湖北省电建一公司四川华蓥山项目QC小组--提高P91厚壁管根部焊接质量

1、提 高 P91厚 壁 管 根 部 焊 接 质 量湖北电建一公司四川华蓥山项目QC小组一、 小组概况小组名称四川华莹山项目QC小组注册号DYS-2005-3小组类型现场型注册时间2005年3月成立时间2005年3月活动时间2005.3月2006.1月小组组长：张登峰 活动指导：文萍、张玲玲小组成员受TQC理论教育时间：50个小时课题名称：提高P91厚壁管根部焊接质量小组成员：姓名性别年龄文化程度职务组内分工张登峰男35大专专 工组长冯金德男42中技焊接技师副组长郑先炎男36中技高级工P91焊接张明华男35中技高级工P91焊接李朝阳男24大学技术员组织、协调陈世强男45中技技 师坡口加工宰红星男3

2、9中技主 任无损检验包建慧男38中技技 师热处理二、 工程简介： 四川华蓥山电厂本期工程设计规模为2×300MW燃煤机组。我公司承担32#机组的安装工作，计划开工日期2004年12月15日，发电竣工日期2006年2月30日。总工期 14个半月。本工程位于四川盆地东部，地处亚热带湿润季风气候区，气候温和、雨量充沛、湿度较大，年平均气温在1618之间，年平均降雨量在9501200mm之间。由美国进口的SA335 P91钢属是一种新型的高强度马氏体耐热钢。本项目主蒸汽管道系统使用P91钢代替传统的耐热钢。主蒸汽管的壁厚也由传统钢的110mm减为现在50mm。高温耐热强度性更高，系统稳定运行

3、时间更长。但P91钢对焊前预热、层间温度、和焊后热处理都比传统耐热钢的要求更高，焊接工艺过程也更复杂。目前在国内300MW机组主蒸汽管及600MW机组主蒸汽管、再热热段管中正在大范围的推广使用该材料。本项目四川华蓥山300MW机组P91焊口数量51个，最大壁厚50mm。应用在高压蒸汽管道系统，蒸汽工作压力16.67MPa,工作温度537。三、 选题理由：1、P91钢属新型耐热钢材料，在我国发电厂中使用的时间不长，其焊接工艺过程还需多方面总结和完善。2、高压蒸汽管道系统长期在高温、高压状况下运行，根层焊缝质量直接影响该系统管道的使用寿命。3、SA335 P91钢含Cr9.5%,机械加工不易。又不

4、允许使用热切割，因此根部焊接缺陷清除困难。4、返工焊接工艺复杂。特别当焊接缺陷出现在根部时，返工容易造成二次不合格。由以上几点可以看出，减少P91厚壁管根部焊接缺陷,可以提高机组稳定运行。P91厚壁管根部产生超标焊接缺陷，会造成人力、物力极大浪费，影响整个工程的顺利进行。因此我们决定以提高P91厚壁管根部焊接质量为课题,开展QC小组活动。四、 现状调查：我们对P91厚壁管焊接根部缺陷分布情况进行了统计，夹渣（包括夹丝、根部烧穿夹渣）占69%、坡口未熔19%、根部氧化12%。如图所示：坡口未熔19%根部氧化12%夹 渣（包括夹丝、根部烧穿夹渣）69%五、 目标设定：本次QC小组活动目标：改进P9

5、1厚壁管根部焊接工艺；提高P91厚壁管根部焊接质量，使P91厚壁管根部焊缝一次合格率达100%。六、 可行性论证1、P91焊接根部夹渣、未熔及根部氧化。通过改变送丝角度、加工合理的坡口角度和钝边及采用多层焊接充氩等措施，完全可以防止P91根部焊接缺陷的产生。2、有项目部领导的支持。本QC小组成员由专责工程师、技术员及经验丰富的技师、金属检验人员组成。我们有信心完成本次QC活动所确定的目标。七、 原因分析：小组成员从人、机、料、法、环五个方面进行了分析，共找出8条末端影响因素如下：人人P91厚壁管根部焊接缺陷产生的原因部分焊工无P91施焊经验部分焊工无P91施焊经验机使用普通逆变焊机氩弧焊接采用

6、的焊接材料焊工不适应料打底填丝角度不当易烧穿区域打底厚度不够法管内充氩保护不完全加工的钝边及坡口角度不当环高空作业，焊接难度增加 图二 根部焊接缺陷产生原因制图人： 张登峰 时 间：2005年5月八、 要因确认：组织小组成员对以上8条末端影响因素逐一进行分析如下：原因1：部分焊工无现场P91施焊经验通过加强焊工上岗前的培训，并组织焊工互相交流和学习，可以解决。结论：非主要原因原因2：使用普通逆变焊机进行P91氩弧焊接使用一般逆变焊机在根部打底起弧时需要从坡口一侧较远处引弧。起弧处容易产生夹杂及损伤坡口，在收弧时也同样如此，并容易产生收弧裂纹。本项目采用先进的脉冲高频引弧焊机进行根部氩弧焊接，可

