1bs超超临界机组钢材焊接技术介绍4

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1、广东河源发电厂（2600MW）超超临界机组安装工程焊接技术目 录1前言22SA335-P92钢的焊接22.1概述22.2P92钢化学成份及性能特点32.3P92钢焊接的重点及难点32.4P92钢的焊接工艺52.5P92钢现场的安装焊接163新型奥氏体钢的焊接193.1概述193.2新型Cr、Ni 纯奥氏体钢焊接控制的难点213.3四种新型奥氏体钢焊接裂纹敏感性的比较233.4影响Cr-Ni 奥氏体钢应力腐蚀的因素233.5焊接新型奥氏体钢的工艺原则243.6焊接工艺评定243.7新型奥氏体不锈钢现场的安装焊接254结束语26超超临界机组新型耐热钢的焊接技术1 前言广东河源发电厂2600MW工程

2、将安装建设我省第一台超超临界机组，该工程锅炉选用上海锅炉厂生产的超超临界锅炉，设计参数较超临界机组又有较大的提升。为满足机组在高参数下长期安全可靠运行的需要，超超临界锅炉受热面部件及主蒸汽管道等选用了众多的新钢材如SA335-P92、T/P122、SUPER304H、TP347HFG、HR3C等等，该类钢材均是近两年来我国引进的新型耐热钢，目前其焊接技术尚未为大多数电建施工单位所熟悉和掌握。上述钢种可以分为两类，一类为马氏体耐热钢，后三种为奥氏体不锈钢。其中，SA335-P92是适合我国国情而大量设计选用的钢种，其高温强度、抗氧化性均优于P91钢，通常用于620超超临界机组的主蒸汽管道、再热热

3、段管道，而T92、SUPER304H、TP347HFG、HR3C则主要用于锅炉的再热器及过热器等受热面。新钢材的大量使用，必然给现场的安装带来众多新的问题，其中最关键的是增加了安装焊接施工及质量管理的难度。基于上述情况，作为超超临界机组的焊接技术，主要应解决P92和25Cr-20Ni（HR3C）等新型耐热钢的焊接工艺问题。2 SA335-P92钢的焊接2.1 概述众所周知， SA335-P91材料由于其良好的高温持久性能和抗氧化性能，目前已普遍应用于我国300MW、600MW等火力发电机组高温管道和部件中，相关的焊接工艺也已成熟，但P91钢的极限长期使用温度仅585，已不能满足更高参数机组发展

4、的需要。为此，世界有关钢材研究机构顺着P91钢研发的思路，在P91钢合金成份的基础上，增加了约1.7%的W，将Mo含量从1%降到约0.5%，并严格控制冶炼扎制等工艺，从而研发了强度等级更高的高合金耐热钢，即SA335-T/P92钢。SA335-T/P92钢的高温热稳定性和热强性较P91钢提高了约30%，极限长期使用温度达到了625，如图1为部分耐热钢材料许用应力的对比。P122钢含Cr量较高，但材料的焊接性较差，长时高温运行的组织稳定性稍差；P92钢高温持久强度高，焊接性与P91接近。因此，在同等参数条件下，选用P92材料可大大减少管材厚度和重量，不仅能较好的解决构件的承载问题，也可有效降低安

5、装及焊接施工工艺操作的难度。图1、耐热钢材料许用应力与温度的关系2.2 P92钢化学成份及性能特点SA335-P92钢母材的基本成份为0.1%C-9%Cr-0.5%Mo-1.7%W，同时加入了V、Nb、N和B等微合金化元素，对其化学成份的严格控制和均匀化使其淬火后可获得几乎不含残余铁素体的全马氏体组织。经淬火+回火处理后，P92钢的显微组织为Mo和W固溶强化的回火马氏体，其基体含有回火析出的M23C6类金属碳化物（Fe、Cr或Mo的碳化物）以及以MX形式存在的V和Nb的碳/氮化物，从而使P92合金的高温蠕变强度在P91合金的基础上得到进一步的提高。SA335-P92钢各类合金元素的含量见表1，

6、常温力学性能见表2。表1：SA335-P92钢化学成份范围元素CMnSiSPNiCrWt%0.070.130.300.600.50.010.020.408.59.5元素MoWVNbAlBNWt%0.30.61.52.00.150.250.0400.0900.0400.0010.0060.0300.070表2：SA335-P92钢常温力学性能标准材质屈服强度(MPa)抗拉强度(MPa)纵向延伸率%冲击韧性Akv(J)硬度HBA213-A335P9244062020412502.3 P92钢焊接的重点及难点2.3.1 预热及层间温度的控制P92钢合金含量在10%以上，属高合金钢，虽然该钢的合金成份

7、中C、S、P含量较低，但仍存在一定的冷裂纹倾向，因此P92钢焊接时必须采取预热措施。但从接头质量来看，预热温度过高，则会在接头中引起晶界碳化物沉淀和形成铁素体，对韧性很不利，而一旦碳化物沉淀+铁素体组织形成后，必须进行调质处理才能得到有效解决。实践证明，SA335-P92钢在焊接前进行150200的预热，层间温度应控制在150250，即可有效防止焊接冷裂纹的产生。2.3.2 焊接接头冲击韧性的保证P92钢与P91钢相比由于W的加入提高了高温蠕变性能，但组织稳定性不如P91钢。P92钢在500650范围内有较明显的时效倾向，在时效过程中，Cr、W、Mo等合金元素与Fe、Mn、Si形成金属间化合物

