43-超超临界机组锅炉新型耐热钢的焊接-51

第一篇：43-超超临界机组锅炉新型耐热钢的焊接-51

超超临界机组锅炉新型耐热钢的焊接

范长信 张红军 董

雷 周荣灿

(西安热工研究院有限公司，陕西省 西安市 710032)

摘要：目前火电机组正在向着高参数大容量方向发展，蒸汽温度和压力进一步提高，为此开发采用了一些新型马氏体耐热钢和奥氏体耐热钢，这些钢的合金元素含量较以前的锅炉用钢较高，焊接性相比之下有所下降。本文主要介绍了超超临界机组锅炉用新钢种的焊接性、焊接接头的组织、力学性能和典型的失效方式。关键词：超超临界；锅炉；耐热钢；焊接性；性能

1前言

超超临界机组的出现，提高了机组的效率，减少了污染物的排放，是目前火电发展的必然趋势。蒸汽温度超过了600℃，蒸汽压力超过了25MPa，而且还在不断的升高，这有赖于新型耐热钢的不断发展。目前应用于超超临界机组过路的新型马氏体耐热钢有P91、P92（NF616）、E911、P122（HCM12A）等，奥氏体耐热钢有TH347HFG、Super304和HR3C等。这些钢的合金元素含量均大于10%，给焊接带来一定的困难[1-2]。

焊接接头的失效是电站高温承压部件失效的一种主要方式，常常具有早期失效的倾向。因此提高焊接接头的完整性对电站机组的安全运行是十分重要的。焊接接头的完整性主要是焊接接头的性能与母材相一致，表现在成分、组织、性能、结构的连续性。通常我们并不能够使接头的性能与母材完全一致，但是我们总是努力使其趋向一致。过去一般认为焊接接头中存在缺陷，但是现在大多数的高温焊接接头中均不存在影响使用安全性的宏观缺陷。取而代之的是焊接接头组织的不均匀性和由此引起的蠕变性能的不均匀性。与母材相比，焊接接头组织的不均匀将会使其存在强度或大或小、塑性或高或低的区域。这些组织不同的区域在使用过程中将会产生不同的蠕变速率，导致接头中应力的错配和早期失效。在未来电站和焊接接头的设计中，必须考虑焊接接头的性能，使其对电站安全性的危害最小化[3]。

超超临界机组锅炉中的一些新型耐热钢在国内是首次使用，对它们的焊接性能研究尚少，对其焊接接头性能的研究更是空白，应引起高度重视。本文主要介绍了超超临界锅炉用钢焊接接头的性能，对这些新型耐热钢进行了焊接性分析。

2超超临界机组锅炉用新型马氏体耐热钢的焊接

超超临界机组锅炉用新型马氏体耐热钢主要有T/P91、T/P92、E911和 T/P122等，常用于超超临界机组管道和过热器管上。这些钢由于Cr含量较高，在加工制造过程中容易产生δ铁素体。T/P91是在9Cr-1Mo钢基础上通过加入Nb、V、N等合金元素而形成的新型耐热钢，其使用温度小于585℃。T/P92和E911是在T/P91耐热钢基础上发展起来的新型耐热钢，其中T/P92是在T/P91的基础上通过加入1.5~2.0%W代替部分Mo元素，Mo元素含量下降到0.3~0.6%而形成，E911是在T/P91的基础上加入0.9~1.1%W而形成，它们的使用温度可升高到630℃。这些9%Cr钢具有良好的力学性能。T/P122是新型的12%Cr耐热钢，由于Cr含量的增大，在加工制造工程中更容易出现δ铁素体，通常加入1%的Cu来抑制这种有害组织的形成，这种钢的抗氧化性较好。马氏体钢的下一步发展是在这些钢的基础上加入Co、B等合金元素来进一步提高抗蠕变性能和抗氧化性能。虽然这些钢的抗蠕变和抗氧化性能较好，但

314 在实际工业生产过程中，如果没有合适的焊接工艺来保证，这些钢的优越性也难以发挥出来。2.1 新型马氏体耐热钢焊接性分析

新型马氏体耐热钢一般通过控轧控冷工艺制造，在焊接过程中，焊缝金属没有这种控轧控冷的机会，很难通过细晶强化和位错强化来改善焊接接头的性能，故焊接接头的性能和母材之间存在一定的差异。这些马氏体耐热钢焊接接头劣化的方式主要有： 2.1.1焊接接头的脆化

马氏体耐热钢焊接接头的脆化主要有粗晶组织引起的脆化和淬硬组织引起的脆化两种脆化方式。焊缝金属晶粒粗大是由于在焊接过程中，奥氏体化时间较长，晶粒长大速度较快，且在焊接过程中不像母材生产过程中有控轧控冷的机会形成的。故在焊接过程中应使用较低的焊接线能量。由于这些钢的合金元素含量较高，焊后冷却速度控制不当就会导致淬硬组织的形成，从而导致焊接接头的脆化。故可采取预热的方法来解决这一问题。2.1.2热影响区的软化

马氏体耐热钢的供货状态为正火＋回火，即调质处理。焊接时，在细晶热影响区和临界热影响区将会产生软化现象。造成这一现象的主要原因是焊接时，细晶热影响区的所经受的温度稍高于Ac3，临界热影响区所经受的温度在Ac1~Ac3之间，处于这一温度区间的金属发生部分奥氏体化，沉淀强化相在这一过程中不能够完全溶解在奥氏体中，在随后的热过程中未溶解的沉淀相发生粗化，造成这一区域的强度降低。软化对短时高温拉伸强度影响不大，但降低持久强度，长期高温运行后，在软化区常常会产生Ⅳ型裂纹。焊接线能量、预热温度对软化带影响较大，焊接线能量大预热温度高，软化区宽。所以，焊接线能量不宜大，预热温度不能高，软化区宽度越窄，其拘束强化作用越强，软化带的影响越小。2.1.3焊接冷裂纹

冷裂纹是在焊后冷却过程中在Ms点以下或更低的温度范围内形成的一种裂纹，又称延迟裂纹。产生这种裂纹的三要素为淬硬组织、氢元素和应力。马氏体耐热钢焊接冷却过程控制不当往往形成淬硬组织，这一组织会导致裂纹的形成。焊接过程中氢主要来源于母材和焊条，氢的含量越高越易聚集形成裂纹，制造、安装中一般选用低氢型焊条且制订了严格的烘培和保温工艺就是这个原因。拉应力也是产生冷裂纹的一个主要因素，在焊接过程中应尽量减少拘束度，防止产生较大的拘束应力。

理想的焊接工艺是采用适当的工艺措施保证在焊接过程中不产生裂纹，减少脆化、软化等问题，同时还要保证全马氏体组织的形成，满足焊接接头的质量要求。2.2 新型马氏体耐热钢焊接接头的化学成分

新型马氏体耐热钢的焊接所选用的焊接材料一般是与之匹配的焊接材料。下面简要地阐述一下这些钢焊接接头的化学成分。2.2.1 T/P91钢[5]

对于T/P91钢，为保证焊接接头足够的韧性，应对焊接接头中的合金元素含量进行控制。Nb元素对冲击韧性的影响较大，焊接接头中Nb的含量一般不低于0.04%，Nb的含量设计为0.04~0.07%。Ni能够有效改善焊接接头的冲击韧性，对Ni含量的适当控制是有益的，这是由于以下两个方面的原因决定的。第一、它降低了Ac1点，使得Ac1与PWHT（焊后热处理）温度接近，改善了回火性能。第二、它减少了δ铁素体形成的倾向，δ铁素体的存在对焊接

[4]

315 接头的性能是不利的。可是当Ni含量＞1%时，这种元素将会产生一定的副作用，它使得Ac1降低幅度较大，PWHT温度超过了Ac1，PWHT时，发生奥氏体化，在随后的冷却过程中形成未回火的马氏体组织。长期服役过程中，过量的Ni还会改变沉淀相的变化发展过程，恶化蠕变性能，故Ni的含量一般控制在0.4~1.0%。V、C、N等对焊缝金属韧性的影响不大。Mn含量较母材为高，主要目的是为了脱氧，保证形成合适的焊缝金属。可是一些专家认为Mn+Ni的含量最大不超过1.5%，以防止它们过多降低Ac1。在这个限制条件下，为保证脱氧Mn含量较高，Ni的含量可减少到0.5%。Si也是一种有效的脱氧剂，与Cr共同作用可提高这种钢的抗氧化性。尽管有一些规范规定焊缝金属的Si含量和P91母材一致，但降低Si的含量有助于韧性的改善，在这一点上，AWS规定焊材中Si的含量不高于0.30%，低于母材中Si的含量。2.2.2 T/P92钢[6-7]

T/P92马氏体钢的韧性水平较T/P91低，蠕变强度较高，对于它们的填充金属一般要求SMAW、SAW焊接时要保证室温冲击韧性CVN＞41J。试验已经证明，使用和T/P92相同化学成分的焊材将会导致焊接接头韧性和蠕变强度的降低，尤其对SAW，这种情况更为严重。这样以来必须对每种合金元素的作用以及合金元素之间的相互作用进行研究，以确定合适的焊材成分，同时最为重要的是对N、Ni、Mn、Co和B含量进行优化。C、N化合物的形成以及元素B对蠕变断裂强度有着重要的影响，它们的加入增加了材料的屈服强度和抗拉强度，但降低了塑性和韧性。Mn和Ni对强度的影响不大，但是，Mn和Ni的含量超过基体金属的上限能够显著改善焊接接头的韧性，同时降低Ac1，一般它们的极限值由Ac1来确定。Mn和Ni的含量一般＜1.5%，同时可以用Co来代替部分Ni。为了避免δ铁素体的生成，应适当控制W的含量。B能够提高蠕变强度，但降低焊接接头的韧性，成分含量应控制在基体金属下限左右。V、Nb、Co对韧性不利，同时易导致热裂纹，因此其含量也应控制在下限左右。除了这些元素的影响，也应考虑Ti、Al氮化物的影响。2.2.3 E911和T/P122钢[5]

E911钢的化学成分和T/P92钢相似，其焊接接头化学成分的分析可参照T/P92钢的成分分析。对于T/P122钢，由于其合金元素含量较高，焊接时，容易在焊接接头中产生δ铁素体。这两种钢焊接接头成分的分析均可借鉴T/P91钢和T/P92钢的分析方法。Nb元素对冲击韧性的影响较大，Ni对冲击韧性的改善有利，但同时Ni还降低Ac1，故其含量不易太大。Mn和Si是有效的脱氧剂，合适的含量对于改善焊接接头的性能有利。2.3 新型马氏体耐热钢焊接接头的组织

