MW机组施工现场钢焊接质量控制要点

山东电力建设第一工程公司ShandongElectricPowerConstructionNo.1Company尊敬的各位专家各位老师大家下午好！山东电力建设第一工程公司ShandongElectricPowerConstructionNo.1Company山东电建一公司焊接公司超超临界1000MW机组施工现场P92钢焊接质量控制要点陈雅斌刘树生王德锋山东电力建设第一工程公司ShandongElectricPowerConstructionNo.1Company0.前言

SA335-P92钢是在P91钢的基础上添加W元素，并适当减少Mo元素的含量，开发的一种新型高合金耐热钢，适用于工作温度在580℃-620℃的超超临界机组。随着P92钢技术的逐步成熟，国内超超临界机组设计的P92焊口数量越来越多，并且现场P92焊口壁厚管径大，位置复杂，不能单纯依靠目前相关的P92钢焊接热处理工艺导则执行。在施工中经过技术及操作人员的反复验证和大量实践，我们对施工现场P92大口径厚壁管的焊接、热处理工艺及现场操作进行了改进和总结。山东电力建设第一工程公司ShandongElectricPowerConstructionNo.1Company项目规格（mm）材质焊口数量(个)屏过至高过连接管φ609.6×106SA-335P9212屏过出口分配集箱φ325×75SA-335P9219屏过出口集箱φ660.4×114SA-335P921高过出口集箱φ711.2×143SA-335P922高过出口分配集箱φ355.6×93SA-335P9218高再出口集箱φ965.2×70SA-335P922高再出口分配集箱φ298.5×33SA-335P9237热段管道φ812.8×47SA-335P9250主蒸汽管道φ560×107SA-335P9237合计204表1.平顶山第二发电厂1000MW机组工程#1机组P92焊口统计山东电力建设第一工程公司ShandongElectricPowerConstructionNo.1Company

我公司依据邹县发电厂四期

1000MW机组工程和平顶山第二发电厂1000MW机组工程等多个超超临界机组，在P92钢现场焊接质量控制方面做了大量的工作。对于P92钢现场焊接，我们采取全过程、全员参与控制焊接质量，分别从焊接工艺制定、焊前技术操作知识培训、焊前练习、焊接设备及焊材管理、焊前预热及热处理、焊接过程控制、焊后检验等将焊接整个过程系统化管理，以达到更好的保证P92焊接质量的目的。在平顶山项目我们专门成立了针对P92大口径管道焊接的质量攻关小组，通过实践完善P92大口径焊口焊接施工经验。下面就根据现场焊接中几个关键环节对P92焊接质量的控制要点进行阐述。山东电力建设第一工程公司ShandongElectricPowerConstructionNo.1Company1.施工前准备编写焊接作业指导书人员资质、焊前专项模拟焊接设备和工器具人员培训焊接材料选用山东电力建设第一工程公司ShandongElectricPowerConstructionNo.1Company正式施焊前先进行焊接练习以改善焊工操作手法，主要练习薄层多道焊的焊接习惯，练习控制焊层厚度和宽度，以熟练控制焊接线能量在要求范围内。练习时技术人员给焊工讲解P92钢的理论知识和焊接操作对焊缝金属组织状态及晶粒度大小的影响。不断的给焊工灌输并理解执行焊接工艺的必要性和重要性，加强其责任感，使之从思想上改变过去大电流、单道厚层的旧观念，树立“小线能量、快速连弧、薄焊层、多层多道”的新观念。山东电力建设第一工程公司ShandongElectricPowerConstructionNo.1Company为了既能适应现场条件，又使模拟练习间达到标准化配置，我公司根据集装箱改造成移动式培训间。图1.