(xì)化熱處理操作記錄和交接班制度。一系列措施加強(qiáng)了對(duì)熱處理過(guò)程的控制，確保了了熱處理的質(zhì)量。S

22、handong Electric Power Construction No.1 Company8.檢 查 通過(guò)我們的努力，平頂山項(xiàng)目#1機(jī)組P92大口徑焊口外觀質(zhì)量?jī)?yōu)良率100%；所有P92大口徑焊口熱處理后進(jìn)行了100%UT+PT探傷，無(wú)損探傷一次合格率達(dá)到了99.5%；熱處理后經(jīng)100%硬度檢測(cè)，熱處理硬度一次合格率達(dá)到95.7%；對(duì)大口徑厚壁管P92焊口進(jìn)行20%的金相組織抽檢，金相組織優(yōu)良率100%。Shandong Electric Power Construction No.1 Company圖18.成型優(yōu)良的P92焊口圖19. 硬度檢查Shandong Electric Power