这些新型马氏体耐热钢顾名思义可知其组织包括焊接接头的组织均为马氏体。焊接接头是一个不均匀体，对于不同的区域，因经历的热过程不同，导致微观组织不同，例如马氏体板条的位向、大小、原奥氏体晶粒度、碳化物的类型、形状、分布等在BM、HAZ、WM的分布有或大或小的差异，当然其力学性能也有区别，如WM和BM的硬度、强度高于FG、ICHAZ，长期运行容易在FG、ICHAZ形成IV型损伤等。下面以T/P92钢为例介绍一下这种马氏体耐热钢焊接接头的组织。

图1给出了T/P92焊接接头的宏观和微观组织形貌。宏观形貌为均匀的多层焊缝金属和回火的HAZ组成，HAZ宽度为2~3mm。

图2给出了T/P92焊接接头焊缝金属的TEM像，可以看出在焊态下，组织为典型的回火

[8]

316 马氏体＋M23C6颗粒在原奥氏体晶界和亚晶界处的弥散分布，偶尔可以看到岛状的δ铁素体，这种δ铁素体处在M23C6颗粒的包围之中。PWHT后，组织发生了相当大的回复，但马氏体结构和M23C6颗粒在焊缝晶界的分布清晰可见，如图2b所示。

在T/P92焊接接头的细晶热影响区（FGHAZ），焊态下，发现了薄弱的回火马氏体组织，马氏体板条不清晰，M23C6颗粒的分布也不够均匀，如图3a所示。PWHT后可以观察到亚晶以及低密度位错的存在，其中部分亚晶已发生了多边化，如图3b所示。

图1 P92焊接接头在PWHT后的宏观和微观组织形貌

2.4 新型马氏体耐热钢焊接接头的力学性能

T/P91、T/P92（NF616）、E911、T/P122（HCM12A）焊接接头合金元素含量较高，这些合金元素具有固溶强化和沉淀强化的作用，焊接接头的力学性能水平较高。在室温横向焊接

317 图2 P92焊接接头焊缝金属的TEM像ａ）焊态 ｂ）PWHT

图3 P92焊接接头HAZ的TEM像ａ）焊态 ｂ）PWHT 接头拉伸试验时断裂发生在母材上，可以认为室温下母材的强度低于焊接接头。高温下的蠕变性能有所差别，下面给出了母材和焊缝金属的高温蠕变性能。2.4.1 母材的蠕变性能

图4给出了不同钢种在100MPa下运行100000h的使用温度范围。可以看出新型马氏体耐热钢的使用温度已超过了600℃，且这些新型高Cr钢的蠕变断裂强度与奥氏体钢相当。图中虽然没有给出T/P122钢在同一条件下的使用温度，但是相关资料已证实这种钢的使用性能优于T/P92钢，其抗氧化性较好，T/P122钢的使用温度也可在600℃以上。这些新型马氏体耐热钢优越具有很好的抗蠕变性能和耐蚀性，能够减少部件的厚度，提高使用温度。2.4.2 焊缝金属的蠕变性能

许多试验业已证明这些新型耐热钢焊接接头的高温失效位置主要在焊接接头的热影响区，热影响区是焊接接头的薄弱区域，这主要与其所经受的热过程有关。对于焊缝金属，一些试验结果表明采用匹配焊接材料使得焊缝金属的高温（600℃、650℃）蠕变断裂强度均低于母材。对于T/P91、T/P92、E911钢采用匹配焊接材料焊接时可以得出以下结论：

1)焊缝金属的蠕变断裂强度低于母材。

2)随着试验持久时间的增加，焊缝金属的蠕变断裂强度与母材的差距越来越大。新型马氏体耐热钢的横向焊接接头高温蠕变试验的失效位置在HAZ的外侧，即靠近母材的HAZ，一般称之为细晶热影响区和临界热影响区。这一区域在焊接过程中发生部分奥氏体化，大多数C、N化合物沉淀析出，PWHT时发生再结晶。由于缺少C、N等晶内强化元素，从而使这一区域的马氏体组织发生软化。在这一软化区域经常发生IV型损伤，以前的经验表明在

[5][9]

318 图4 不同材料在100MPa/100000h下的最大使用温度

所有的CrMo耐热钢中均存在这种现象。由焊接接头的硬度测量也可知道这一区域的硬度比母材和焊缝金属也低许多，一般情况下这种差距约在30HV左右。

横向焊接接头在高温低应力下发生的IV型损伤是CrMo钢的一个典型特征，然而在低温高应力短时持久试验下，焊接接头的失效发生在母材处。从目前的电站使用经验看这种焊接接头的主要损伤还是IV型损伤，可见焊缝金属的蠕变性能对焊接接头的寿命影响不大，除非它和IV型损伤区共同作用。一些专家接受了这个观点。同时，也存在其它两种关于焊缝金属对焊接接头性能影响的观点，特别是焊缝金属的优化可以延迟IV型损伤的发生，这两种观点都认为焊缝金属的蠕变强度将影响蠕变量在焊接接头不同区域的分布。一种观点是降低焊缝金属的强度，使其与IV型区的强度相当。另一种观点是扩大焊接接头熔合区的宽度，这一区域的强度和母材相当，以减少IV型区的蠕变量，延长使用寿命。

普遍认为焊接接头的失效模式受控于HAZ，但是目前关于焊缝金属的选择是否能够延迟损伤或延长部件的使用寿命并没有统一的观点。2.5 焊缝金属的韧性

新型马氏体耐热钢焊接时如果焊接参数选用不当，很容易产生粗大的马氏体、没有回火的马氏体，还有可能形成δ铁素体等，这些组织都对焊接接头的韧性不利。虽然高温时接头的脆性断裂是不可能的，但考虑水压试验、检修等因素，通常对焊接接头的室温冲击韧也有要求。影响焊接接头的室温冲击韧性的因素如下： 2.5.1 接方法的影响

焊接方法将对焊接接头的韧性有着重要的影响。采用GTAW氩气保护焊，以及使用固体焊丝和金属芯焊丝（MCW）可是使焊接接头在PWHT后获得较高的室温冲击韧性。韧性与氧含量有关，GTAW(氧含量100～200ppm)＜SMAW、SAW(氧含量400～800ppm),TIG焊的韧性比SMAW和SAW的好。[5]

319 2.5.2 化学成分的影响

一般情况下，能够改善蠕变性能的元素均恶化焊缝金属的韧性，例如Nb、V、N和Si等，其中N和Si的影响较小。能够抑制δ铁素体形成，保证获得全马氏体组织的合金元素对焊缝金属的蠕变性能和韧性均有利。2.5.3后热处理的影响

焊后热处理的目的是降低焊接残余应力和改善组织性能。为了保证焊接接头的韧性，焊后热处理的回火作用是非常重要的，它可以使焊接接头获得完全回火的马氏体组织。实际应用时涉及到回火温度和时间的选择。2.5.4 其它因素的影响

焊接过程中发生的晶粒细化对焊接接头的韧性也有一定的影响。此外，焊层厚度、焊接时的对口以及焊接环境等也对接头的韧性有一定的影响。焊层厚度薄，韧性较高。

对于焊缝金属，不同的标准对其室温（＋20℃）冲击韧性有着不同的要求。对于T/P91钢焊缝金属，AWS没有对其室温（＋20℃）冲击韧性做出要求，但在非强制性的附录A5.5-96中建议这种钢焊接接头的冲击韧性可由厂商和顾客协商确定。在欧洲的EN 1599:1997中规定了这种钢焊缝金属的室温（＋20℃）冲击韧性最小值不得低于38J，平均值不得低于41J。这些值与专家们提出的PWHT后室温（＋20℃）冲击韧性在35~50J之间是一致的。超超临界机组锅炉用新型奥氏体耐热钢的焊接[10-11]

鉴于高温过热器（SH）和高温再热器（RH）的蒸汽参数较高，在设计时必须充分考虑其烟气侧腐蚀和蒸汽侧氧化的性能。一般的铁素体耐热钢虽然强度上能够满足SH/RH的要求，但其抗烟气侧腐蚀和蒸汽侧氧化的性能较差，不利于机组的安全可靠的运行，所以在SH/RH设计时，一般可采用奥氏体不锈钢。目前超超临界机组SH/RH的主要设计材料为TP347HFG、Super304、HR3C等。这些材料的合金含量如Cr、Ni等较铁素体耐热钢有着很大的提高。为了保证焊接接头和母材具有较佳的匹配性，焊接材料的选取也必须为奥氏体型焊接材料。奥氏体耐热钢由于热膨胀系数大，导热性能差，在焊接和使用过程中易出现下列问题： 3.1 晶间腐蚀

晶间腐蚀是奥氏体耐热钢一种极其危险的破坏形式。它的特点是沿晶界开始腐蚀，从表面上看，一般不容易发觉,但它使承压管道焊接接头的力学性能显著下降和容易发生早期破坏。根据“碳化物析出造成晶间贫铬”理论,在450～850℃范围内，C和Cr易在奥氏体晶粒边界处形成碳化铬,使得晶粒边界处局部贫铬。晶界处的含Cr量被降低到小于12%，钢材因此丧失了耐腐蚀性能。另外，Fe－Cr合金在400～550℃长期加热时，会产生一种特殊的脆性,其硬度显著提高，冲击韧性严重下降,称为475℃脆性。而在实际焊接过程中经过测量发现，焊接接头往往是在400～550℃这个温度区间停留的时间最长，所以对475℃脆性这个问题需要多加关注。3.2 应力腐蚀裂纹

应力腐蚀裂纹（stress corrosion cracking 简称SCC）是应力和腐蚀联合作用引起的一种低应力脆性裂纹。奥氏体不锈钢线膨胀系数大，导热性差，在结构复杂、刚度较大的情况下，焊接变形受到约束，焊后构件特别是焊接接头存在较大的焊接残余应力，而奥氏体耐热

320 钢的组织特征和腐蚀介质的存在，满足了产生SCC的充要条件，从而使奥氏体不锈钢产生SCC的倾向较大。奥氏体耐热钢的SCC有晶间、晶内和晶间/晶内混合等三种形式，但是以晶间SCC最常见。3.3 热裂纹