移动培训间及活动式焊位架山东电力建设第一工程公司ShandongElectricPowerConstructionNo.1Company在平顶山项目我们使用集中供氩系统装置，集中供氩设备安装在集装箱内，通过供氩母管将氩气输送到各个工作点。为了更好的保证氩气纯度，我们对氩气在使用前利用氩气分析检测仪进行检测，保证其纯度不低于99.99%。此措施有效防止了因氩气不纯造成的焊口不合格现象。图2.集中供氩室及氩气分析仪山东电力建设第一工程公司ShandongElectricPowerConstructionNo.1Company图3.集中供氩装置山东东电电力力建建设设第第一一工工程程公公司司ShandongElectricPowerConstructionNo.1Company2.对口口及及焊焊前前充充氩氩对口口前前对管管道道坡坡口口及及附附近近母母材材进进行行表表面面探探伤伤目的的是是监监测测坡坡口口及及附附近近母母材材表表面面有有无无细细小小裂裂纹纹及及夹夹层层缺缺陷陷，，如如发发现现细细小小裂裂纹纹及及夹夹层层等等缺缺陷陷应应先先进进行行处处理理。。“伞伞形形保保温温气气室室””。在在平平顶顶山山电电厂厂#1机组组安安装装焊焊接接中中，，我我们们经经过过不不断断研研究究实实践践，，自自行行设设计计制制作作了了““伞伞形形保保温温气气室室””，，对对口口前前先先放放置置在在管管子子内内部部，，热热处处理理完完毕毕后后再再从从出出口口处处通通过过预预先先放放好好的的细细钢钢丝丝绳绳将将之之拉拉出出，，气气室室采采用用铁铁板板、、保保温温棉棉、、防防火火毯毯、、钢钢丝丝绳绳组组成成，，焊焊接接过过程程即即可可起起到到密密闭闭气气室室的的作作用用还还可可以以有有效效的的进进行行内内壁壁的的保保温温，，热热处处理理过过程程能能够够减减少少内内外外壁壁温温差差，，保保证证热热处处理理效效果果。。并并且且制制作作这这种种保保温温气气室室材材料料易易找找，，制制作作简简单单，，快快速速。。山东东电电力力建建设设第第一一工工程程公公司司ShandongElectricPowerConstructionNo.1Company图4：高高过过出出口口混混合合集集箱箱活活动动充充氩氩气气室室山东东电电力力建建设设第第一一工工程程公公司司ShandongElectricPowerConstructionNo.1Company3.预热热及及层层间间温温度度控控制制过高高的的预预热热温温度度和和层层间间温温度度，，对对防防止止冷冷裂裂纹纹没没有有明明显显作作用用，，相相反反还还会会因因为为在在焊焊接接热热循循环环的的共共同同作作用用下下，，使使焊焊缝缝金金属属在在高高温温下下停停留留时时间间过过长长，，晶晶粒粒长长大大变变脆脆，，致致使使焊焊缝缝金金属属韧韧性性降降低低。。这这种种现现象象在在中中径径薄薄壁壁管管P92焊口口中中体体现现的的更更加加明明显显。。因因为为中中径径薄薄壁壁管管焊焊口口如如采采用用两两名名电电焊焊工工对对称称施施焊焊，，由由于于管管径径小小而而造造成成热热量量集集中中，，焊焊缝缝因因热热循循环环升升温温快快，，而而薄薄壁壁管管冷冷源源效效果果比比大大厚厚壁壁管管差差，，降降温温较较慢慢，，导导致致长长时时间间停停留留在在层层间间温温度度上上限限，，甚甚至至很很容容易易超超过过要要求求的的层层间间温温度度。。经经统统计计，，中中径径管管P92焊口口热热处处理理后后硬硬度度要要比比大大口口径径厚厚壁壁管管P92焊口口热热处处理理后后硬硬度度普普遍遍较较高高，，就就是是这这个个原原因因造造成成。。所所以以，，P92钢的的焊焊接接，，要要求求在在保保证证不不产产生生焊焊接接冷冷裂裂纹纹的的基基础础上上，，避免免采采用用过过高高的的预预热热温温度度，，严严格格控控制制层层间间温温度度及及焊焊接接热热输输入入量量，，以以免免焊焊缝缝冷冷却却速速度度过过慢慢，，形形成成铁铁素素体体转转变变和和碳碳化化物物析析出出强强化化，，降降低低焊焊缝缝韧韧性性。。