SUPER304H、HR3C在禹州电厂二期的应用(河南 许昌龙岗).doc

SUPER304H、HR3C在禹州电厂二期的应用郭世豪 牛占宾 任庆昌（许昌龙岗发电有限责任公司 河南 禹州 461690）摘要：本文根据相关文献对HR3C、SUPER 304H两种钢种代用镍基焊材的选用及焊接过程中出现的问题及解决方法进行了详细的论述，通过采取措施保证了焊接质量，为其它超超临界工程中镍基焊材的应用提供了借鉴。关键词：超超临界机组 HR3C SUPER304H 焊接1 工程概况许昌龙岗发电有限责任公司两台660WM火电机组，机组参数为605/603/16.03MPa，其中锅炉为上海锅炉厂1900t/h超超临界压力直流锅炉，该锅炉使用了大量的新型进口钢种，如SUPER 304H、TP310HCbN（以下简称HR3C）、SA335-P92等，这些钢种在国内的应用还不是十分成熟，特别是SUPER 304H、HR3C两种钢材，SUPER 304H 是日本住友金属株式会社和三菱重工开发出来的一种新型的的188 型奥氏体不锈钢，具有较高的高温许用应力和较强的耐腐蚀性。TP310HCbN（HR3C）是由日本SUMITOMO 研制开发的是一种比常规不锈钢材料具有更高高温强度和耐蚀性能的新型不锈钢。本工程中使用HR3C、SUPER 304H钢种的受热面有后屏过热器、末级过热器、末级再热器，其焊口数量见下表：序号名称SUPER 304H焊口数量HR3C焊口数量1后屏过热器11322末级过热器7267263末级再热器8202 焊材选用与这两种钢种成分匹配的焊丝只有日本生产的YT-304H、YT-HR3C，因目前这两种焊丝市场上采购周期很长且价格昂贵，为了确保工期及焊接质量，我们通过各种渠道收集、了解可替代焊丝，招集各相关单位的专家进行探讨，最终确定在ERNiCrCoMo-1和ERNiCr-3两种镍基焊丝之间进行选择。我们了解到哈尔滨锅炉厂从华能营口电厂开始将ERNiCr-3焊丝用于焊接SUPER 304H，应用情况较好，其焊接接头已运行两年多；ERNiCrCoMo-1焊丝目前还没有大批量的工程应用，各电科院、火电建设单位均处于试验研究阶段。同时根据ASME锅炉及压力容器规范案例2115-1,HR3C焊缝填充金属应仅限于采用SFA-5.11标准的EniCrFe-2类或ERNiCr-3类镍基填充金属。因此我们最初选定使用ERNiCr-3焊丝，在经焊接工艺评定合格后，并经焊工练习合格后，于08年7月底开始用于末级再热器HR3C的焊接。08年8月初，电力行业电站焊接标准化技术委员会组织各单位召开HR3C代用焊材研讨会，会议建议采用ERNiCrCoMo-1做为HR3C的代用焊材。根据会议提供的英国曼彻特焊接材料公司的研究材料中，对HR3C、SUPER 304H分别使用ERNiCrCoMo-1和ERNiCr-3焊丝焊接的焊接接头进行了蠕变强度试验，试验表明使用 ERNiCr-3焊丝的焊接接头蠕变强度均低于母材强度平均值的80%，使用ERNiCrCoMo-1焊丝的焊接接头性能优于母材性能。其性能比较见下图：(1)82类镍基合金焊缝金属蠕变性能低于HR3C、SUPER 304H母材图1：82类镍基合金焊缝金属蠕变性能低与HR3C母材比较图2：82类镍基合金焊缝金属蠕变性能低与Super 304H母材比较(2)617类镍基合金焊缝金属蠕变性能优于HR3C、SUPER 304H母材图3：617类镍基合金焊缝金属蠕变性能低与HR3C母材比较图4：617类镍基合金焊缝金属蠕变性能低与Super 304H母材比较因此，为了保证焊接质量，我们要求安装单位重新对HR3C、SUPER 304H采用ERNiCrCoMo-1进行焊接工艺评定，在工艺评定合格后，将原来采用ERNiCr-3焊接的80道焊口割除，重新用ERNiCrCoMo-1焊接。3 焊接应用及工艺改进在实际焊接过程中，又发现了一系列的问题，焊工严格按焊接工艺焊接的SUPER304H、HR3C焊口，经射线检验发现均存在根部内凹缺陷，且超过70%的焊口内凹深度超标，经重新焊接试样割开后发现内凹出现在打底层接头根部。这种情况在焊接工艺评定时及地面练习时均未出现，为什么在安装焊接中会出现根部内凹缺陷呢？为了分析原因，我们对焊接工艺过程进行了仔细的排查，没有发现问题，后来又经多次焊接试验，发现在地面焊接练习时使用的是短管，可采用管口充氩的方式，氩气保护良好，不会出现根部内凹现象；而安装焊口采用的是在焊口处充氩，打底至最后接头时，需抽出充气管，这时接头部位得不到好的保护，再加上ERNiCrCoMo-1的粘性大、流动性差，从而产生了内凹。为消除内凹，我们组织相关技术人员进行了探讨，并进行了多次焊接试验。经过试验，我们发现焊口根部内凹并未完全消除，但通过适当增加焊接电流，提高打底层接头部位温度等可减小内凹深度，从而保证内凹部位焊缝有效厚度符合规程要求。因此我们对现场焊接提出了严格的要求，对于末级再热器焊口，因出口集箱开口，要求进入集箱内对焊口至集箱段进行整体充氩，可以确保充氩效果。同时对现场施焊提出如下要求：(1)要求打底层厚度保持在2mm以下，以保证熔池的流动性；填充及盖面层要采用窄焊道，焊层厚度小于2.4mm，以获得良好的冲击韧性。(2)焊接时焊把做小幅摆动，焊丝尽量不要作锯齿摆动。(3)焊接过程中要保持电流一致，严格控制层间温度不高于100。(4)焊口每一层焊道均要将表面氧化物清理干净，用不锈钢刷打磨出金属光泽，避免出现氧化物夹渣。(5)管子在对口前在管道内部用水溶纸作好气室，水溶纸的位置距焊口应大于70mm，确保充氩效果。(6)背面保护充氩流量为8-10L/min，充氩2-3分钟后确认气室内空气排净后方可开始点焊。(7)打底封口剩余10mm左右时，将充氩流量减为2-3L/min；(8)所有焊工必须在地面进行严格的练习，练习中对焊层厚度、焊道宽度、层间温度、层间清理情况等进行检查，确保均符合要求并检验合格后方能正式施焊。4 结束语通过对HR3C、SUPER 304H钢材的工艺试验，我们基本上掌握了ERNiCrCoMo-1焊接特性，发现了焊接的特点与难点，并找出了相应的处理方法，保证了焊接质量和工程进度。HR3C、SUPER 304H两种钢材在我公司使用ERNiCrCoMo-1代用焊丝获得了成功，也为以后工程应用提供了良好的借鉴。#3锅炉已于2009年6月24日顺利通过168试运转入商业运行，焊口情况良好，未发生泄漏现象。参考文献1 英国曼彻特焊接材料公司：采用617 镍基材料焊接HR3C 奥氏体耐热钢2 英国曼彻特焊接材料公司：采用617 镍基材料焊接Super 304H (超级304)钢作者简介：郭世豪（1975-），男，河南，武汉水利电力大学金属材料及热