热裂纹主要有结晶裂纹和液化裂纹两种形式，结晶裂纹是在结晶后期，由于低熔点共晶形成的液态薄膜消弱了晶粒间的联系，在拉应力作用下发生开裂的裂纹；液化裂纹是指近缝区或多层间部位在热循环的作用下被金属重新熔化，在拉伸力的作用下，沿奥氏体晶界开裂的裂纹。3.4 再热裂纹

由于奥氏体不锈钢热膨胀系数大，导热率低，故在焊接时接头附近的温度场和变形量极不均匀，导致很大的残余应力。在随后的PWHT（SR）或者高温服役时，残余应力的释放以及应力集中会使晶界的塑性变形较大，从而产生裂纹。这种裂纹一般出现在粗晶HAZ区，属沿晶裂纹，在粗晶区易于扩展，扩展一旦遇到细晶组织即停止。

奥氏体不锈钢焊缝热影响区的划分不像铁素体钢，尽管微观组织的变化如晶粒长大、溶质的析出以及距熔合线０－５ｍｍ区域的碳化物分布的变化，但是并没有相变发生，由于大的热膨胀系数和低的热传导率，在与焊缝连接的母材中存在较大的塑性变形。这个应变影响区SAZ（strain affected zone）与焊接参数（如焊条直径、电流/电压以及电极的摆动幅度等）有关，能够扩展到距熔合线约２５ｍｍ处。

稳定化奥氏体钢如TP321和TP347中的再热裂纹是一个长期形成的过程。焊后冷却过程中碳化物在母材位错处的沉淀析出，导致晶内强化，晶界区域的蠕变集中以及后来形成的低塑性晶间裂纹。TP316由于没有强碳化物形成元素和相对高的蠕变塑性，一度被认为对于再热裂纹是免疫的。可是，在SAZ中存在复杂的多轴残余应力，与单轴应力相比，塑性大量下降。在英国能源电站的TP３１６钢焊接接头中曾出现过再热裂纹。以上提及的再热裂纹部分地归因于大零件的壁厚，其具有大的拘束。

对于奥氏体钢，再热裂纹发生在接近熔合线到距熔合线几毫米范围内，经常出现在最后一层焊道之下。可是对于厚壁或结构复杂的部件，再热裂纹也存在于SAZ中。3.5 疲劳裂纹

由于机组的频繁启停，容易在设备的高应力区域出现疲劳裂纹，疲劳裂纹很难被发现，但其危害性极强。焊接接头存在缺陷（气孔、夹渣、夹钨、未熔合等）的区域容易形成疲劳源。

通过对奥氏体不锈钢焊接接头的大量等温疲劳试验，发现奥氏体钢存在两个奥氏体－铁素体脆性转变温度范围：350－550℃及550－950℃，Broek认为产生疲劳裂纹的因素主要有两点，即碳、氮、铬磷化物、铬氧化物、σ相和其它中间相的共同沉淀作用；无任何沉淀相，但有复杂铬化物的形成，容易造成晶格扭曲和晶间硬化作用。

碳化物和脆性沉淀相的含量低于6%时，疲劳裂纹的扩展速度不会超过正常状态下的两倍；但当Laves相、σ相和碳化物的含量超过7%时，疲劳裂纹的扩展速度会超过正常状态下的五倍，；当σ相和碳化物的含量高于6%时，疲劳裂纹的扩展速度不是很稳定。

321 4 结束语

电站高温焊接接头的完整性对于电站的安全运行有着重要的影响，由于焊接接头的组织性能不均匀，导致焊接接头在运行过程中产生应力的再分配和蠕变应变在软化区域的集中，使得这一区域有着早期失效的倾向。

1)有焊接接头的HAZ性能较差，相对来说它们是安全的薄弱部位。

2)对于马氏体耐热钢主要存在的问题有焊接接头的脆化、热影响区的软化、焊接冷裂纹和长时服役时产生的IV型裂纹等。

3）对于奥氏体耐热钢主要存在的问题有焊接接头中的晶间腐蚀、应力腐蚀、热裂纹、再热裂纹和疲劳裂纹等。

超超临界机组锅炉中的一些新型耐热钢在我国没有使用经验，应引起重视，在下面几个方面加强研究，以保障我国超超临界机组锅炉的制造、安装质量，确保超超临界机组的安全运行。

1）新型耐热钢的合金化原理、冶金特点； 2）新型耐热钢的常温及高温性能；

3）新型耐热钢的焊接性及焊接工艺、焊后热处理工艺和异种钢焊接工艺； 4)新型耐热钢的热加工性能及工艺；

5)新型耐热钢服役后组织、性能的变化规律及寿命评估。

参考文献：

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范长信，1962年出生，研究生，硕士，教授级高工，国际焊接工程师。长期从事电站金属技术监督、电站材料焊接研究和电站锅炉压力容器检验工作。

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第二篇：超超临界机组焊接质量控制

超超临界机组承压部件焊接质量控制

超超临界机组焊接质量控制

一、工程概况

望亭发电厂改建工程为2×660MW级的超超临界、中间再热、燃煤发电机组。本工程项目公司为望亭发电厂，设计单位为华东电力设计院，主体工程监理单位为安徽省电力工程监理有限责任公司。

锅炉采用上海锅炉厂有限公司产品，为超超临界参数变压运行直流炉、单炉膛、一次再热、平衡通风、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构；锅炉采用半露天封闭、П型布置。

汽轮机采用上海汽轮机有限公司引进西门子技术的国内首台产品，汽轮机为超超临界一次中间再热，四缸四排汽，单轴凝汽式，机组能满足各种运行方式，有较高的负荷适应性，能够带基本负荷并具有调峰能力，其中高压缸（运输重量为133t）、中压缸（运输重量为195t）为整体供货。

发电机采用上海汽轮发电机有限公司生产的产品。形式：水氢氢冷却汽轮发电机，静态励磁。

二、焊接特点

锅炉受热面施工采用地面组合及高空安装相结合的方法，因本工程属于老厂改建工程，组合场地狭小，高空安装工作量大，由此增加了焊接工作的难度，给焊工提出了更高的要求。本工程锅炉设备为上海锅炉厂首次设计600MW等级的超超临界锅炉，大量采用了T/P91、T/P92、Super304、HR3C等合金钢，焊接的难度较大。本工程为超超临界，锅炉受热面焊口数约五万多只，且工程工期短，焊接工作难度相对较大。本工程超厚壁管道比较多，焊接及焊接热处理时间较长，施工难度相对较大。

三、焊接过程中的质量控制

目前，就电力建设行业来说，一个工程中所涉及到的承压部件焊接工作特别多，从锅炉受热面、锅炉本体连接管及炉顶钢架到汽机四大管道及中、低压管（包括汽机本体油管道）等等都需要进行焊接。这就涉及到一个焊接质量问题，其好坏对一个工程是否合格或优良起着决定性的作用。下面就在工程中如何把好焊接质量关谈一些看法。

在工程建设中如何使焊接质量得到有效的控制。主要方法为：

1、人员培训。超超临界机组承压部件焊接质量控制

要求理论和实际相结合，培养出技艺出众、作风良好的优秀焊工。

2、材料控制，防止不合格的材料用于工程建设中或材料错用等情况的发生。

3、制定合理的施工方案和工艺制度，确保和提高焊接工程质量。

4、建立有效的质量保证体系，从上至下形成质量管理网络，明确分工和职责。

1）首先要从人员培训出发，没有一批优良合格的焊工，就不用谈焊接质量。培训分为实际操作和理论学习两部分。在实际操作过程中，要求焊工养成良好的习惯，如认真检查对口质量，培养正确的操作手法，认真清理层间飞溅和熔渣，认真进行表面质量的自检等。这样就为以后在现场施工时打下一个良好的基础。

实际操作水平高是焊接质量保证的一个关键，但焊接理论知识的学习同样不可忽视。根据以往的工程经验发现，培训时往往注重实际操作的练习和考核，焊接理论知识的学习和考核则一点也不重视，这就造成了在现场施工中，一些焊工对焊接的基本条件不了解，不能够正确识别焊接材料的种类及基本用途，有的焊工甚至连《焊接自检记录》的表格都不会填。所以，人员的培训是保证焊接质量的前提。在培训考核过程中，要求培训单位严格把关，培养出技艺出众并能够熟悉掌握理论知识的优秀焊工。

2）焊接材料的控制。焊接材料的好坏及是否正确使用直接影响焊接质量。不合格的材料可直接导致焊接缺陷的产生，如气孔、夹渣等。如果用错焊接材料就有可能产生严重的后果，特别是承压管道的焊口，材料一旦用错，不仅是焊口泄露问题，还可能引起重大的安全事故，对人身及国家财产带来巨大的损失。可以从以下几方面来做好工作，使焊接质量得到保证。

a)入库与存储

焊接材料入库前，工地材料员和焊条库管理员应对每批焊材进行质量验证，看是否符合计划要求和技术条件要求，不符合要求的一律不许入库。正确填写《焊接材料进货记录》和《焊接材料入库检查记录》。

检查焊接材料的型号、规格、数量是否与计划一致，质保书是否与实物一致。检查外包装及干燥程度：焊条、焊丝外包装应完好无损，无受潮现象。将数根焊条放在手掌上相互滚动，如发出清脆的声响，即表示焊条较干燥，如听见的是低沉的沙沙声，或表面起粉，或焊芯、焊丝已生锈，则表明已受潮。

检查焊条药皮强度：将焊条举高1米，让其水平跌落在光滑的水泥地面或 超超临界机组承压部件焊接质量控制

铁板上，应无裂口或脱块现象。检查焊条焊丝表面质量：用肉眼观察，焊条应无砂眼、鼓包、偏心、药皮脱落、药皮裂口等，焊条焊芯、焊丝应无锈迹。

氩气入库时，应检查有无合格证明，并抽查气瓶压力是否充足。氩气纯度不得低于99.95%。

焊条库应干燥、通风良好。库房内应配置远红外灯泡和除湿机、温湿度表。库房温度应大于5℃，且相对空气湿度小于60%。焊条库管理员应经常检查温湿度状况，并且每天两次（上、下午各一次）记录温湿度。焊接材料应按型号、规格、批号分类存放，并挂标识牌。焊条堆放应与地面、墙壁保持不少于300mm的距离，且堆放高度不宜超过1米。

b)焊条的烘燥。

焊工班（组）长应根据工作任务，将次日所需焊条数量通知焊条库，以利焊条库及时烘燥。

焊条烘燥应按其质保书上的规范要求进行，一般碱性焊条350℃恒温1小时、酸性焊条150 ℃恒温1小时。烘燥时应按焊条型号、规格分开，并做好标识，严禁混淆。不同牌号的焊条尽量在不同的烘箱中分别烘燥。焊条烘燥时，升降温速度应缓慢，严禁将冷焊条突然放入已升至高温状态的烘箱中，或将烘至高温状态的焊条突然取出，造成药皮开裂脱落。