7、以有效的控制起弧和收弧质量，避免了因焊机原因产生的焊接缺陷。结论：非主要原因原因3：采用的P91焊接材料与培训使用的焊材不一致，焊工不适应本项目采用英国进口焊材与培训时所使用的焊材一致。焊工能适应。结论：非主要原因原因4：P91打底采用外填丝或内填丝角度不当。图三 外填丝示意图 内填丝示意图如上图所示，采用外填丝或内填丝角度不当时，会影响焊工视线和氩弧焊枪操作。焊丝是由外向内送，不能完全观察到熔池底部，焊缝背部的成形需凭焊工个人经验来控制。P91钢焊接由于其熔池铁水特别粘稠，因此更容易出现根部夹丝和根部焊瘤。需通过焊接试验来确定最佳角度。结论：是主要原因原因5：易击穿区域氩弧焊打底厚度不够，容

8、易产生多种焊接缺陷通常P91管氩弧焊接两层就进行电焊作业，极易由于此区域焊缝厚度的不匀造成该区域被电焊弧击穿。在击穿处产生夹渣、未熔及根部氧化。图四 容易击穿区域示意图结论：是主要原因原因6：钝边厚度及坡口角度加工不当，容易出现根部坡口未熔图五 一般图纸及规范推荐的双“V”型加工图由于P91管焊接铁水粘稠，流动性差，熔深较浅，熔池中心散热快，因此如按规范推荐的尺寸加工（如上图所示：采用2mm厚的钝边及根部40°的坡口角度），由于其第二“V”型角区域厚，操作稍有不慎，根部氩弧焊打底时容易产生坡口未熔。以往是在现场用角向磨光机将其钝边磨薄，角度变小，而现场手工打磨造成的钝边厚度及根部坡口

9、角度不匀，同样给根部打底带来不确定因素。结论：是主要原因原因7：P91管焊接过程充氩保护不完全合金成分较复杂的管子，特别是含Cr量较高时。在焊接过程中，由于Cr元素与氧的亲和力强，焊缝背部容易出现成形不良、粗糙、并有颗粒出现的过烧氧化现象，一般采用在打底时管内充氩保护来避免。通常P91管焊接只在根部第一、二层焊接时充氩保护，进行第三层焊接时，焊缝背部依然会在高温下和空气接触，局部较薄处仍可能产生过烧现象。结论：是主要原因原因7：高空作业，焊接难度增加现场采用增大、加固焊接高空作业平台，减少焊接作业环境所造成的影响。结论：非主要原因九、 制定对策：针对以上四条主要原因，小组成员制定了相应的对策：

10、序号要 因现状对策目标责任人完成时间1打底采用外填丝或内填丝角度不当填丝角度和方法不一要求P91根部第一层打底焊接必须采用内填丝，并通过试验来确定最佳内填丝角度范围保证熔池处于视线的最佳观察角度郑先炎张明华李朝阳2005.42氩弧焊打底厚度不够氩弧焊打底两层即进行电焊在易击穿区域要求第三层仍采用氩弧焊填充，确保根部不被击穿使易击穿区域焊缝厚度均匀达到7-8mm郑先炎张明华李朝阳2005.43钝边及坡口角度尺寸加工不当加工的钝边厚度及坡口角度偏大通过试样试验方法来确定最佳钝边厚度及坡口角度现场使用的坡口钝边及角度最佳郑先炎张明华宰红星陈世强2005.44管内充氩保护不完全根部两层充氩保护第三层焊

11、接时背部仍进行充氩保护根部焊缝无氧化现象郑先炎张明华2005.4十、 实施情况根据制定对策，我们实施的情况如下：1、加工P91规格为455×50试样管，由郑先炎和张明华施焊。通过试验比较，确定最佳内送丝的角度为30°80°（如下图所示）。采用此范围角度送丝，可得到最佳熔池观测角度。试验结果显示根部未出现夹丝现象。焊缝背部表面成型平整。图六 送丝角度示意图2、试验结果证明在易击穿区域第三层焊接时改电焊为氩弧焊填充后，由于该区域焊缝厚度均匀的达到了7-8mm，不易被击穿。避免了因击穿而产生的焊接缺陷。图七 易击穿区域示意图3、通过比较试验，确定P91焊接钝边控制在0.

