P92钢现场焊接热处理(沈阳)

1、浙江火电建设公司华能玉环电厂#1机组是国内首台超超临界燃煤机组，锅炉设备由哈尔滨锅炉厂提供的HG-2953/27.46-YM1型锅炉。超超临界参数变压垂直管圈直流炉、一次再热、露天布置、固态排渣、全钢结构、全悬吊结构型锅炉。主 蒸 汽 管 道 采 用 S A 3 3 5 P 1 2 2 及S A 3 3 5 P 9 2 材 质 ， 再 热 热 段 采 用SA335P91材质。其中P92、P122均是国内首次应用。序号名称设计压力(MPa)设计温度(oC)管道材质规格(mm)1主蒸汽主管27.6610A335P122508102 2主蒸汽主管27.6610A335P92Di349 723再热热段

2、主管7.237 608A335P91Di69950 P92钢是日本新日铁推出的用于超临界锅炉的9Cr的含钨的马氏体耐热钢，该钢含W1.8左右，与目前国内常用的P91钢材（改进型9Cr-1Mo）相比，主要是用W代替了P91中的部分Mo，另外加入了少量的B。通过W的固溶强化及Nb、V等碳氮化物的弥散强化来提高钢材的高的持久强度。在600下10万的持久强度P92要比P91高3035。T/P122钢是日本在德国钢是日本在德国X20CrMoV121钢的基础钢的基础上开发成功的上开发成功的12%Cr马氏体耐热钢（日本钢号马氏体耐热钢（日本钢号HCM12A），其高温强度比），其高温强度比X20CrMoV12

3、1提高，提高，焊接冷裂缝倾向显著降低。与焊接冷裂缝倾向显著降低。与X20CrMoV121相比，相比，其化学成分特点是：含其化学成分特点是：含C量从量从0.20%降至降至0.10%左左右，同时加入约右，同时加入约2%W,约约1%Cu和少量的和少量的Nb。该钢。该钢Cr高高C低，并且含低，并且含2%W。P91、P92、P122钢具有较明显的时效倾向。时钢具有较明显的时效倾向。时效倾向发生在效倾向发生在500650的温度范围内，这正是的温度范围内，这正是这些钢材的工作温度。图这些钢材的工作温度。图1、图、图2分别表示分别表示P92、P122钢的时效倾向。可以看到钢的时效倾向。可以看到3000小时时效

4、后其小时时效后其韧性下降了许多，但在韧性下降了许多，但在3000小时以后冲击功下降小时以后冲击功下降的倾向就不明显了。为此，时效前焊缝的原始韧的倾向就不明显了。为此，时效前焊缝的原始韧性必须有充分的富裕。性必须有充分的富裕。在焊接线能量相同的情况下，焊在焊接线能量相同的情况下，焊后热处理规范对焊缝的金属的冲后热处理规范对焊缝的金属的冲击韧性影响很大。图击韧性影响很大。图3是不同的焊是不同的焊后热处理规范对后热处理规范对P92焊缝金属的冲焊缝金属的冲击韧性的影响。从图中可以看出击韧性的影响。从图中可以看出在相同的保温时间下，热处理温在相同的保温时间下，热处理温度对焊缝金属的冲击韧性的影响度对焊缝

5、金属的冲击韧性的影响很大。很大。热电偶工作原理热电偶工作原理在温度测量中，热电偶是主要的测温工具。当两种不同的导体或半导体A和B组成一个回路，其两端相互连接时，只要两结点处的温度不同，一端温度为T，称为工作端或热端，另一端温度为T0 ，称为自由端（也称参考端）或冷端，回路中将产生一个电动势，该电动势的方向和大小与导体的材料及两接点的温度有关。这种现象称为“热电效应”，两种导体组成的回路称为“热电偶”，这两种导体称为“热电极”，产生的电动势则称为“热电动势”。热电偶选择热电偶选择 我国标装化热电偶有七种，分别为S、B、E、K、R、J、T型。在施工现场主要是采用K型热电偶，即镍铬-镍硅热电偶，它的