焊条在烘箱内应放置均匀，每层不宜太厚（一般不超过100mm为宜），使焊条得到均匀而全面的烘燥。烘燥后的焊条应放在100-150℃的低温箱中待用。烘燥后领出使用而未用完的焊条，须做好标识，重新进行烘燥，但重复烘燥次数不得超过两次。对严重受潮、二次烘燥未用完、存放超过三年以上的焊条和表面锈迹严重的焊丝等应报废，并填写《焊接材料报废记录》。

焊条烘燥应做好烘燥记录。c)材料的发放与使用

焊工领用焊接材料，须凭施工班组长签发的《焊工日任务单》。该单应填写正确、齐全、清晰，否则，焊条库应拒绝发放。

特殊用途的焊接材料（如合金钢焊条、焊丝、不锈钢焊条焊丝等）应由技术员或专工签字，方可发放。

焊条库管理员应认真核对领用单上的材料型号规格，以防错发。焊工领用时 超超临界机组承压部件焊接质量控制

也要核对，防止错领。

焊工应带焊条筒领用焊条，焊条用于受监部件焊接时，应带保温筒领用。否则，焊条库应拒绝发放。

二次烘燥的焊条，焊条库应优先发放完，焊工应优先使用完。发放时应在《焊工日任务单》上注明。

焊工在施焊时，应从焊条筒内随用随取，不得将成把焊条拿出放在工件或地面上。焊条（焊丝）头不得随意乱扔，尤其是高空作业时。

当日未用完的焊材应当日送回焊条库，焊条库做好回收记录。焊条（焊丝）及焊条头回收率不得低于领用数的98%，且焊条头长度不得大于50mm，焊丝头长度不得大于150mm。

焊工领用氩气，在使用前应试验其纯度，如发现不纯，应退还气站。若该批次有多瓶氩气不纯，应及时向工地领导反映。气瓶使用时不得用尽，应留有0.1-0.2MPa的余气。

分承包方领用焊条、气瓶时亦应按此办法执行。

从以上三方面来对焊接材料进行控制，杜绝应材料问题而造成焊接质量的失控。

3）提高和改进焊接、热处理施工工艺

焊接质量与施工工艺有着密不可分的关系，合理的、先进的工艺不但可以提高焊口的合格率，而且可以减轻焊工的劳动强度，提高工作效率。为了提高焊接施工工艺水平，使焊接全过程处于受控状态，确保工程焊接质量，特制定了施工工艺细则，要求施工人员严格遵守。细则内容如下：

a)各级人员职责

焊接技术人员应掌握工程概况，结合实际编制作业指导书，根据现场情况制定合理的焊接工艺，并向施工人员进行技术交底，深入实际进行技术指导和监督，参与重要管道和部件的质量验收工作，记录、检查和整理焊接资料。

焊接质检人员负责焊接工程的检查、监督和验收评定工作，参与技术措施的编制，注重质量监督资料的积累和总结。

焊工班组长应掌握焊工技术状况和工程情况，合理分工、过程监控，参与焊接工程的验评工作。超超临界机组承压部件焊接质量控制

焊工应有良好的工艺作风，严格按照给定的焊接工艺和技术措施进行施焊，完成合格的焊接接头。

热处理工应遵守作业指导书和交底规定，做到操作无误、记录准确。安装工应严格按规范或图纸规定对口装配，符合要求后方可焊接。b)施工前的准备

施工作业指导书经审核批准，并按要求进行交底。

施焊焊工必须经相应项目的技术考核，并持有效的合格证件。热处理工每档必须至少有一人经过专业培训考核取得资格证书。

承担锅炉受热面管子焊接的焊工在施焊前，应进行与实际条件相适应的模拟练习，并经折断面检查连续合格后方可正式焊接。

焊工在施焊前应检查对口装配质量，不符合要求的，应要求安装工重新调整至符合规范或图纸要求。

焊工、热处理工应备齐必要的工器具，焊前应试验氩气流量及纯度，检查确认焊条、焊丝，若有怀疑应及时报告技术人员或质检人员处理。

凡受监部件焊接，焊工必须用保温桶领装焊条，焊丝使用前必须用砂纸打磨出金属光泽。

检查确认焊机或热处理设备处于良好工作状况，焊接场所的挡风、防雨设施应完善。

c)施工工艺要求 焊接方法的选择

受监焊口焊接方法主要有手工电弧焊、手工钨极氩弧焊和氩弧焊打底电焊盖面三种。手工钨极氩弧焊一般适用于φ＜60mm、壁厚δ≤5mm的锅炉受热面管子焊接；中低压管道、燃油管道、汽轮机和发电机的冷却润滑系统焊口等必须采用氩弧焊打底；其它受监焊口采用氩弧焊打底电焊盖面的方法；钢结构、锅炉密封、六道等其它项目的焊接采用手工电弧焊。

热处理方法的选择

严格按照规程规范要求进行预热和焊口热处理的。

点固焊时，应与正式施焊要求相同，点固焊后应检查各个焊点质量，如有缺陷立即消除，重新点焊。严禁在被焊工件表面引燃电弧、试验电流或随意焊接临 超超临界机组承压部件焊接质量控制

时支撑物，高合金钢材料表面不得焊接对口用卡具。

中、高合金钢（含铬量≥3%或合金总含量＞5%）管子和管道焊口，为防止根层氧化或过烧，焊接时内壁应充氩保护，小口径管也可以不充氩，但必须采用药芯焊丝打底。

采用钨极氩弧焊打底的根层焊缝检查后，应及时进行次层焊缝的焊接，以防止产生裂纹。

多层多道焊缝焊接时，应逐层清理干净，检查合格后方可焊接次层，直至完成。

除焊接工艺规定的焊口外，所有焊口应连续完成，不得中途停止施焊，更不得将未焊完的焊口过夜（包括点焊口）。因不可预料的原因被迫停止时，应及时采取防护措施（如后热、缓冷、保温等），重新焊接前应严格检查，确认焊口无裂纹等异常情况后，方可继续焊接，需预热的焊口应重新预热。

为减少焊接变形和接头缺陷，直径大于194mm的管子和锅炉密集排管的对接口宜采取二人对称焊，公称直径大于或等于1000mm的管道或容器的对接焊口，应采取双面焊接，并采取清根措施，以保证封底焊质量。

厚壁大径管当壁厚大于35mm、采用多层多道焊时，氩弧焊打底层厚度不小于3mm，其它焊道的单层厚度不大于所用焊条直径加2mm，单道摆动宽度不大于所用焊条直径的5倍。

施焊，应特别注意接头和收弧的质量，收弧时应将熔池填满，多层多道焊的接头应错开。

密封件与受热面管子焊接时，严禁在管壁上引弧，并注意防止产生咬边。焊接结束后应做好清理检查工作，注意表面工艺质量，做到焊缝表面整齐、过渡圆滑、成型美观。

需要预热或焊后热处理的焊缝，应及时进行预热或热处理。对容易产生延迟裂纹的钢材，焊后应立即进行热处理，否则应做后热处理（加热300-350℃，恒温2小时）。

热处理规范参数（加热方法、加热温度、升降温速率、恒温时间、加热宽度、保温宽度等）应按交底或规程要求严格执行，热处理过程中必须有人监控仪器、仪表，发现问题及时纠正或汇报技术人员。超超临界机组承压部件焊接质量控制

热处理所用仪器、仪表、热电偶应根据计量要求进行标定或校验。大口径管道进行热处理时，测温点应对称布置在焊缝中心的两侧，且不得少于两点。水平管道的测点应上下对称布置。

安装管道冷拉口所使用的加载工具，需待整个对口焊接和热处理完毕后方可卸载。

d)质量检查

焊接技术人员和质检人员应经常深入施工现场，检查作业指导书及技术措施的执行情况，对违反工艺规范要求的，应立即制止并纠正。

焊接完成后，焊工应仔细检查表面质量，如有超标缺陷，应及时消除。当热处理记录曲线与所要求的规范参数不符时，应对热处理焊口进行硬度测试，如硬度不符合要求，需重新进行热处理。

焊工应在分项工程焊接接头完成后及时填写自检单，班（组）长应对焊缝100%检查，合格后方可在自检单上签字，并交工地质检员复检。

工地质检人员应根据自检记录对其进行复检，受监焊口必须进行100%检查，其它焊缝应做不少于50%的抽检，检查合格后通知公司质检人员或监理代表会同验评。

受监焊口完成，经表面检查合格后，由技术人员委托金属试验室进行无损探伤。

焊接接头有超标缺陷时，可采取挖补方式返修，但同一位置的挖补次数不得超过三次，中高合金钢不得超过两次。需进行热处理的接头，返修后应重新热处理。返修必须在接到返修通知单当日完成。

e)奖惩办法

焊工和热处理工必须严格按照给定的工艺施工，对违反工艺制度、屡教不改或造成严重不良后果者，将给予罚款甚至下岗处理。

焊工应加强自检，若工地复检时，查出超过5%的焊接接头不合格，应追究焊工和班（组）长责任；若公司级或监理验收时超过2%不合格，则应追究工地质检人员和技术人员的责任。

热处理曲线应100%合格，否则追究热处理工责任。

受监焊口一次合格率小于90%的焊工，应暂停该项目的焊接工作，重新练习超超临界机组承压部件焊接质量控制

合格后方可再上岗。一次合格率小于80%时，该焊工将不允许在本工程再担任受监部件的焊接工作，并采取相应的经济处罚措施。

所有汽水油气管道焊口，在水压、酸洗或试运转时不允许泄漏，如有泄漏，对施焊焊工、班组长、技术人员和质检人员作罚款处理。

对模范遵守工艺制度，并取得优良质量的焊工和热处理工给予一定奖励。以上几点从班组各级人员的职责、焊接热处理施工工艺及质量检验等工作来控制焊接质量，使班组每个人都各尽其责，各尽其能。4）建立质量保证体系