山东东电电力力建建设设第第一一工工程程公公司司ShandongElectricPowerConstructionNo.1Company表2.大口口径径厚厚壁壁管管与与中中径径薄薄壁壁管管P92焊口口热热处处理理后后硬硬度度比比较较项目名称焊口规格焊口材质本次统计焊口数量一次热处理后硬度平均值（HB）主蒸汽管道φ550.00×91SA-335P9220236.8高再出口分配集箱φ298.5×33SA-335P9218255.5经过过实实践践研研究究，，我我们们将将氩氩弧弧焊焊打打底底预预热热温温度度定定在在100-150℃左左右右，，最最低低不不低低于于100℃，，因因为为考考虑虑到到个个别别大大厚厚壁壁管管内内外外壁壁温温差差，，将将预预热热温温度度升升至至150℃保保温温，，待待内内壁壁温温度度超超过过100℃时时开开始始打打底底，，氩氩弧弧焊焊打打底底层层间间温温度度控控制制在在150℃左左右右，，并并不不超超过过200℃。。对对于于焊焊条条电电弧弧焊焊，，预预热热温温度度200℃-250℃，，最最低低不不低低于于180℃。。山东东电电力力建建设设第第一一工工程程公公司司ShandongElectricPowerConstructionNo.1Company4.打底底氩弧弧焊焊打打底底是是P92钢厚壁壁管焊焊口焊焊接的的重点点，如如果焊焊缝根根层存存在超超标缺缺陷，，挖口口和重重新充充氩返返修非非常困困难。。收弧接接头的的控制制，为为避免免收弧弧裂纹纹产生生，经经过现现场反反复实实践，，我们们在收弧时时将熔熔池引引向焊焊缝边边缘，收弧弧必须须对熔熔池进进行回回填，，将熔熔池填填满，，每一一道焊焊接结结束后后用磨磨光机机完全全清理理掉收收弧填填充点点。表3.氩弧焊焊打底底焊接接工艺艺参数数（5G）钨极规格（mm）焊丝规格（mm）焊层焊接电流（A）电弧电压（V）焊接速度（mm/min）正面保护氩气流量（L/min）背面保护氩气流量（L/min）￠2.5￠2.4190-11010-1240-508-1210-15290-11010-1250-608-1210-15山东电电力建建设第第一工工程公公司ShandongElectricPowerConstructionNo.1Company5.焊条填充充质量量控制制及缺缺陷分分析控制好好层间间温度度是保保证焊焊缝优优良组组织性性能的的重要要环节节。控控制焊焊接的的热输输入量量，调调整电电流大大小、、焊接接速度度、焊焊道宽宽窄和和焊层层厚薄薄是控控制层层间温温度的的主要要途径径。在在现场场焊接接中，，经过过反复复的实实践证证明，，不能能够单单纯的的减小小焊接接电流流，焊焊接电电流过过小，，熔池池铁水水粘度度大，，流动动性差差，易易造成成未焊焊透、、夹渣渣等工工艺缺缺陷。。焊接接电流流的控控制应应保证证铁水水流动动性适适当、、熔池池清晰晰、融融合良良好。。在此此前提提下，，提高高焊接接速度度、减减少焊焊层厚厚度，，达到到降低低焊接接热输输入的的目的的，因因此控控制焊焊层厚厚度和和宽度度是控控制焊焊接热热输入入的重重要环环节。。在操作作中简简单来来说就就是多多层、、多道道、薄薄层焊焊接。山东电电力建建设第第一工工程公公司ShandongElectricPowerConstructionNo.1Company表4.焊条填填充及及盖面面焊接接工艺艺参数数（5G）焊条规格（mm）焊层焊接电流（A）电弧电压（V）焊接速度（mm/min）背面保护氩气流量（L/min）￠2.5390-11021-25120-17010-15￠3.24110-13024-27150-200-￠3.2其它110-13024-27150-200-在电焊焊条填填充过过程中中易出出现的的缺陷陷主要要是弧弧坑裂裂纹、、夹杂杂、未未融等等三种种（1）弧坑坑裂纹纹。收弧点点的控控制同同氩弧弧焊打打底一一样，，弧坑坑熔池池填满满并略略高于于附近近焊缝缝后将将收弧弧点引引向该该道焊焊缝边边缘位位置，，然后后用磨磨光机机将收收弧填填充点点打磨磨平。。