8、Laves相，导致冲击韧性恶化，而且W是铁素体形成元素，也会影响到焊缝的冲击韧性值。因此，焊接施工时应严格控制焊接及热处理工艺，确保焊缝有足够的冲击韧性裕量，使机组移交后能长期安全可靠运行。由于焊缝熔敷金属没有控轧和形变热处理，晶粒不可能由此获得细化；再者，熔敷金属中的Nb、V在凝固冷却过程中难以呈微细的C、N化合物析出，焊缝的韧性会远不如母材。因此，焊接时必须采取多层多道、选用小规范参数等焊接操作工艺措施，并充分利用层道间的热循环作用来改善组织和细化晶粒，提高焊缝的韧性。供货状态优良的母材性能受到焊接的高温循环，母材热影响区性能必会明显劣化，而且劣化程度将随焊接热输入的增大而加剧，因此在焊接

9、过程中应特别注意热输入的控制。遵照上述焊接工艺，可以得到欧洲标准规定的冲击韧性大于41J的焊接接头。为了判断冲击韧性是否满足要求，国内焊接界推荐P91/P92硬度范围为160250HB来界定。2.3.3 焊后热处理工艺的控制由于P92钢的抗回火性高，回火温度在750770时可得到析出物和碳化物如M23C6及MX型钒/铌碳氮化物的回火马氏体组织，这些析出物通过沉淀强化而改善了材料蠕变断裂强度，需要较高的焊后热处理温度；但其焊接熔敷金属的相变转变温度Ac1值约为800835，如超过Ac1值将再次奥氏体化而得到部分未回火的马氏体组织，造成接头的性能及冲击韧性极差。因此，对P92钢焊后热处理温度的控制

10、要求有较高的精度。通常回火热处理恒温时间的计算约为47min/mm，且不少于4小时。此外，焊口焊接完成后应缓冷至100以下待焊缝金属组织全部转变为马氏体后，立即进行焊后热处理。由于焊后热处理的温度控制范围较窄，且要保证整个管段内外壁、上下区温差在规定范围之内，因此热处理加热器的布置以及热电偶监控点的设置等非常重要，可以说热处理工艺措施恰当与否是P92焊口焊接成败的关键所在。2.3.4 热处理加热方式的选择由于传统的中频感应加热方法由于存在明显的集肤效应，因此，近年来在电建施工中应用越来越少。所谓集肤效应是指当交流的感应电流流过导体时，导体表面的电流密度大于深层电流密度的一种现象。工程上规定从导

11、体表面到电流密度为导体表面的1/e0.368的距离为集肤深度。频率越高，集肤效应更严重，造成焊后热处理时，内外壁温差可达到几十度，不能保证内壁焊接应力降低及得到良好的综合机械性能。此外，依据火力发电厂焊接热处理技术规程DL/T819-2002 第5.1.2条的规定，“中频感应加热宜用于对厚度小于或等于30mm的焊件进行加热”。基于上述理由，由于我公司本次P92钢的工艺评定选用的管件壁厚为53mm，因此选用现行电力规范推荐的远红外加热的方式对焊件进行预热及焊后热处理。目前，国内已有个别电建单位倡导采用新型的中频感应加热系统ProHeatTM35预热和去应力系统来完成P92钢的预热和焊后热处理，我

12、们对此也一直在关注中，在规程允许及该项技术成熟后，必要时我公司也将进行相应的技术研究和探讨。2.4 P92钢的焊接工艺2.4.1 我公司P92焊接工艺评定基本情况如下： 母材材质：SA335-P92；规格：35453mm 焊接位置：6G 焊接方法：钨极氩弧焊+焊条电弧焊 焊丝：9CrWV（2.4mm）；焊条：CHROMET 92（2.5 3.2mm） 坡口型式：双V型坡口，坡口尺寸如图2所示：图2 P92工艺评定坡口示意图2.4.2 对口装配及点固焊：试件对口错边量1.0mm，对口间隙见图2所示。点固焊采用坡口内定位块进行，坡口内定位块选用P91材质，定位块固定情况如图3所示。图3：定位块的点

13、焊2.4.3 焊接工艺及注意事项2.4.3.1 在正式开始焊接操作前，为了熟悉和掌握P92钢焊接材料的工艺性能，验证拟定的焊接工艺的可行性，我们进行焊接模拟试验。模拟试验采用P92钢焊接材料，母材选用规格为21940的P91钢管口，工艺条件参照拟订的正式焊接工艺评定进行，并针对模拟试验的结果对正式的工艺评定方案进行了必要的调整。模拟试验为我们最终一次性顺利完成工艺评定奠定了坚实的基础。2.4.3.2 氩弧焊打底焊接的前二层和焊条电弧焊时的第一、二层焊道背面进行充氩保护。2.4.3.3 充氩保护范围以坡口中心为准，每侧各300400mm处，用已加工好的圆形钢板封住管件两侧，打底焊接及充气情况如图

14、4所示。图4：打底焊接充气情况2.4.3.4 充氩保护流量开始时可为2030L/min，施焊过程中流量应保持在815L/min。2.4.3.5 由甲乙两名焊工对称施焊，氩弧焊打底过程如图5所示。2.4.3.6 P92焊接的工艺参数如表5所示。表3：SA335-P92焊接工艺参数焊层焊道焊接方法焊条（丝）电流范围电压范围(V)焊接速度范围(mm/min)焊层厚度(mm)型(牌)号规格(mm)极性电流(A)1GTAW9CrWV2.4正接90110111228352.02.51-2/2GTAW9CrWV2. 4正接120125111250552.02.5 1-2/3SMAWCHROMET 922.5