在现场施工中，一个好的质量管理网络可以使焊接质量得到明显的提高和有效的控制，层层把关，使规程、规范、措施和各项管理制度一一得以落实。质量保证体系主要有以下几点：

工地建立了质量管理网络，明确各级质量职责。工地主任为质量第一责任人，焊工是焊接质量的直接负责人，工地专职质检员主要负责焊接过程监督检查及验评工作。

加强焊工的技术培训与理论学习，提高质量意识，增强责任感。制定相应的管理制度及技术措施，并认真落实执行。

从影响焊接质量的五个基本要素（人、机、料、法、环）着手，全方位、全过程严格把关，层层控制。

严格执行检查验收制度，自检不能流于形式，复检要善于发现问题、解决问题，要一级对一级负责。

积极开展技术革新与QC攻关活动，以提高工程焊接质量，设立专项质量基金，制定质量奖惩办法，奖罚分明，调动职工积极性。

以上主要从四个方面阐述了如何对焊接质量进行控制。这些都是在电力建设工程中要严格实施和执行的，也是控制焊接质量最基本的方法。在本工程中，都得到了很好的实施，并取得了比较好的成绩。焊口无损检测的一次合格率都在98%以上，焊缝表面质量优良率在99%以上。

在工程建设中，还有很多焊接问题需要解决。我们要从管理和最基本的工作方法着手，结合实际，一步一步，严格控制，才能使焊接质量不断提高。

第三篇：超超临界机组锅炉高温材料的选择和应用

超超临界机组锅炉高温材料的选择和应用

摘 要：根据现今全球超超临界机组中百万千瓦级的动态发展情况，分析已有的机组参数。超超临界锅炉用耐高温材料与其参数是紧密联系在一起的，研究并开发应用超超临界锅炉的高效性能、方便加工和经济性新型材料，是未来发展的主要方向。

关键词：超超临界锅炉；高温材料；选择及应用

在国民经济稳定持续增长的大背景中，人们不断的增加电力需求和国家实施节能减排的政策，建设容量大、效率快、参数高及节能好的机组是我国电力的发展趋势。提高锅炉的蒸汽压力、温度以及其他参数都能有效提高发电厂的发电效率，其中温度的影响效果最明显。现今国际上超超临界机组的参数为初压力24.1-31MPa，其主蒸汽/再热蒸汽的温度是580℃-600℃/580℃-610℃，用USC作表示。而其使用金属材料的耐高压、耐高温与焊接问题是如何提高蒸汽参数这个问题中所存在的首要技术难题。高温材料的选择

开发具有更好耐高温性的耐热钢是发展高效超超临界火力发电机组的关键技术，让他们适用在更高的温度范围。现今全球在管道及锅炉的用钢发展可大致分为两方向：

（1）发展铁素体耐热钢，马氏体、贝氏体及珠光体耐热钢都被统称作铁素体耐热钢；

（2）发展奥氏体耐热钢。全球先进国家所研制推广以及普通采用新的耐热钢种有三大类：a.新型细晶强韧化铁素体耐热钢；b.新型细晶奥氏体耐热钢；c.高铬镍奥氏体钢。高温材料的应用

在过热器以及再热器的用钢方面，不仅需要满足蠕变的强度，还必须满足蒸汽侧抗氧化的性能以及向火侧抗腐蚀与冲刷的性能。所有的铁素体钢几乎不能用在蒸汽温度高于565℃的过热器或者再热器中，这里使用奥氏体钢在需要耐高温的部件上。这里对几种高温材料进行详细描述。

2.1 T91/P91

T91具有良好的力学性能，其结构及性能具有较好的稳定性，焊接与工艺性能优良，具备较高的持久与抗氧化性。和TP304H作对比，T91的导热系数相对较高、热膨胀系数相对更低、持久强度中的等强温度相对较好以及等应力温度相对更高，并分别到达625℃及607℃。T91和T9钢作对比，T91的持久强度是600℃，是T9钢的三倍，同时还继承了T9钢优秀的抗高温腐蚀性能。

T91使用的最高温度是650℃，最佳温度是585℃-625℃，该钢经常使用在制造不超过650℃壁温的过热器、再热器以及屏式过热器等的重要组成部分，也可以代替亚临界锅炉中过热器与再热器的TP304H以及TP347H，也能使用在压力容器与核电的高温受压部件中。P91通常使用在制造不超过600℃壁温的过热器、再热器集箱以及主蒸汽管道中，它应用在超临界机组中的优越性十分显明。

2.2 T92/P92

T92/P92是新型9%Cr马氏体热强钢，比奥氏体的热膨胀系数与导热系数更加优异。T92具有优良的强韧性、焊接与加工性能；抗蒸汽的氧化性能基本与T91相同；通过焊接试验，证明了T92的抗裂性较好，止裂在预热温度100℃；650℃的持续强度满足多种要求。和T122作对比，T92在性能方面略占优势，但价格却相对高昂。高W含量可能会因为长期运行发生蠕变脆化，将P92使用在厚壁部件的时候，会有IV型裂纹的趋向，因此，这些都需要更多的时间来进行评估。

因为T92/P92的性能优良，能代替TP304H与TP347H在电站锅炉的过热器以及再热器中的应用，能通过改善其运行的性能从而减少甚至避免异种钢接头，其实际意义非常重大。如果使用在亚临界锅炉中，可代替T91与TP347H厚壁管。P92通常使用在苛刻的蒸汽条件下，主要使用在集箱与蒸汽管道上。P92是已有的锅炉最高温度区以及超临界压力锅炉管子的使用钢，该钢势必会广泛应用在主蒸汽和再热蒸汽管道上。

2.3 Super304H

因为氮所具备的固溶强化作用，所以Super304H比18Cr-8Ni型不锈钢的强度水平高，而且其塑性和TP347H相差无几；十万小时的650℃持久强度的外推数值为128MPa。Super304H具有良好的焊接性，结构稳定性好，并且抗蒸汽的氧化性和抗高温的腐蚀性能良好。在650℃的高温中该钢许用应力高于TP304H的90%，高于TP347H的48%，高于TP347HFG的21%，并且略微高于HR3C的5%。仅从抗氧化性或者抗腐蚀性来看，Super304H和TP347HFG相近，但其综合性价比略微占有优势。

Super304H℃使用的最高温度是700℃，通常使用在超超临界机组锅炉中的过热器与再热器上。因为其性能优异，不管是从其可靠性以及经济性来看，它都属于以后超超临界机组锅炉中的过热器与再热器非常重要的首选材料。

2.4 HR3C

HR3C是结合TP310H以及TP310Cb的特征并加以改善的25Cr-20Ni型的奥氏体耐热钢，它的公称成分是0.1C-25Cr-20Ni-Nb-N。因为在HR3C中加进了许多的Cr，Ni以及相对较多的Nb以及N，它的抗张强度比常规不锈钢18Cr-8Ni高，它的许用应力与持久强度也比TP310以及常规不锈钢18Cr-8Ni高，抗高温的腐蚀性能也明显比18Cr-8Ni和19Cr-11Ni优异，而且其抗蒸汽的氧化性能也非常的优秀，炸接的接头也同样满足规范要求。

在临界压力参数的条件下，HR3C通常使用在制造循环流和大型发电锅炉温度不超700℃的过热器、再热器、屏式过热器和各种耐高压，耐高温或者抗硫、抗氯等环境腐蚀的管件。结束语

超超临界机组发电是一个有前途的清洁煤发电技术，因为超超临界的蒸汽参数条件，使机组中一些关键部件性能具有更高的要求，合理的进行选材确保机组的安全性与可靠性。新钢种还处在应用的起步阶段，需要不断的进行探究和归纳其在运用中显现的问题，从而推动其稳定发展以及运行。

参考文献

[1]毛建雄.700℃超超临界机组高温材料研发的最新进展[J].电力建设，2013（18）：69-76.[2]梁军.超超临界火电机组钢材选用分析[J].电力建设，2012（10）：74-78.

第四篇：电力行业新型耐热钢的焊接现状

电力行业新型耐热钢的焊接现状

一、前言

锅炉机组参数的提高依赖于新型钢材的出现。世界各国在六十年代有过提高机组参数的尝试，后因为钢材问题又都陆续将参数退回到了540℃左右这一典型参数。直到九十年代，以T/P91钢为标志的新型耐热钢的出现，机组参数的提高才成为可能。这些新型耐热钢的出现，是焊接工作者的新课题。

二、我国超超临界机组新型耐热钢的焊接

我国电站中应用新型9Cr-1MoVNb钢（P91）在九十年代中期，经过十余年的摸索，对该钢材的焊接有了较深刻的了解，据此也认识到新型耐热钢的一些焊接特点，为我国锅炉机组参数的提高积累了一些经验。2006年投产的华能浙江玉环发电厂单机容量1000MW超超临界火力发电机组中，除去T/P91钢外，还使用了P92钢、Super304H钢、HR3C钢等，其中，Super304H钢和HR3C钢属于奥氏体耐热钢，其焊接只局限在锅炉制造厂，锅炉安装现场焊接工作中焊接T/P91钢和P92钢都属于铁素体耐热钢，是目前电力行业焊接工艺进步和取得突破的重点，以下简单介绍它们的焊接。

1、T/P91钢的焊接

T/P91钢是ASME标准SA213-T91/SA335-P91钢的简称，是八十年代美国的树岭试验室开发的新型耐热钢，称为9Cr-1MoVNb钢。9Cr-1MoVNb钢的焊接经我国电力行业多年的研究与应用，其性能与焊接特点有以下几点：

（1）对焊接热输入极为敏感。

9Cr-1MoVNb钢的焊接过程的热输入包括两方面，即预热和层间温度、焊接热输入量。①预热和层间温度，理论上应保证在300℃以下，实际焊接中控制得更低些为好。有资料证明，预热和层间温度对焊接接头的室温冲击韧性关系密切，当保持在350~380℃时，室温冲击值在28~50J之间；而保持在250℃左右时，室温冲击值可以达到60~100J（标准值为41J）。②焊接热输入量（旧称焊接线能量），应该控制在25J/cm以下，当焊接热输入量大于此值或更高时，室温冲击值将不会达到41J的标准。