山东电电力建建设第第一工工程公公司ShandongElectricPowerConstructionNo.1Company图5.收弧操操作不不正确确引起起的收收弧细细小裂裂纹图6.正确的的焊缝缝收弧弧点示示意图图山东电电力建建设第第一工工程公公司ShandongElectricPowerConstructionNo.1Company（2）夹渣渣。由于P92焊缝熔熔池粘粘度大大，流流动性性差，，如果果在焊焊接过过程中中使用用电流流过小小或者者运条条角度度不对对、坡坡口角角度小小，等等使熔熔渣不不能及及时浮浮出就就很容容易造造成夹夹渣缺缺陷。。多层层多道道焊时时，道道间层层间清清理不不干净净也是是造成成夹渣渣的主主要原原因。。对于于夹渣渣的防防治，，我们们严格格清理理母材材坡口口及附附近表表面的的脏物物及氧氧化渣渣，多多层层多道道焊的的道间间层间间必须须彻底底清理理干净净。每每焊完完一道道就用用钢丝丝刷清清理焊焊缝，，直至至露出出金属属光泽泽，经经检查查合格格后，，方能能焊接接次道道。焊焊接过过程中中应将将每道道焊缝缝接头头错开开10-15mm，同时时尽量量焊平平以便便于清清除药药皮。。施焊焊中注注意焊焊道布布置，，避免免出现现死角角，熟熟练掌掌握焊焊条角角度及及运条条技巧巧。选选择合合适的的焊接接电流流，掌掌握好好熔池池温度度，避避免使使用过过小的的电流流。山东电电力建建设第第一工工程公公司ShandongElectricPowerConstructionNo.1Company图7.焊口夹夹渣山东电电力建建设第第一工工程公公司ShandongElectricPowerConstructionNo.1Company（3）未融融合。。因为P92钢焊接接工艺艺要求求采用用较小小的线线能量量，焊焊材融融化后后产生生的铁铁水较较粘稠稠，流流动性性差，，所以以手工工焊容容易产产生未未融合合缺陷陷。未未融合合容易易扩散散为裂裂纹类类缺陷陷，且且层间间未融融合与与裂纹纹类似似，所所以我我们应应严格格控制制。P92大口径径焊口口采用用的是是多层层多道道焊，，所以以合理理进行行焊道道分部部，防防止坡坡口边边缘出出现死死角，，对避避免未未融合合及夹夹渣缺缺陷的的产生生非常常重要要。另另外各各道焊焊缝接接头要要错开开，不不能在在同一一位置置收弧弧，避避免横横向未未融。。山东电电力建建设第第一工工程公公司ShandongElectricPowerConstructionNo.1Company图8.主蒸汽汽焊口口层间间未融融合图9.合理的的焊道道分部部山东电电力建建设第第一工工程公公司ShandongElectricPowerConstructionNo.1Company6.焊接过过程控控制施焊中中除要要求强强化工工艺纪纪律、、规范范操作作外，，并全全过程程实行行监控控，以以保证证焊接接质量量。我我们对对过程程的控控制方方法包包括测温枪枪对预预热及及层间间温度度的测测量控控制、、钳形形表对对焊接接电流流的监监督控控制、、焊缝缝检测测尺对对层间间厚度度的监监测控控制等。图10.用钳形形表对对焊接接电流流监测测控制制图11.钢板尺尺对焊焊层厚厚度进进行监监控山东电电力建建设第第一工工程公公司ShandongElectricPowerConstructionNo.1Company图12.测温枪枪对预预热及及层间间温度度监控控山东电电力建建设第第一工工程公公司ShandongElectricPowerConstructionNo.1Company在整个个施焊焊过程程，每每焊完完一道道就用用钢丝丝刷清清理焊焊缝，，直至至露出出金属属光泽泽，经经自检检和旁旁站检检查人人员确确认后后，方方能焊焊接次次道。。焊接接过程程中应应将每每道焊焊缝接接头错错开10-15mm，同时时尽量量焊平平以便便于清清除药药皮。。施焊焊中注注意焊焊道间间的交交错和和结合合，避避免出出现死死角。。