6、正极是镍铬合金(镍90.5%，铬9.5%)，负极为镍硅(镍97.5%，硅2.5%)。现场用K型热电偶又分为铠装热电偶及热电偶丝两种。热电偶校验热电偶校验 热电偶在使用之前必须按相关规定进行校验。根据JG351-1996工业用廉金属热电偶校验规程，通常热电偶校验点为400、600、800。而马氏体耐热钢的焊后热处理温度约为760，为了能精确控温，因此有必要对热电偶在760温度下进行校验，以便在热处理设定温度时进行校正。根据管道直径确定加热器数量及控温热电偶数量，控温热电偶必须布置在相应控温区的预期温度最高点，防止超温。根据Shifrin研究，只要加热带宽度在5倍壁厚以上，外表面距焊缝中心的轴向距

7、离t（t为管子壁厚）的位置大致与内表面焊缝根部温度相等。我们在热处理时设置了一只“等效热电偶”，监测内壁温度是否达到最低的设定温度。热电偶固定方式热电偶固定方式热电偶固定方式直接影响到测温的准确性。目前施工现场热处理常用的热电偶固定方式为绑扎和点焊。其中绑扎一般应用于铠装热电偶，点焊一般用于热电偶丝。在用绑扎方式固定铠装热电偶时必须注意：将热电偶的热端用隔热层将其与加热器有效隔绝，防止加热器布置或高温时隔热层破损，避免加热器产生的热量直接对热电偶辐射。同时热电偶热端必须紧贴管壁。用点焊方式固定热电偶丝时应注意：选用合适直径的热电偶丝（一般选用0.60.8mm）及合适功率的储能式点焊机；点焊前应

8、将点焊部位的氧化皮打磨干净，同时将热电偶丝端部尖角打磨平；点焊后应轻拽热电偶丝以验证点焊是否可靠。绑扎与点焊方式各有其优缺点：采用绑扎方式固定热电偶，方便，固定可靠，不会因为下一道工序（加热器布置、绑扎）的影响而脱落，但测量温度受隔热层隔热效果的影响很大；点焊方式测温准确，能真实的反映管壁的温度，但由于焊点较小，容易受外力的影响而脱落，造成测温不准，甚至失控。针对两种固定方式，我们曾经作过多次对比试验：在767下，铠装热电偶（绑扎）与热电偶丝（点焊）温差为1015。主要是因为铠装热电偶测温时，无法完全对加热器下的热电偶进行有效隔热，加热器产生的一部分热量通过不锈钢套管传导到热电偶的热端，从而干

9、扰了热电偶的测温。 温度补偿导线温度补偿导线的选择温度补偿导线的选择由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵 金属时），而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷 端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。所谓补偿导线，实际上是一对材料化学成分不同的导线，在0150温度范围内与配接的热电偶有一致的热电特性，但价格相对要便宜。温度补偿导线的型号必须与热电偶相匹配。施工现场通常的KC型温度补偿导线（正极为铜，导线颜色为红色，负极为康铜，导线颜色为蓝色）与K型热电偶相匹配温度补偿导线的连接温度补偿导线的连接补偿导线与热电偶线连接时，必

10、须保证极性正确。在连接温度补偿线时应可靠，必须采用接线座连接，严禁采用两根接线直接拧在一起。防止造成接线接触不良影响测温。其中 1、 2、 3为锰铜电阻，为绝缘铜线绕阻， 1= 2, 3与在电桥平衡点温度（补偿温度）时阻值相同。阻值随周围温度的变化按一定的规律变化。指示表热电偶热处理温控系统温控系统误差测量温控系统误差测量热处理温控设备在长时间运行后，由于元器件老化等原因，温控设备会产生较大的误差。在对马氏体耐热钢进行热处理之前应该用高精度的电位差计（热工1045表计）对温控系统进行误差测量，在温度设定时相应的扣除数值。测温系统的温度补偿测温系统的温度补偿由于热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极