（2）对焊接热处理敏感。

9Cr-1MoVNb钢的合金元素含量较高，需要进行焊后热处理，标准规定热处理温度为760℃±10℃。由于9Cr-1MoVNb钢是多元素强化，该钢理论AC1温度在800~830℃之间，其下限距标准规定热处理温度上限比较接近，热处理过程的允许偏差就有可能超过钢材的AC1温度。与此同时，在9Cr-1MoVNb钢焊接接头的热处理工作中，还有焊接材料的AC1温度问题同样影响接头性能，现有的焊接材料为了获得较好的工艺性能和较好的接头塑韧性，都在材料中加入镍，镍元素是扩大奥氏体区元素，会降低焊缝的AC1温度，使热处理更具危险。实践证明，当焊后热处理温度超过AC1温度时，室温冲击韧性急剧下降，冲击值甚至有不到10J的情况。

（3）不同焊接材料获得的结果悬殊。电力行业应用9Cr-1MoVNb钢已经多年，前期使用的焊接材料几乎都靠进口，主要有英国的曼彻特、德国的蒂森、日本的神钢、法国的萨福、瑞士的奥林康和奥地利的伯乐等，近年来，国家电力建设研究生产的“科建牌”也在应用，上海电力修造总厂也生产出9Cr-1MoVNb钢使用的焊接材料。经验证明，这些焊接材料的性能悬殊很大，特别是AC1温度差别很大，这就要求焊接工作者一定要关注这一点，特别是选定焊接材料后，一定要研究厂家的说明书，否则，焊接接头发生问题的责任将要自己承担。如某进口焊接材料热处理温度在 760℃时，恒温4小时；750℃时，恒温8小时，这一参数与DL/T869-2004 火力发电厂焊接技术规程推荐的参数相差很多。

（4）改变了焊接观念。

在焊接常规耐热钢时，预热和层间温度和焊接热输入量是重要参数，但对材料冲击韧性的影响，远不如新型耐热钢这样大。这种情况的出现，使焊接工艺的概念有了根本性的变化。过去谈到焊接工艺，往往指焊接操作工艺，今天的新型耐热钢焊接工艺，往往与操作工艺无关，而主要指对焊接参数和工艺要求。与此同时，焊接检验的观念也带来变化，即：经过焊接检验合格的焊接接头，其性能不见得是合格的。也就是说，当焊接或焊后热处理参数出现问题时，导致的焊接接头室温冲击韧性不合格是不能被现有的焊接检验手段在现场检测出来的。所以，新型耐热钢的焊接过程在现代质量管理中被称为“需要确认的过程”，这种过程的实现必须进行焊接质量影响因素的预先鉴定和确认，包括人、机、料、法、环诸方面，这种“预先”也就是指焊接质量控制的时机必须提前，必须实施全过程控制。

9Cr-1MoVNb钢的焊接在电力行业有较为完整的依据和标准，即：二○○二年十月国家电力公司电源建设部颁发的《T91/P91钢焊接工艺导则》和DL/T869-2004火力发电厂焊接技术规程。

2、P92钢的焊接

继T/P91钢以后，日本于九十年代开始对T/P91钢实施改进，以期进一步提高蠕变断裂强度和使用温度，1996年至1998年开发出了9Cr-0.5Mo-2W为主要成分的NF616钢，后纳入ASTM和ASME标准。在ASTM中，NF616钢的编号为ASMESA213T92、ASMESA335P92，在欧洲的编号为X10CrMoWVNb9-2，在日本的编号为STBA29和STPA-29。

与T/P91钢相比，它们的抗腐蚀性和抗氧化性相同，但是具有更高的高温强度和蠕变性能。与TP347H相比，价格低廉，且热膨胀系数小、导热率高和抗疲劳性能强，可加工性和可焊性好。

自P92钢纳入ASME并进入火力发电设备领域以来，世界范围内应用并不是很广，欧洲九十年代只在丹麦和德国的5个发电厂有应用，而日本则只在三个发电厂应用。国内第一台采用P92钢的火力发电机组是浙江玉环发电厂，自此拉开我国应用P92钢的序幕。截至今天，我国超超临界火力发电机组的锅炉联箱和蒸汽管道几乎都使用了P92钢，国内的火电建设单位也有十几家完成了焊接工艺评定。

由于合金元素含量近似，T/P92钢的焊接特点、要求与T/P91钢近似，但从目前进行的焊接工艺评定过程发现，T/P92钢的焊接工艺裕度比T/P91钢要小，对焊接参数的要求比T/P91钢还要严格，也更要注意焊接和焊后热处理参数的严格控制及焊接材料厂家的选定。

电力行业对T/P92钢的进入给予了高度重视，由焊接学会组织的研讨会议召开多次，并准备制定T/P92钢的焊接工艺导则指导安装现场的焊接工作。现将T/P92钢的焊接要求大大致介绍如下：

1、坡口制备及组对要求

（1）对于壁厚不小于40mm且不大于的78mm焊口推荐采用DL/T869表1序号4的双V形坡口；对于壁厚超过78mm的焊口，推荐采用DL/T869表1序号6的综合形坡口。

（2）对口间隙宜小不宜大。

（3）应采取措施确保对口的错口值不超过1mm。

（4）对口定位焊可采用普通钢材表面堆焊不少于4mm厚的P92钢焊材的定位块，定位焊应该在预定的预热条件下进行。

2、焊接工艺

（1）预热温度推荐为（150～200）℃。

（2）采用焊条电弧焊的施焊过程中，层间温度不宜超过250℃；采用埋弧焊方法焊接时，其道间温度也不宜超过250℃，否则应在焊后采用部件整体炉内调质处理，调质处理参数应与钢材的调质处理参数相同。

（3）对于壁厚超过40mm的焊口的根层焊接推荐采用钨极氩弧焊方法，焊接2层，总厚度为（3～5.5）mm。

（4）采用焊条电弧焊进行填充和盖面的，推荐采用直径为3.2mm的焊条焊接，焊接电流为（110～125）A。每根完整的焊条所焊接的焊缝长度与该焊条的熔化长度之比应大于50%。

（5）除非确有必要，不推荐安排后热处理。后热处理应该在焊件温度降至100℃，保温1小时进行。

（6）焊后热处理应该在焊件温度降至100℃，保温1小时后立即进行。推荐焊后热处理参数为：

a)以200℃/h的加热速度升温至500℃，此后按照100℃/h升温至770（+0，-5）℃； b)保温时间的计时时刻为任一测温热电偶达到设定的温度值。恒温时间以壁厚每8mm，1小时计算，且不少于1.5小时。

c)降温速度为150℃/h，当焊件温度降到300℃时可不控制，自然冷却至室温。

3、质量控制与检验

（1）P92钢的焊接施工应该根据规程、标准和本规定制定详细的作业指导文件，并对工作所涉及岗位人员进行技术交底。

（2）推荐采用加强焊工培训，严格工艺纪律，杜绝焊工随意调整工艺的情况，以旁站监督的方式，严格控制焊接工艺来确保焊接接头的质量。

（3）对于壁厚超过70mm的焊口，在满足（2）的规定，并得到工程焊接监理的确认的条件下，推荐采用从预热到焊接热处理一次连续完成的作业程序，否则，应该安排中间无损检验。

（4）P92钢的焊接施工应该具备紧急预案和措施，防止意外失电导致焊接或焊接热处理中断。

三、现场T/P91和T/P92钢焊接要点

综合上述T/P91和T/P92钢焊接要求，现将这类铁素体耐热钢的焊接要点总结分析如下：

1、钢材的焊接性

这类铁素体耐热钢都采用先进的冶炼和轧制技术，钢材的纯净度得到极大提高（如S、P含量在千分级）；多元素强化，成分控制严格；在强化机理方面采用了固溶强化、高位错密度强化、铁素体晶内的析出强化、晶界强化、加入防止M23C6的粗大化和防止向M6C转变元素等多种手段，钢的高温性能、常温冲击韧性与焊接性较早期的P9、F11、F12好得多。但是毕竟属高合金钢，还是要预热到150℃以上再开始焊接。

2、焊后热处理的要点

这类铁素体耐热钢希望获得全部的回火马氏体组织，焊后热处理参数极为重要，要从两方面注意。

（1）冷却到100-150℃，保持1-2小时，保证过冷奥氏体完全转变为马氏体后再升温开始焊后热处理，这与早期的P9、F11、F12的要求是一样的。

（2）在采用多元素强化的过程中，往往添加Ni来提高室温塑韧性，而Ni与钢材中必有的Mn共同作用下回使焊缝金属的AC1下降，有时会下降到危险的程度（DL/T869推荐值为760℃±10℃），如：某进口焊接材料AC1的实测值已经下降到768℃，因此，在制定焊后热处理参数时必须要参照焊接材料制造商的说明书。

3、焊接热输入量（焊接线能量）

由于采用多种方法使钢材的综合性能获得极大提高，使这类钢的焊接形成全新的局面，即①无论采用何种措施，焊缝金属的综合性能都将达不到母材的性能指标；②现有的焊后检验手段（无损检测）无法证明焊缝金属综合性能合格。因此，必须严格控制焊接过程。

（1）焊接规范参数。必须采用小的焊接热输入量，经验证明，T/P91钢不超过25J/cm、T/P92钢不超过20J/cm为好。此时特别要注意，小的焊接热输入量不单指小的焊接电流，如果一味采用小的焊接电流，将会在焊缝中形成未熔合等缺陷，反而不好，国内就有电力行业单位吃过亏。正确有效的做法是提高焊接速度减薄单道焊厚度。

（2）预热和层间温度。这类钢的MS点在400℃左右，控制焊接热输入量也包括控制预热和层间温度。必须使每一焊道的温度降至300℃以下时，才可以焊接下一道焊缝。经验证明，如果降到更低温度，可以获得更好的室温冲击韧性，但要与生产效率综合考虑。这一现象的机理至今还不很清楚，这是许多单位的经验证明，也被波兰焊接工作者所报道。附《T91/P91钢焊接工艺导则》

1、制订依据

本导则是根据电力工业焊接有关规程、规范、技术条件和相关资料，以国家电力公司火电建设部制订的“T91/P91钢管焊接工艺暂行规定”为版本，结合近年来积累的实践经验进行了修订。