15、反接85902224120140 2.53.0 1-2/4SMAWCHROMET 923.2反接1151202224140150 2.53.05层以上SMAWCHROMET 923.2反接1251302224130160 2.53.02.4.3.7 氩弧焊打底时，焊接电弧电压为1112V，焊接电流为95110A，焊接速度应控制在2835mm/min；打底焊层厚度不小于3mm。2.4.3.8 自第三层起采取焊条电弧焊方法（以下简称：SMAW）进行填充及盖面焊接；2.4.3.9 SMAW焊接时注意每层焊接接头应错开布置，具体如图6所示。图5：氩弧焊打底顺序图6：焊条电弧焊时两名焊工对称施焊2.4.

16、3.10 施焊过程中为多层多道焊，焊接时每层焊道的厚度不大于所用焊条直径，焊条摆动的宽度最宽不超过所用焊条直径的3倍，焊层焊道布置如图7所示；2.4.3.11 焊缝整体焊接完毕，应将焊缝表面焊渣、飞溅清理干净，自检合格后，按工艺规定及时进行焊后热处理；2.4.3.12 为得到细小的焊缝组织，在焊接过程中应严格控制线能量。我们根据模拟试验所选定的焊接参数进行焊接，最终共分21层填充89道，每道的焊接线能量控制在9.319.8KJ/cm，保证了焊接接头的质量，按工艺要求圆满完成了焊件的焊接工作。图7：多层多道焊示意图2.4.4 热处理工艺2.4.4.1 热处理加热方式的选择为了确保热处理时内壁焊缝

17、同样达到规定的热处理温度和恒温时间，必须将内外壁温差控制在规定范围内（本工艺评定我们规定应将内外壁温差控制10范围以内），为此我们特进行了热处理专项模拟试验，通过采取分区加热及控制升温速度等措施，总结了远红外加热时焊口内外壁温差大小与加热速度变化的一般性规律，为正式工艺评定以及今后工程施工热处理工艺参数的 图8 预热时加热器布置情况选择提供了有力的依据。图8所示为预热包炉的情况图片。2.4.4.2 加热设备：选用ZWK-II-60型智能温控仪进行加热，管口上下、左右均用履带式远红外加热器进行分区控制和加热。2.4.4.3 预热及层间温度控制 预热及层间温度工艺曲线如图9所示；图9：P92钢焊接

18、时预热及层间温度控制曲线图 预热时加热器、保温层及热电偶的布置如图10所示。热电偶共设置6个，规格为0.8mm，位置如图10所示；为便于将焊件上下温差控制在工艺允许范围内，我们采用上下分区控制加热的方法；图10：焊接时热电偶布置图 预热加热及层间温度实际记录曲线如图13所示。2.4.4.4 焊后热处理 当焊缝整体焊接完毕，试件要冷却到100以下停留0.51小时，待焊缝金属金相组织全部转变成马氏体后，再及时加热进行焊后热处理； 加热器布置及宽度、测温点布置等见图11所示。热电偶1、2、3、4、5、6、9、10规格为0.8mm，热电偶7、8规格为3.2mm。热电偶1、2、3、4、5、6为测温点，7

19、、8为控温点，9、10为参考点；图11：焊后热处理热电偶布置图 焊后热处理采用4块远红外履带式加热器进行分区控温，以利于控制焊件的热处理温差； 焊后热处理工艺曲线如图12所示。图12：焊后热处理工艺控制曲线 实际焊后热处理温度记录曲线如图14所示。图13 实际的预热及层间温度记录曲线图14 实际的热处理温度记录曲线（1）图14 实际的热处理温度记录曲线（2）2.4.5 焊后检验2.4.5.1 试样外观及无损检验： 外观检查：表面无缺陷，外观检查符合DL/T868标准要求； 超声波探伤：未发现应记录缺陷； RT检验：底片显示2.51圆形缺陷1个，质量等级为I级片。2.4.5.2 各项力学性能试验

20、 根据DL/T868工艺评定规程要求，需对试件进行拉伸、弯曲、冲击等力学性能检验，以及金相分析等。各式样的取样部位见图15：图15：式样取样位置示意图 （1：拉伸试样；2、3：侧弯试样；4：冲击试样；5：金相试样） 为保证试验数据的真实性和权威性，我们特委托国内权威机构西安热工研究院作为第三方检验单位负责进行各项理化试验； 与其它已进行P92工艺评定的电建单位不同的是，为了更好的分析我公司拟定的P92钢工艺方案的正确可行性，我们特额外增加铁素体含量测定及W夹杂分析试验，并出具了相关试验分析报告； 拉伸试验依据GB 2651-89进行，试验结果如表4所示：表4：P92焊接工艺评定拉伸试验数据试样

21、编号截取位置负荷值（KN）抗拉强度Rm(b)(MPa)断后断裂处出现的缺陷断裂位置种类数量85/157-3545-6G-1A（外弧面）6点处375.505650无0断母材85/157-3545-6G-1A（根层）6点处380.937635无0断母材85/157-3545-6G-1A（平均值）/642.5/85/157-3545-6G-1B（外弧面）12点处373.599685无0断母材85/157-3545-6G-1B（根层）12点处429.178720无0断母材85/157-3545-6G-1B（平均值）/702.5/ 根据GB 2653-89进行侧弯试验，试验结果如表5所示；表5：P92焊