11、，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。因此，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t00时对测温的影响。目前施工单位虽然对热处理机房配有空调等控温设备，但并不能精确的控制热处理机房内热电偶冷端温度，我们曾经在空调打开的情况下用温湿度自动记录仪对热电偶冷端温度进行了24小时连续监测，发现热电偶冷端温度还是波动比较大，最大温差达到12。为消除热电偶冷端温度波动造成的测温不准，施工现场必须采用带有自动温度补偿的热处理温控设备。热处理温控设备自动补偿可通过在测温线路中安装补偿电桥，利用不平衡电桥产生的电动势补偿热电偶因冷端波动引起的热电动势的变化

12、。 热处理控温温度的设定在设定热处理控温温度时除应考虑所使用批次焊条熔敷金属的Ac1相变温度及Mn、Ni含量，根据Ac1相变温度或Mn、Ni含量在上述温度范围适当调整。当Ni+Mn1.0时，热处理温度应往上限设定，1.0Ni+Mn1.5，热处理温度应设定为760。同时还应将热电偶的误差以及温控系统的误差进行扣除。热处理加热器选择热处理加热器功率可根据公式进行粗略估算：加热器功率（加热器功率（kw）管子直径（）管子直径（mm）管壁厚（管壁厚（mm）625加热宽度的选择加热宽度的选择加热区域宽度的确定出于两方面考虑。一是由于管道外部加热，必然存在径向温度梯度，为使均温区内的金属在厚度方向达到所需的

13、最低温度，加热区域必须达到一定的宽度；二是管道的局部加热会导致弯曲位移和切向应力，从而产生接头变形和残余应力，应力的大小和分布受加热宽度和轴向温度分布的影响。管道局部焊后热处理见下图。其中W为焊缝宽度，SB为均温区宽度，HB为加热带宽度，GCB为保温宽度。现场加热区宽度按以下最小加热宽度（取三者的最大值） HB0SB+50mmHB2Hi(OD2-ID2) / 2+IDSB/OD其中：Hi管道加热面积与散热面积之比（通常，对水平布置、公称直径在DN150以下的管道，且只有一个周向加热控制区时，Hi可取5；对公称直径在DN150以上的管道或DN150以下但有两个周向加热控制区的水平管道以及所有垂直

14、管道，Hi取3）SB均温区宽度，焊缝最宽处W2t或焊缝最宽处W100mm较小值；t管道的名义厚度ID管道的内径OD管道的外径其中HB0是为了避免均温区边缘过于接近加热区边缘使温度降低过快；HB1是诱导应力判据所确定的最小加热宽度；HB2是由径向温度判据确定的最小加热宽度。根据热处理规程DL/T819-2002，加热区域宽度HB6t120。HB1=SB+ 4IDt1.加热器不能重叠、交叉.不得与加热丝相碰 2加热器与管壁应紧密接触3.且不得有扭结或不平整情况。4.加热区域的温度最高点必须在焊缝中心.5. 水平管，加热器中心应该正对焊缝中心.6.垂直管，加热器的加热中心应偏离焊缝中心，适当下移.7

15、.下移量与壁厚、加热器宽度及保温层宽度及厚度等有关。 保温材料宽度的选择保温材料宽度的选择根据热处理规程DL/T819-2002，最小保温宽度GCB为10tW及HB+200的最大值。从表1中可以看出GCB0GCB，保温宽度采用GCB0可以更好的控制管道轴向的温度梯度及减少加热区的热量的损失。保温材料厚度的选择保温材料厚度的选择保温材料的厚度直接影响了所需加热器的功率，我们要求保温材料的厚度必须50mm。保温材料的包扎保温材料的包扎根据温度梯度的分布及传导情况，基本上为上部到下部，从薄件往厚件，逐渐加厚，且包扎紧密、牢固。 00,511,522,533,544,555,566,577,588,599,510 10,5 11