2、适用范围

2.1本导则适用于火力发电设备，以T91/P91钢管及与其它钢种相连接的各类焊接接头的制作、安装、检修工程的焊接工作。

2.2 适用于手工钨极氩弧焊和焊条电弧焊的焊接方法。

3、总则

3.1 T91/P91钢的焊接工艺评定，应遵守SD340-89《火力发电厂焊接工艺评定规程》（现为DL/T868-2004焊接工艺评定规程，下同。编者注）的规定，并以确定焊接工艺，编制作业指导书。

3.2 焊接T91/P91钢焊工技术能力的验证，应按DL/T679-1999《焊工技术考核规程》的规定考核，取得合格证书后，方可参加焊接工作。

3.3 焊接接头质量检验应遵照DL/T820-2002和DL/T821-2002两本检验规程的规定进行，其质量标准应符合DL5007-92（现为DL/T869-2004火力发电厂焊接技术规程，下同。编者注）规定。

3.4 对国外引进设备的T91/P91钢焊接工作，应按合同规定进行，如无规定时，其焊接工艺评定、焊工技术考核、焊接工程的技术规定和焊接质量检验等均应执行电力工业焊接相关规程和本导则规定。

3.5 焊接T91/P91钢的场所其环境温度和条件以及防护设施应符合DL5007-92的规定。3.6 实施T91/P91钢焊接工作应遵守国家和电力工业安全、防火、环保和施焊中其它相关条件的有关规定。

4、焊接机具和焊接材料

4.1 焊接T91/P91钢的焊接设备，应选用焊接特性良好、稳定可靠的逆变式或整流式焊机。其容量应满足焊接规范参数的要求。4.2 氩弧焊工器具

4.2.1 氩弧焊枪选用气冷式。

4.2.2 氩气减压流量计应选择气压稳定、调节灵活的表计，其产品质量和特性应符合国家或部颁标准。

4.2.3 输送氩气的管线应选用质地柔软、耐磨和无裂痕的胶管，且无漏气现象。

4.2.4 氩弧焊导电线应采用柔软多股铜线，其坏蛋夹具应接触良好。4.3 焊条电弧焊工器具

4.3.1 焊机引出电缆线可选用截面为50mm2焊接专用铜芯多股橡皮电缆；连接焊钳的把线，可选用截面为25mm2焊接专用铜芯多股橡皮软电缆。电缆线外皮绝缘应良好、无破损。4.3.2 选用的焊钳应轻巧、接触良好不易发热，且便于焊条的更换。4.3.3 测量坡口和焊缝尺寸时，应采用专用的焊口检测器。

4.3.4 修整接头和清理焊渣、飞溅，宜采用小型轻便的砂轮机。4.4 焊接材料

4.4.1 选用的氩弧焊丝、焊条应与钢材匹配。选用中应注意化学成分的合理性，以获得优良的焊缝金属成分、组织和力学性能，并要求工艺性能良好。

4.4.2 氩弧焊丝、焊条、氩气和钨极等焊接材料的质量，应符合国家标准或有关标准的规定。如需考察其工艺性能，必要时，可进行焊接材料的工艺性能试验。

4.4.3 氩弧焊丝使用前应除去表面油、垢等脏物。焊条除按国家标准规定保管外，于使用前按使用说明书规定，置于专用的烘焙箱内进行烘焙。推荐的烘焙参数为：温度350~400℃，时间或~2小时，使用时，应放在80~120℃的便携式保温筒内随用随取。

4.4.4 氩气使用前应检查瓶体上有无出厂合格证明，以验证其纯度是否符合国家或部颁标准规定。

4.4.5 氩弧焊用的钨极宜选用铈钨极或镧钨极，直径为Ф2.5mm。钨极于使用前切成短段，并在其端头处磨成适于焊接的尖锥体。

5、焊前准备 5.1 坡口制备

5.1.1 坡口形状和尺寸按设计图纸和供货方提供的资料加工。

5.1.2 坡口加工应采用机械法，坡口修整时，可使用角向砂轮机等轻便工具。

5.1.3 坡口及其内外壁两侧15~20mm范围内应将油、漆、垢和氧化皮等杂物清理干净，直至露出金属光泽。

5.1.4 为保持管子内壁齐平，遇有管子内壁错口值超过1mm或两侧壁厚不同时，应按DL5007-92规定处理。5.2 对口装配

5.2.1 对口装配前应认真检查被焊接部位及其边缘20mm范围内有无不允许缺陷（裂纹、重皮等），确认无缺陷后方可组装。5.2.2 对口装配时，应选定管子的支撑点，并垫置牢固，以防焊接过程中产生位移和变形。5.2.3 对接管口端面应与管子中心线垂直，其偏斜度△f不得超表1的规定。5.2.4 严禁在管子上焊接临时支撑物。

5.3 对口点固焊

5.3.1 点固焊用的焊接材料、焊接工艺和选定的焊工技术条件应与正式焊接时相同。5.3.2 点固焊和施焊过程中，不得在管子表面引燃电弧试验电流。

5.3.3 小径薄壁管点固焊时，可在坡口内直接点固，点固焊不少于2点；大径厚壁管点固焊时，可采用“定位块”法点固在坡口内，见图书馆，点固焊不少于3点，点固焊用的“定位块”应选用含碳量小于0.25%钢材为宜。

5.3.4 焊接过程中，施焊至“定位块”处时，应将“定位块”除掉，并将焊点用砂轮机磨掉，不得留有焊疤等痕迹。并以肉眼或低倍放大镜检查，确认无裂纹等缺陷后，方可继续施焊。

6、焊接工艺

6.1 T91/P91钢必须严格执行经评定合格的工艺所编制的作业指导书规定进行施焊。为使焊接作业指导书严格实施，强化工艺纪律，必要时，应对该类钢材焊接全过程进行完整的监控，以保证焊接质量。

6.2 T91钢管及P91小径薄壁钢管推荐采用全氩弧焊方法；P91钢大径厚壁管采用氩弧焊打底、焊条电弧焊填充及盖面的组合焊接方法。6.3 氩弧焊（Ws）打底焊接

6.3.1 为防止根层焊缝金属氧化，氩弧焊打底及焊条填充第一层焊道时，应在管子内壁充氩气保护。

6.3.2 充氩保护可参照下列要求进行：

a、充氩保护范围以坡口中心为准，每侧各200~300mm处，以可溶纸或其它可溶材料，用耐高温胶带粘牢，做成密封气室。

b、采用“气针”从坡口间隙或“探伤孔”中插入进行充氩，开始时流量可为10~20L/min，施焊过程中流量应保持在8~10L/min。

6.3.3 氩弧焊打底时，焊接规范参数推荐如下：

焊丝选用Ф2.5mm，钨极为Ф2.5mm，氩气流量为10~15L/min。

焊前预热温度为100~150℃，焊接电弧电压为10~14V，焊接电流为80~110A，焊接速度为55~60mm/min。

6.3.4 氩弧焊打底的焊层厚度控制在2.8~3.2mm范围内。6.4 焊条电弧焊（Ds）填充、盖面焊接

6.4.1 施焊前的预热温度推荐为200~300℃。宽度以坡口边缘算起每侧不少于壁厚的3倍，预热力求均匀。对于壁厚大于10mm的管子应采用电加热方法进行。

6.4.2 小径薄壁管最低焊接层数为2层，大径厚壁管应采取多层多道焊接。6.4.3 施工过程中，应注意层间温度的保持，推荐的层间温度为200~300℃。6.4.4 为保证后一焊道对前一焊道起到回火作用，焊接时每层焊道厚度的控制约为焊条直径。6.4.5 焊条摆动的幅度，最宽不得超过焊条直径的4倍。6.4.6 大径厚壁管水平固定焊盖面层的焊道布置，焊接一层至少三道焊缝，中间以有一“退火时道”为宜，以利于改善焊缝金属组织和性能，焊道布置见图2。6.4.7 焊条电弧焊各层焊道的主要工艺参数参考值见表2。

6.4.8 为减少焊接应力与变形，直径>194mm的管道和锅炉密集排管（管子间距≤30mm）的焊口，宜采用两人对称焊接。同时，注意到不得两人同时在一处收头，以免局部温度过度影响施焊质量。

6.4.9 焊接中应将每层焊道接头错开10~15mm，同时注意尽量焊得平滑，便于清渣和避免出现“死角”。

6.4.10 焊工操作技术要熟练，认真观察熔化状态，注意熔池和收尾接头质量，以避免出现弧坑裂纹。

6.4.11 每层每道焊缝焊接完毕后，应用砂轮机或钢丝刷将焊渣、飞溅等杂物清理干净（尤其注意中间接头和坡口边缘），经自检合格后，方可焊接次层。6.4.12 焊缝整体焊接完毕，应将焊缝表面焊焊渣、飞溅清理干净，自检合格后，做出代表焊工本人的标记，并应按工艺规定要求进行焊后热处理。

7、焊后热处理

7.1 当焊缝整体焊接完毕，对T91钢和P91钢小径薄壁管的焊接接头可冷却至室温，而对P91钢大径厚壁管的焊接接头冷却到100~200℃时，应及时进行焊后热处理。

7.2 当焊接接头不能及时进行热处理时，应于焊后立即做加热温度为350℃、恒温时间为1小时的焊后热处理。

7.3 焊接接头的焊后热处理，应采用高温回火。

7.4 焊后热处理的升、降温速度以≤150℃/h为宜，降温至300℃以下时，可不控制，在保温层内冷却至室温。

7.5 T91/P91钢焊后热处理加热温度为760±10℃。对于T91/P91钢与珠光体、贝氏体负的异种焊接接头，加热温度应按两侧钢材及所用焊丝、焊条等综合确定，不应超过合金成分含量低材料的下临界点AC1。

7.6 恒温时间：P91钢焊接接头按壁厚每25mm，1小时计算，但最少不得小于4小时；对T91钢焊接接头可按壁每毫米，5分钟计算，且不小于0.5小时。

7.7 为保证焊后热处理质量，热处理的加热宽度、保温层宽度和厚度应符合DL/T819-2002的规定。

7.8 焊接热处理过程曲线（P、W、H、T）参见图形。

8、质量检验和标准

8.1 焊工自检和专检均应重视焊接接头外观质量，除焊缝均整、尺寸符合规定外，应尽量消除咬边缺陷，以减缓焊接接头应力水平。

8.2 外观符合规定的焊接接头，方可按规定比例进行无损检验。

8.3 壁厚≥70mm管子焊口，焊至20~25mm时，应停止焊接，立即进行后热处理，然后做“RT ”或“UT”探伤检验，确认合格后，再按作业指导书规定程序施焊完毕。