2G位置的的横焊焊口应应特别别注意意控制制好焊焊道宽宽度和和厚度度，避避免在在最后后一道道焊缝缝出现现死角角产生生夹渣渣或未未融现现象。。5G位置的的吊焊焊口应应注意意焊条条摆到到边缘缘母材材位置置时多多停留留一段段时间间，让让焊缝缝与母母材尽尽量融融合防防止夹夹渣及及未融融合。。因为在施施焊中，，热电偶偶测量的的是坡口口外壁的的温度，，对于焊焊口开始始阶段的的焊接层层间温度度，热电电偶并不不能准确确测量，，所以在在焊接表表面位置置几层焊焊缝之前前，我们们采用测测温仪测测量层间间温度，，并进行行实时监监控。山东电力力建设第第一工程程公司ShandongElectricPowerConstructionNo.1Company为更好的的控制质质量，我我们制定定了“中中大径焊焊口交接接单”，，电焊工工在交接接班时用用钢板尺尺测量焊焊缝厚度度，填写写表格记记录。这这样如有有缺陷既既方便查查询责任任人，并并且能够够起到控控制层间间厚度的的作用。。图13.预热温度度通知牌牌图14.中大径焊焊口焊接接交接单单山东电力力建设第第一工程程公司ShandongElectricPowerConstructionNo.1Company质量攻关关小组对对发现的的问题及及时分析析山东电力力建设第第一工程程公司ShandongElectricPowerConstructionNo.1Company7.焊后热处处理P92钢焊口焊焊后状态态焊缝中中的奥氏氏体不能能完全转转变为马马氏体，，所以不不能焊后后立即升升温进行行回火热热处理。。要求焊焊后冷却却至Mf点以下即即80℃～100℃区间保保温2～3小时，待待马氏体体转变完完全后再再升温进进行最后后的回火火热处理理。为保证大大口径管管道内外外壁均温温和恒温温时间满满足工艺艺要求，，在P92钢大口径径管道热热处理时时适当延延长恒温温时间。在现场场操作中中，一方方面现场场实际管管件壁厚厚比评定定时大得得多，管管道长度度比评定定时大，，冷阱效效应明显显，内外外壁温差差和管径径径向温温度梯度度都比较较大，另另一方面面因为我我们选择择的是远远红外履履带式加加热方法法，受各各种条件件的限制制所以保保温时间间选择上上限，即即3h/25mm。同时，，在整个个热处理理过程，，保温气气室始终终在管道道内部，，使焊缝缝内部形形成一个个密闭环环境，对对保证内内壁热处处理性能能起到了了很好的的作用。。山东电力力建设第第一工程程公司ShandongElectricPowerConstructionNo.1Company图15.焊接热处处理热循循环山东电力力建设第第一工程程公司ShandongElectricPowerConstructionNo.1Company图16.热处理现现场图17.标准化的的热处理理机房我们通过过不断的的改进，，打造了了标准化化的热处处理机房房。一是是通过集集中布线线的方式式将热处处理导线线引导机机房外部部，热处处理材料料在机房房外集中中放置，，保持机机房内部部清洁整整齐，尽尽量避免免环境因因素对测测温仪误误差的影影响；二二是不断断改进和和细化热热处理操操作记录录和交接接班制度度。一系系列措施施加强了了对热处处理过程程的控制制，确保保了了热热处理的的质量。。山东电力力建设第第一工程程公司ShandongElectricPowerConstructionNo.1Company8.检查通过我们们的努力力，平顶顶山项目目#1机组P92大口径焊焊口外观观质量优优良率100%；所有P92大口径焊焊口热处处理后进进行了100%UT+PT探伤，无无损探伤伤一次合合格率达达到了99.5%；热处理理后经100%硬度检测测，热处处理硬度度一次合合格率达达到95.7%；对大口口径厚壁壁管P92焊口进行行20%的金相组组织抽检检，金相相组织优优良率100%。山东电力力建设第第一工程程公司ShandongElectricPowerConstructionNo.1Company