22、接工艺评定侧弯试验数据试样编号截取位置侧弯试验结果(D=4T,=180)拉伸面出现的裂纹或缺陷种类数量85/157-3545-6G-7A12点至3点中间无裂纹无085/157-3545-6G-7B3点至6点中间无裂纹无085/157-3545-6G-7C6点至9点中间无裂纹无085/157-3545-6G-7D9点至12点中间无裂纹无0 根据GB 2650-89进行冲击试验，冲击韧性值最低为76J，最高达130J，具有较好的韧性裕量，完全符合有关规定要求，试验结果如表6所示：表6：P92焊接工艺评定冲击韧性试验数据试样编号截取位置缺口方位Akv（J）断口上发现的缺陷种类85/157-3545-

23、6G-4A-1（外弧面）4点焊缝86无85/157-3545-6G-4A-2（根层）4点焊缝104无85/157-3545-6G-4B-1（外弧面）4点焊缝100无85/157-3545-6G-4B-2（根层）4点焊缝84无85/157-3545-6G-4C-1（外弧面）4点焊缝76无85/157-3545-6G-4C-2（根层）4点焊缝88无85/157-3545-6G-4D-1（外弧面）4点热影响区112无85/157-3545-6G-4D-2（根层）4点热影响区124无85/157-3545-6G-4E-1（外弧面）4点热影响区130无85/157-3545-6G-4E-2（根层）4点热

24、影响区114无85/157-3545-6G-4F-1（外弧面）4点热影响区124无85/157-3545-6G-4F-2（根层）4点热影响区124无 根据GB 2654-89进行布氏硬度（HBS）试验，硬度取样部位见图16，试验结果见表7及图17；图16：布氏硬度检验部位示意图表7：布氏硬度试验测定值一览表测点编号测点硬度测点编号测点硬度测点编号测点硬度测点编号测点硬度11978197151972221321979202162022319832151019317202241954224112171819725195521512224191952624162151322420202/719814

25、211212191801902000210220230母材区热影响区焊缝区热影响区母材区240硬度值区域图17 接头硬度分布示意图 工艺评定试件的力学性能试验结果均合格，试验达到预期效果。2.4.5.3 金相试验 根据DL/T868-2004、DL/T884-2004标准进行宏观金相检验，宏观金相照片见图18，检验结果见表8：图18：宏观金相照片表8：宏观检验结果情况一览表检查项目裂纹未熔合气孔未焊透夹渣咬边根部突出内凹结果无无有无无无无无若有数量/个别（见图18）/位置/焊缝/图号/图18（黑点）/ 微观金相（见图19、20、21，均为回火马氏体组织，400），微观金相符合要求。 图19：焊

26、缝区 图20：熔合线 图21：热影响区2.4.6 结论2.4.6.1 我公司针对SA335-P92钢的成份、特点及焊接中需注意的事项，通过模拟试验制定焊接工艺操作方案、热处理操作方案，并严格按要求进行焊接工艺评定，试件的所有试验结果均符合要求，工艺评定获得了圆满成功。2.4.6.2 目前我公司已出具了正式的工艺评定报告，并正在组织进行相关技术总结和编写SA335-P92钢焊接工艺规范书，为P92钢在施工现场的焊接作准备。2.5 P92钢现场的安装焊接作为高温高压部件的合金钢焊口，对其焊接质量的追求不能再仅停留在满足焊后无损检验合格的层次上。事实上，对于P91、P92等新型耐热钢焊口的焊接，最关

27、键问题应是通过严格的焊接工艺过程的控制，最终能得到综合性能好、能满足机组安全可靠运行的焊接接头。为此，现场安装施工时必须严格按工艺要求控制好焊接及热处理过程中影响焊缝性能的每一个环节，确保焊接接头的综合性能满足设计要求。 2.5.1 焊接材料管理焊接材料正确合理的使用是焊接质量保证中重要的一环，工程开工前我们将编制焊接材料管理制度以明确焊接材料验收、贮存、烘干、标识、发放、使用及回收处理等职责要求，确保各个环节严格把关，控制焊材质量，杜绝错用焊材现象。施工现场设有焊接材料仓库和焊条房，配备各种型号的恒温箱、烘箱共4台，并配有抽湿机、排气扇等以确保通风、干爽并使用温湿计控制库房相对湿度保持在60

28、%以下，温度在5以上。焊工凭经签发批准的焊接工作单领取焊条、焊丝，在现场焊条只能存放于焊条保温筒内，并通电恒温在100120。为加强现场的文明施工，我们在焊接施工中实行焊条头回收制度，每位焊工均配有专用焊条头回收盒并要求做到“工完、料尽、场地清”。每天回收的焊条头应达到当天焊接焊条量的98%以上，并登记留底，以此作为奖罚依据，同时，从提高效率、节约成本出发，要求每根焊条头的预留长度不能超过6cm，借助这些措施，杜绝施工现场焊条头乱丢的现象，达到文明施工的目的。2.5.2 焊工的培训和考试我公司现有各类别焊工450余名，其中，持电力I类证的焊工近300名，持有P91有效焊工证的焊工有60余名。该