8.4 管道上开有探伤孔做100%“RT”检验，如无探伤孔则做100%“UT”检验。

8.5 焊接接头热处理完毕，应做100%硬度测定，测定部位为焊缝区和热影响区（异种钢为两侧，同种钢可选一侧），每个部位测定不少于三点。硬度测定平均值的标准不超过母材的布氏硬度加100HB，且应≤350HB为合格。

9、焊缝返修

9.1 焊接接头外观检查不符合标准时，轻者打磨焊补，严重者应割掉重新焊接。

9.2 经无损检验不合格的焊接接头，其缺陷可进行焊补，但必须在确认缺陷已经彻底消除的基础上，按正常焊接工艺或焊补工艺规定进行。

9.3 返修焊补的焊接接头，一般同一焊口不得超过两次，否则应割掉重新对口焊接。9.4 返修焊补的焊接接头，必须重新进行焊后热处理和无损检验。

第五篇：2×600MW超临界机组焊接工程质量管理探析

2×600MW超临界机组焊接工程质量管理探析

来源：

作者：单鸿 洪波

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随着中国电力市场的蓬勃发展，为了节约能源和减少环境污染，发电项目朝着高参数、大容量的方向发展已成为大势所趋；而对高参数、大容量的火力发电机组来说，焊接质量的好坏，直接关系到机组的安全、稳定运行。

湖南湘潭发电有限责任公司二期扩建工程为两台60万千瓦超临界机组。工程伊始，该公司就对焊接质量提出了很高的要求。为此，工程技术管理人员从设备制造到安装的各个环节，采取有针对性的质量管理和控制措施，确保了工程焊接质量。

一、工程概况

基本情况。湖南湘潭发电有限责任公司二期两台60万千瓦机组扩建工程由中国大唐集团公司和湖南地方电力资产经营有限公司共同出资建设。

3、4号机组分别由天津电力建设公司和湖南省火电安装公司承担安装工作。

本工程于2003年12月26日奠基，2004年4月15日浇灌第一罐混凝土；3号机组于2006年2月12日首次并网，3月31日通过168小时试运，移交生产；4号机组于2006年10月11日首次并网，11月13日通过168小时试运，移交生产。

主要设备情况。锅炉由东方锅炉（集团）股份有限公司与东方日立锅炉有限公司联合设计制造，型号为DG1900/25.4-Ⅱ1。该锅炉为Π型布置，单炉膛、前后墙对冲燃烧、一次中间再热、全悬吊结构变压直流炉。炉膛上部布置有屏式过热器，水平烟道依次布置高温过热器、高温再热器，尾部竖井四周为包墙过热器，分为前烟道和后烟道，其内分别布置有低温再热器和低温过热器、省煤器。最大连续蒸发量为1913t/h，过热器出口压力25.4MPa，过热器出口温度571℃；再热器出口压力4.71MPa，再热器出口温度569℃。

汽轮机采用上海汽轮机厂生产的单轴、三缸四排汽、超临界、一次中间再热、双背压、凝汽式汽轮机。

发电机为上海汽轮发电机有限责任公司生产的水氢氢汽轮发电机。

四大管道采用进口材料，其中主蒸汽管道和再热热段采用了P91。

二、主要焊接特点分析

与亚临界600MW机组相比，超临界机组焊接施工主要有以下5个特点：

一是焊口数量多，焊接工作量大。600MW超临界机组，焊口数量较同类型亚临界机组多15％以上；光锅炉本体部分的受监焊口就达 36000多道。

二是同部件相比材质普遍高一个等级。如水冷壁、包墙均为合金焊，加上由于超临界机组参数高而导致管材壁厚增加（仅壁厚大于70mm需分二次焊接的焊口数量就有138个），极大地提高了焊接和热处理工作的难度，使得焊接质量难以保障。

三是焊接位置困难，焊接质量难以控制。如省煤器、低温过热器、低温再热器蛇形管排布置在后炉膛内，管排间距小，位置困难，工作量大，困难位置焊口多达12610道；下部水冷壁为螺旋结构，施工工艺复杂，不利于焊接工作的进行。

四是焊接钢种复杂，现场管理难度大。本工程所用材质众多，主要有：SA-106C、SA-210C、15CrMoG、SA-335P12、SA213-T2、SA-213P12、12Cr1MoV、SA-213T23、SA-335P91、SA-213T91、SA-213TP347H、A672B70CL32、15NiCuMoNb5等十几种钢材的对接及异种钢焊接，现场管理难度大，稍有不慎，就会用错材料，导致巨大的损失。

五是特殊钢种的焊接，焊接工艺复杂。SA-213T23是国内较新的钢种；SA213-T91、SA-335P91属马氏体耐热钢，合金含量高，具有强烈的脆硬敏感性和焊缝根部焊接的易氧化性，这些钢材的焊接工艺复杂，在施焊中如果未能遵循正确的焊接工艺，很容易产生冷裂纹，严重影响焊接质量和机组的安全运行。

三、焊接质量管理与控制措施

作为集团公司首批单机600MW超临界火力发电机组，该公司非常重视焊接质量的管理和控制工作。工程伊始，工程部就未雨绸缪、积极应对，制定了质量目标，并从技术和管理上加大力度，采取了科学、缜密的措施，加强焊接质量的控制，确保取得满意的成绩。

制定高标准的焊接工程质量目标。具体内容包括：机组高压管道焊口无损检验一次合格率≥98%；锅炉整体水压一次成功，无渗漏；汽机中低压管道分部件水压一次成功，无渗漏；消灭漏焊，做到烟、风、煤、粉、汽、水、油管道焊口不渗漏；杜绝错发错用焊接材料的现象；受监管道焊口记录、焊口记录图齐全完整，无漏项；所有焊口外观成型美观。

加大焊接专业管理力量的投入。开工伊始，项目部就加强了焊接专业管理工作。从生产部门抽调了1名焊接专业的高级工程师和1名焊接技师，从事二期扩建工程的焊接管理工作；并要求监理公司在已有1名焊接监理工程师的情况下，又增加了1名焊接监理工程师；施工单位也配备了4名焊接专工或技术员，并配备了两名焊接质检员，从人员配置上满足了焊接工程管理的需要。

强化设备出厂前的质量控制和管理。由于电力市场的异常火爆，造成原材料生产企业和电力设备制造企业任务极度饱和。优质原材料的缺乏、工人连续加班加点、大量质量保证体系不完善的协作单位的参与，给产品的质量管理工作带来了前所未有的难度。面对严峻的现实，我们积极采取措施，加强了源头管理。

——委托专业单位进行设备的监造工作，实现全过程质量控制。驻厂监造人员负责对材料的进厂验收、下料、焊接、无损检测、出厂验收等环节进行全过程的见证和把关，核查相关的材质证明书、检验报告、焊接工艺卡等技术文件。发现问题及时向制造单位和项目公司反馈，积极督促制造单位进行整改和修复。

——高度重视设备出厂前的验收工作,确保设备“零缺陷”出厂。项目公司向三大主机制造单位和重要的辅机制造单位派出了多名经验丰富的驻厂人员，负责进度的协调和质量把关。重要设备或部件出厂前，项目公司组织厂内专业技术人员、并邀请实研所的专家前往制造单位进行出厂前的验收，提早发现问题，及时通知厂家进行妥善处理。

加强安装现场质量控制和管理。现场施工条件艰苦、装备简单，导致现场施工质量难以保证。为此，该公司有针对性地采取了许多科学、有效的措施，确保了工程质量。

——加强对高压焊工上岗前的培训和考核。开工前，该公司要求施工单位上报所有焊工的资质证书，由项目公司会同监理进行认真审查，审查合格后要求焊工进行一周左右上岗前的模拟练习，然后进行实际考核，只有考核合格者才能进入现场从事与合格项目相对应的焊接工作，达到了从源头上控制焊接质量的目的。

——严格审查焊接工艺评定报告和作业指导书。该公司会同监理认真审查了施工单位上报的与本工程相关的焊接工艺评定报告和焊接作业指导书共计40余份，发现问题后要求施工单位及时修正。同时，该公司还强调了施工工艺纪律，要求施工单位做到“没有开工报告不开工，没有技术方案不动工，作业指导书没有交底不施工”，并经常检查施工人员是否进行了技术交底、是否正确执行了作业指导书。事实证明，以上做法从根本上改变了过去技术方案和作业指导书流于形式的局面，为保证施工质量提供了技术保障。

——狠抓焊接施工过程控制。焊前，该公司会同监理认真审核合格焊工合格证及焊接作业指导书，进行模拟考试，设W点见证对口工序质量；施焊时，首先设H点对首只焊口进行质量检查验收，然后施工单位进行三级质检，监理部、工程部不定期进行现场巡检及工艺、质量检查；焊接后，督促检验单位严格按合同及规范的要求进行无损探伤。对重要的焊接部位(P91)实施了24小时的“旁站”监督。在工程建设期间，两次及时发现焊工不按焊接工艺规范施工，当场要求予以返工处理，并给予了重罚，起到了威慑作用。

——加强无损检验，提高焊接缺陷检出率。除了严格执行《火力发电厂焊接技术规程》（DL/T869-2004）等有关规程规定，该公司在合同中还明确规定，对受热面管子安装焊口进行100%射线检验，以期通过提高检验比例和采用先进的检验手段，来确保焊接质量。同时，针对超临界机组受热面管子内径小、容易堵塞的特点，加强了对焊缝背面余高的控制。评定底片时，焊缝背面余高有可能超过1.5毫米的焊口，一律返工重焊。

——充分利用各种技术资源。每周一次的焊接质量联合大检查，工程部会同监理、施工单位（两个施工单位交叉检查）并邀请生产部门、湖南中试所等单位的焊接技术人员，一道对机组的安装质量进行现场检查和资料如射线底片、光谱报告等抽查，取得了较好的效果。每两月一次的专家咨询单位来现场检查，该公司都邀请了焊接方面的专家来现场检查指导工作，给予了很大的帮助。

实践证明，湘潭发电公司在二期项目建设过程中通过采取以上种种措施，为确保工程焊接质量起到了很好的作用：

3号机组共完成受监焊口49854只，焊口无损检验一次合格率98.99%；

4号机组共完成受监焊口48160只，焊口无损检验一次合格率99.39%； 3、4号锅炉水压试验一次成功。3、4号机组焊接单位工程验收优良率100%。3、4号机组试运行和试生产期间未发生因焊口质量原因导致的“四管爆漏”事故。