12、5mm以下，第二“V”形的角度控制在30°左右为最佳，通过试验室无损探伤检查效果良好。直接采用薄钝边焊接法，解决了因坡口尺寸加工不当产生的根部焊接缺陷。改进后的坡口加工图如下：图八 改进后的坡口加工图4、试样试验结果显示，只在第一、二层焊接时充氩保护，观察到根部焊缝局部仍有氧化现象发生。而在第三层焊接作业时，继续进行充氩保护后，未再产生任何根部过烧现象。现场采用三层焊接充氩保护，确保根部不出现氧化过烧。通过以上P91管焊接试验确定了最佳填丝角度，坡口加工尺寸及其他经改进后的工艺措施，我们将其编入P91焊接工艺卡，指导并应用在P91焊接施工过程中。十一、 效果检查及效益论证由我公司承担

13、的四川国电华蓥山32#机组，P91的焊接从2005年4月份开始至2005年12月份全部完成。小组对本项目P91的焊接做了全面的检查，总结如下：1、施工质量本项目共有P91大径厚壁管51个，施工过程中间多次接受了业主、监理单位的检查及旁证，改进后的工艺过程得到了高度评价和认可。所有P91焊缝无损检测结果：焊缝根部过渡平整圆滑，探伤根部质量为优良；无损检验一次合格率100%。达到了预期目标。2、经济效益：A、直接经济效益：按以往返修率2%计算，51个焊口，产生一次返修。返修一次需：热处理工频台班2个，金属超声波探伤仪台班1个，焊机台班1个；热处理工12个工日，P91焊工1个工日，金属检验人员2个工

14、日、焊缝返工打磨人员2个工日，坡口钝边及坡口角度打磨50个工日；焊条消耗3公斤（每公斤135元）。约合人民币1.2万元。B、间接效益：提高了电厂主蒸汽管道系统的可靠运行。为我公司在即将进行的四台600MW机组大量的P91焊接积累了经验。3、社会效益：本QC成果得到了业主、监理单位的高度评价。为我公司在西部电建市场树立良好的声誉起到了积极的作用。 小组成员受到了锻炼，提高了素质，加强了团结和协作精神。十二、 巩固措施：我们将本次QC成果编入P91焊接作业指导书，并上报公司工程部备案，用以指导以后工程中P91厚壁管根部的焊接。十三、 下一步打算我公司陆续开工的重庆珞璜、湖北荆门、襄樊、大别山发电厂

15、四台600MW机组，每单台机组P91的焊缝数量将达到400余条，如何提高P91管层间温度控制的准确度，将是我们下一步的攻关重点。附：1、P91焊接工艺卡2、超声波探伤报告P91焊接工艺卡编号：HJG-P91工程名称四川华蓥山发电厂2×300MW机组工程类别A3评定报告编号HJG-012A、B适用项目主蒸汽管道焊接方法GTAW+SMAW自动化等级手 工接头形式 双V型（无衬垫）焊接位置2G/5G母材类别坡口尺寸加工示意图点固方式示意图适用的母材牌号P91工件直径范围338.8-455保护气体种类Ar (纯度99.95%)厚度范围32.3-50mm流量正面10-15，背面10-20 L/

16、min填充金属牌号规格电极牌号WCe-20焊丝9CrMoV-N 2.4规格2.5焊条Chromet 9MV-N3.2预热焊后热处理焊接技术温度180-220250-300恒温温度750-770焊机型号ZX7-400型喷嘴尺寸M10-60x8x1时间/恒温时间4.0h有无摆动摆动层、道数8层11道/9层14道/15层32道后热处理升降温速度具体见热处理工艺卡焊前清理机械方法清理焊丝、坡口表面及内外壁温度/加热宽度每侧不小于150mm层间清理机械方法清理层间熔渣、飞溅时间/保温宽度每侧不小于250mm焊接工艺参数焊层焊接方法填充金属电源电弧电压单焊层厚度牌号直径极性安培封底层GTAW9CrMoV-

17、N2.4直流正接120-130A10-12V2.5-3mm第二层GTAW9CrMoV-N2.4直流正接120-130A10-12V3mm第3层GTAW9CrMoV-N2.4直流正接120-130A10-12V3mm中间层SMAWChromet 9MV-N3.2直流反接100-125A22-24V3-4.0mm盖面层SMAWChromet 9MV-N3.2直流反接100-120A22-24V3-3.5mm焊接速度打底55-60mm/min，电焊120-160 mm/min备注1、内填丝角度30-80度。2、第3层焊接时继续充氩保护。编制李朝阳日期 2005.04.20审核张登峰日期2005.04.21超 声 波 探 伤 报 告(MS302-R32a-HJZX) No：工程名称四川华蓥山发电厂2×300MW机组报告编号HYSGC-UT-07-01产品名称主蒸汽管道委托单位热机焊接试件材料A335P91委托单号C试件规格458.6×44mm、455×50mm焊接方法TIG/SMAW探伤条件仪