29、60名焊工完全掌握了P91等高合金耐热钢的焊接技术要领，实际工作经验丰富。因此，在超超临界机组新型耐热钢P92的施工焊接中，我们将在该60名具备P91资质的焊工中，择优进行P92工艺的培训，并考取相应的焊工合格证。由于P92的焊接工艺与P91存在很多相同点，操作的要求也差别不大，按我们的经验，具备P91焊接经验的优秀焊工，在进行强化培训后，完全可以在短时间内掌握P92钢的焊接操作技能。针对每台600MW超超临界机组，我们计划培养P92焊工20名，以满足现场施工的需要。2.5.3 焊接质量管理本工程包括P92焊口焊接在内，我们将严格实行焊接质量三级检查验收制度。由焊工进行焊后外观自检并在焊口自检

30、表上签认，然后由焊接质检员进行专检并填写焊口外观质量检查评定表，最后由焊接质检工程师进行抽查并在移交资料上签字合格，这样层层把关，确保焊口质量。同时，为做好对焊接前、焊接过程及焊接结束后三个阶段的质量控制，由质检工程师在分项工程开工前编制该项目的现场焊接质量计划，在质量计划中确定了各工序间的见证点、检查点和停工待检点，工序移交时由相关人员进行验收签证，这样各级岗位人员各尽其职、各负其责，有效控制现场焊接质量。针对P92管口的焊接，我们将实行旁站监督制度。即在每台机组第一个P92焊口焊接时，公司质量部将派专人前往工地参与P92焊接的技术交底及各项焊接准备工作的监督检查，以及参与第一个P92焊口焊

31、接过程中的旁站监督；每个P92焊口焊接时，工地焊接质检员将全过程进行旁站监督。通过开展旁站活动，确保P92焊口焊接的万无一失。焊口的无损探伤，由焊接工程师根据每天焊口的完成情况，填写焊口NDE委托单及焊口定位表交质检工程师检查确认抽样后转送NDE工程师。NDE人员依据检验规范要求的抽查比例对每个焊工按批进行无损探伤。由NDE工程师填写NDE日报表及不合格焊口的焊口返修单，返回焊接部门，以便对返修焊口进行及时处理，直到焊口合格为止，同时按标准规定进行加倍检验。焊口返修次数按焊接篇进行。如果有P92焊口需要返修，我们将组织召开质量分析会，研究缺陷产生的原因和返修方案等，确保返修一次成功。为激发焊工

32、提高焊接质量的意识，本工程将实行焊接质量奖罚制度，制度规定：焊工个人质量奖取决于焊接的受监焊口一次探伤合格率和焊口数量，根据材质、规格、探伤比例的不同计发质量奖，对于不合格焊口，除该焊口不受奖外，还另外加扣罚一定的焊口当量。质量奖罚制度的实行，真正做到奖罚分明，可提高焊工的劳动积极性和对焊接质量的重视程度，保证本工程的施工焊接质量。在P92钢焊接过程中，我们组建 “P92焊接QC小组”，开展QC活动， 分析P92施工中遇到的困难和质量问题，总结积累经验技术数据，研究改进方案，为确保P92钢焊口的质量服务。2.5.4 焊接过程的控制焊接过程的控制主要是对在部件开工、焊接、检查、验收到工序完成的过

33、程中，通过设置和检查过程的见证点、检查点和停工待检点等方式，从而对材料、工艺参数、规范要求进行控制，使焊口的质量达到验收标准的要求。其过程如图22所示的流程图：图22 焊接施工管理流程图2.5.5 P92钢现场焊接的工艺要点2.5.5.1 焊接操作中应注意“三小一多、薄而快”的要领，即：采用小规格焊条、小电流、小摆动、多层多道焊工艺，关键因素是通过控制线能量而降低热输入量，避免层间温度过高、焊层过厚，导致形成焊缝晶粒粗大，影响焊接接头力学性能。2.5.5.2 为保证根部质量，焊口背面应采取充氩气保护的措施。充气方法与P91焊口相同。2.5.5.3 打低焊时，采用氩弧焊打底并填充一层，即用氩弧焊

34、焊两层，防止出现根部裂纹；手工焊条填充焊接是，最好选用3.2的焊条进行焊接。2.5.5.4 应严格控制预热温度及层间温度，在防止裂纹的产生的同时，确保得到晶粒细小的焊后组织；除合理布置热电偶位置进行监测外，焊接过程中用手提式测温仪再次进行温度监控，确保层间温度不超过250。2.5.5.5 焊后热处理采用分区控温、合理布置热电偶监测温度，严格控制焊后热处理温度以满足工艺要求；焊后热处理采用分区控温法严格控制整个试件的温度，使温差在10以内，保证焊接接头最终成为细小的回火马氏体组织。2.5.5.6 因超超临界机组主蒸汽管道壁厚接近100mm，施焊及热处理时间长，为了避免因施工的临时停电引起的焊接及

35、热处理过程的突然中断而引发质量问题，在施工现场应配备必要的备用电源以作应急之用，确保P92焊口的焊接及热处理的一次性成功，以保证焊缝质量。2.5.5.7 试验证明，采用远红外的加热方式来进行P92焊口的预热及焊后热处理加热，只要控制好升温速度，对管口分区进行控制加热，则管口的内外壁及上下区域的温差完全可以控制在工艺要求范围内，热处理效果非常理想。2.5.5.8 现场P92焊口的焊接，只要严格按工艺评定的要求进行全过程的质量控制，则每一焊口的焊接将仅是同一工艺的重复，可以确保焊缝的质量及综合性能达到设计要求。3 新型奥氏体钢的焊接3.1 概述目前，在我国超超临界机组锅炉高温过热器、末级再热器等受

36、热面管道中使用的新型纯奥氏体钢主要有：TP347HFG（18Cr11NiO.9Nb）、SUPER304H(18Cr9Ni3CuNb)、HR3C(25Cr20NiNbN)；还有推崇在蒸汽650压力达350MPa 时使用的NF709（20Cr25NiMoTiN）钢。HR3C经真空冶炼、锻制、冷扎和1200下30分钟的固溶处理后，比常规的不锈钢材料具有更高的高温强度和耐蚀性能。对HR3C材料进行650、700下1000小时的蒸汽氧化试验和合成煤灰环境下的热腐蚀试验，结果表明HR3C钢的耐蒸汽腐蚀和热腐蚀性均优于一般的18-8不锈钢。SUPER304H简称超级304，在受热面形成后必须作整屏固溶化热处

37、理。SUPER304H高温下的许用应力较高，但在抗高温蒸汽氧化及抗烟气高温腐蚀上比HR3C稍差，因此在超超临界锅炉中，一般在选材上采用抗氧化性更强的HR3C与SUPER304H相组合的方式，将SUPER304H作喷丸处理后用于锅炉相对温度较低处；易氧化的高温区则采用HR3C，如图23所示。图23 超超临界锅炉过（再）热器管材质的选用该四类新型纯奥氏体钢的化学成份见表9，传统的TP347H和TP304H钢的化学成分见表10。表9 四类新型奥氏体钢的化学成份表10 传统的的TP347H和TP304H钢的化学成分图24 常规和高级不锈钢管许用应力对比从表9与表10中可以看出， TP347HFG 的成

38、分和传统的TP347H 没有原则区别。新型奥氏体钢主要有以下几个共同的特点：1) 新型奥氏体钢与传统奥氏体钢比较，不仅都含有稳定化元素Nb 而且还含有更多的强化元素，因此高温许用应力大幅度提高，如图24所示。但这些强化元素将在强化钢的同时会使钢材时效后的塑性韧性大幅降低；2) 为了避免高温下运行时不会出现相而发生脆化，其Cr、Ni 元素成份含量确保了它们都是较为稳定的纯奥氏体组织；3) 碳、硫和磷等杂质被限制得很低，而且随着Cr、Ni 含量的提高，这些元素被控制得更低。3.2 新型Cr、Ni 纯奥氏体钢焊接控制的难点3.2.1 焊接裂纹3.2.1.1 焊接Cr、Ni 纯奥氏体钢容易出现焊接高温

39、结晶裂纹、高温液化裂纹和高温脆性裂纹。熔融的熔敷金属在凝固结晶过程中，当残留在凝固晶粒间的液体薄膜被收缩应力拉开而又不能用足够的液体金属填充满时，就会形成结晶裂纹，这种裂纹常出现在焊缝中，尤其容易发生在焊缝收尾部分和弧坑处。3.2.1.2 在焊接热影响区的过热区，焊接的高温加热，使该区域母材局部熔化，在冷却时的凝固过程中，局部熔融的母材金属的晶界也可能出现上述晶间的液体薄膜被拉开而无法填补的现象，导致在热影响区的过热区形成裂纹，这种裂纹称为高温液化裂纹。高温液化裂纹发生在热影响区的母材过热区中，在多层多道焊情况下，也可能发生在焊缝中的焊层间和焊道间的热影响区中。3.2.1.3 在焊接热影响区的

40、过热区，材料虽然没有发生局部熔融，但在高温下其塑性降到了很低水平时，也可能在应力作用下，由于塑性不足而产生裂纹，从而形成高温脆性裂纹。3.2.1.4 上述裂纹的产生都与材料中的Ni、C、Si、Nb、S、P、Sn、Sb 等元素的含量有关，该类元素会明显提高裂纹形成的敏感性，其中除Ni、Nb 是必须按量加入的外，其它元素的含量必须给予严格的限制。据此,可以理解为什么表9 中所列的钢随着Cr、Ni 含量的提高，对C、S、P 含量的限制就越加严格，控制的含量水平也越低。这个原则也必然成为选择和设计焊接这类钢熔敷金属成分的准则。3.2.2 接头抗腐蚀性能的降低3.2.2.1 18-8 型Cr-Ni 奥氏

41、体钢焊接以后若经过敏化，接头的热影响区（HAZ）可能发生晶间腐蚀。含有稳定化元素的Cr-Ni 奥氏体钢焊接以后经过敏化虽然不会出现HAZ 的晶间腐蚀，但可能会呈现刀状腐蚀。3.2.2.2 Cr-Ni 奥氏体钢最容易发生应力腐蚀的温度范围是50300，因此对于焊接表9 所列各新钢种时，必须重视的是防止其发生应力腐蚀，尤其应重视防止接头在锅炉升温运行时间内发生应力腐蚀。3.2.3 接头的脆化3.2.3.1 Cr-Ni 纯奥氏体钢在固溶状态下具有优良的塑性。但是表9所列的钢中，除了TP347HFG 以外，都含有众多提高其高温蠕变强度的沉淀强化元素。3.2.3.2 材料在高温运行过程中，这些沉淀强化元

42、素逐渐以碳化物、氮化物或金属间化合物形式弥散析出，它们在强化材料的同时，明显降低材料的塑性和韧性。3.2.3.3 用这些钢材制成的锅炉部件，其运行温度恰好是这些钢相析出的温度区，钢材在开发设计时就考虑到要避免析出相而脆化的倾向。3.2.3.4 焊缝金属也会有这种时效脆化的倾向，因此除了上述由于时效造成的脆化以外还需要防止相脆化。焊接时如果焊接材料选择得正确，也就可以避免相脆化的危险。3.3 四种新型奥氏体钢焊接裂纹敏感性的比较采用刚性固定法和可调拘束试验法测试比较表9所列钢的高温裂纹的敏感性，试样采用不填丝的氩弧焊打底、焊条电弧焊填充和盖面的焊接工艺。通过对试验结果分析可以得出以下结论：1)

43、TP347HFG 钢氩弧焊打底焊缝中的裂纹率明显地低于TP347H 钢，填充和盖面焊时热影响区的裂纹都很低。从试验结果可以看出，焊接TP347HFG 钢并不比传统为我们所熟悉的TP347H 钢更困难。2) 在相同的条件下，Super304H 钢的裂纹敏感性成倍地低于TP347H 钢，而HR3C 钢的裂纹敏感性略高于TP347H 钢。3) 四种钢的裂纹敏感性从小到大的次序是：TP347HFGSuper304HHR3CNF709。其中TP347HFG 和Super304H 的裂纹敏感性明显低于TP347H 钢，HR3C 和NF709 的裂纹敏感性略高于传统的TP347 H 。4) TP347HFG

44、和Super304H 焊缝的裂纹敏感性远比热影响区高。3.4 影响Cr-Ni 奥氏体钢应力腐蚀的因素Cr-Ni 奥氏体钢构件在热水或高温水、氯化物溶液、碱溶液和连多硫酸（H2SXO6）等介质中会发生应力腐蚀破坏。火电站中的应力腐蚀大多是在热水或高温水和氯化物介质中发生的。3.4.1 介质的特性3.4.1.1 在热水和高温水（或水蒸汽）介质中，氯离子和氧离子的浓度对应力腐蚀有重要影响，随着氯离子含量的增加，应力腐蚀破裂速度加快。但是溶解氧对应力腐蚀破裂起了决定性的作用，一般情况下，在仅有微量氯离子而没有氧存在的情况下，Cr-Ni不锈钢不会产生应力腐蚀。可见溶解氧和氯离子的同时存在是产生应力腐蚀的

45、必要条件。3.4.1.2 PH 值也影响应力腐蚀破裂的进程，PH 值增加可能会减缓Cr-Ni 不锈钢的应力腐蚀破裂速度，一些试验说明当PH 值=67 时，Cr-Ni 不锈钢对应力腐蚀破裂最敏感。此外温度升高也会提高应力腐蚀破裂的速度。3.4.2 应力作用一般认为应力腐蚀破裂的时间ts 和应力间的关系可用方程表示为： logts=a+b*显然应力增加应力腐蚀破裂速度加快。但是当应力减小到一定水平时，就不会发生应力腐蚀，这个临界应力的数值随着介质、温度和钢材的不同而不同。但无论如何，确保低的应力水平对减缓和防止应力腐蚀是极为重要的。3.4.3 冷作变形冷加工变形对应力腐蚀破裂的影响是很明显的，一般

46、情况下，在冷变形量很小时，随着变量的增加，Cr-Ni 奥氏体钢对应力腐蚀破裂的敏感性将剧增。3.4.4 钢材的成份当介质是高温水时，通常Cr、Ni、Si 会降低Cr-Ni 奥氏体钢对应力腐蚀破裂的敏感性，而N、P则是有害的。3.5 焊接新型奥氏体钢的工艺原则3.5.1 采用低热输入的焊接方法：根据前面的讨论，焊接这类钢首先要克服的是焊接裂纹；在获得完整的焊接接头情况下，还要避免接头发生应力腐蚀破裂和焊缝相脆化的危险。因此为了防止焊缝发生高温裂纹，只能采用降低焊接热输入、降低层间温度的工艺方法和工艺措施，也就是说，应尽量采用焊接热输入低的TIG 焊工艺以及确保层间温度低的短焊道和间断焊方法。3.

47、5.2 焊接材料：熔敷金属的选择只能考虑选择采用和母材成分相同且杂质含量低的材料，或采用镍基焊材如Inconel 82 等焊材。3.5.3 防止污染：为了防止发生应力腐蚀破裂，需要确认施工过程以及随后的储存、运输、运行过程中是否存在有氯离子，如果无法避免氯离子对焊接热影响区的污染，就需要进行焊后固溶处理以消除焊接应力。3.5.4 避免冷加工：此外焊缝焊接以后应尽量避免进行冷作变形加工。3.6 焊接工艺评定通过以上对超超临界机组新型奥氏体不锈钢的性能及必须注意的问题等的分析，可以看出：1) 新型奥氏体不锈钢的焊接工艺与传统的不锈钢相比，没有太大的原则性区别；2) 必须注意选用成份与母材匹配、杂质

48、含量更低的焊接材料，或者选用镍基焊接材料；3) 尽量采用热输入少的焊接方法，如采用TIG焊工艺；4) 焊接时必须注意严格控制层间温度；5) 必须防止介质尤其是氯离子污染；如果无法避免氯离子对焊接热影响区的污染，就需要进行焊后固溶处理以消除焊接应力；6) 焊缝焊接以后应尽量避免进行冷作变形加工。目前，我公司已经购买了TP347HFG管材，正在编制相关的工艺评定方案，计划在今年年底前完成相应的焊接工艺评定工作。其它材料的焊接工艺评定也正在积极策划准备中，计划在明年上半年全部完成，以全面掌握超超临界机组的关键的焊接技术。3.7 新型奥氏体不锈钢现场的安装焊接3.7.1 焊接工艺要求1) 依据国内电力

49、行业标准DL/T868-2004焊接工艺评定规程及DL/T869-2004火力发电厂焊接技术规程，不锈钢共分为三类，即CI类（马氏体）、CII类（铁素体）、CIII类（奥氏体），因此以上所述新型奥氏体不锈钢应归类为CIII类；2) 按照规程要求，同类级别的钢材，在规定为重要参数及附加重要参数的参数未发生改变时，工艺评定具有按规程规定的覆盖替代性；3) 新型奥氏体不锈钢由于其化学成份中杂质控制更加严格，相互间的化学成份有较大的差异，焊接应分别选择相匹配的焊接材料，因此，焊接工艺评定宜各自单独进行；4) 在现场焊接施工前，必须按规程要求完成焊接工艺评定，出具相应的焊接工艺评定报告，编制焊接工艺卡及

50、作业指导书，并在正式施工前进行技术交底，以确保焊接工艺得到良好的执行。3.7.2 焊接材料的管理1) 首先，应按焊接材料相关管理程序及焊接工艺评定要求，选择符合技术要求的焊接材料，并作好材料的验收工作；2) 现场施工使用的焊接材料，必须按要求进行保管。不锈钢用的焊材应与其它焊材进行隔离保存，避免与铁质材料等接触，防止污染；3) 现场发放时必须按要求作好标识和登记，并认真核对焊接工作单，杜绝材料的错拿错用；4) 焊接材料在现场焊接时，必须注意隔离存放，防止污染；5) 针对锅炉焊口密集区域的焊接施工，工程师应在现场作好清晰的标识，合理安排焊工进行焊接施工，避免相互错拿焊材进行焊接。3.7.3 焊接

51、保护气体的要求1) 保护气体选用传统的氩气；2) 由于新型奥氏体不锈钢对杂质控制的要求严格，因此，焊接用的保护气体的纯度要求也应相应提高；3) 对新型奥氏体现场焊接，焊接保护氩气应选用纯度达到99.995%以上的高纯氩。3.7.4 对焊机的要求1) 现场焊接应选用带高频引弧及衰减功能的逆变直流焊机；2) 焊机低参数工作区应能稳定工作，具有数显功能；3) 焊机最好体积小、重量轻，便于高空携带转运。3.7.5 专用工具的使用1) 新型不锈钢的焊接，应选用专用的砂轮片进行打磨；2) 应选用专用的标识笔进行现场标识；3) 对口用的工卡具应用不锈钢材料制造；4) 其它与不锈钢管材有接触的工具必须为无氯离

52、子或铁基的材料，否则禁止直接接触。3.7.6 焊工培训和考试1) 由于新型奥氏体不锈钢的焊接工艺与传统氏体不锈钢没有本质差异，操作工艺相差不大，因此，焊工的培训工作应该难度不大；2) 我公司现有各类不锈钢持证焊工120余名，计划在超超临界机组安装中，择优3050名，进行专项的培训和考试；3) 在进行焊接工艺评定时，我们将同时安排相应焊工进行取证，以降低焊工培训考试的成本；4) 必要时，我们将寻求技术支持单位进行专项焊接技术培训，以确保焊工的培训质量。3.7.7 层间温度的控制1) 与传统奥氏体不锈钢焊接一样，对层间温度的控制非常关键；焊接时，层减温度应该控制在150以下；2) 对层间温度的控制

53、，我们将采用红外测温仪及测温笔进行温度的监测。4 结束语成立50年以来，随着广东火电工程总公司业务市场的不断拓展，综合势力得到不断增强。目前由我公司承接安装的600MW火力发电机组共有19台，其中超临界600MW机组共有8台，该类机组大部分已顺利安装移交，有着丰富的大型火力发电机组安装施工的经验。早在1996年底，我公司就在国内电建单位中率先掌握了T/P91、SA213-T23、SUS304、SUS347H等新钢材的焊接工艺，此后还参与了岭澳核电一期工程一回路不锈钢主管道的安装焊接施工，对新型马氏体耐热钢及不锈钢的焊接积累了丰富的施工经验，安装的工程也多次荣获全国优秀焊接工程一等奖和全国优秀焊接工程奖。在开展SA335-P92等新钢材的焊接工艺评定试验的同时，我公司针对超超临界机组的施工特点，还开展了镜面焊工艺研究，组织了螺旋水冷壁焊接经验交流、超临界机组热处理经验总结会等活动，并在超临界机组安装中推广使用效率高、成本低的半自动焊，经过多年经验的总结和技术积累，我公司已为优质完成超超临界机组的安装焊接施工作好了各项准备。总之，作为我国电建行业优秀的施工企业，广东火电工程总公司有信心也有能力全面掌握超超临界机组的安装技术，承担起历史赋予我们的责任和使命，以优质的服务回报业主对我们的胜任，为我国电力事业做出更大的贡献！327/27 技术方案超超临界机组新耐热钢的焊接