超临界锅炉高合金耐热钢焊接热处理的质量控制

超临界锅炉高合金耐热钢焊接热处理的质量控制

随着我国长距离和长距离热能装置的快速发展，新材料、新技术不断出现，耐热钢如p11和p12得到了广泛应用。这些高合金耐热钢对焊接热处理的要求较亚临界机组锅炉所使用的低合金耐热钢更加苛刻,在锅炉安装监督检验过程中也多次发现了由于焊接热处理控制不当造成的质量问题。本文结合一工程实例,介绍了问题的发现及原因分析,总结了大型电站锅炉安装过程中焊接热处理存在的主要问题,并提出了针对高合金耐热钢焊接热处理监督检验的控制重点。1高温再热器出口集箱材质某电站锅炉是东方锅炉(集团)股份有限责任公司生产的DG2100/25.4-Ⅱ6型超临界一次中间再热变压直流锅炉,其高温再热器出口集箱材质SA-335P91,规格Φ812.8×50mm。按照设计,集箱在轴向中间部位存在一条现场安装对接环焊缝。1.1对接焊缝的硬度检验根据《锅炉安装监督检验规则》及监督检验方案的要求,现场安装对接环焊缝焊接热处理完毕且经安装单位自检合格以后,监督检验人员对该焊缝进行了硬度抽测(硬度抽测部位如图1所示),检验情况见表1。根据DL/T438—2009《火力发电厂金属技术监督规程》的要求,焊缝硬度应控制在180HB～270HB;直管段母材的硬度应均匀,且控制在180HB～250HB,同根钢管上任意两点间的硬度差不应大于Δ30HB。由上述检验结果可知,该条对接焊缝及两侧母材的硬度存在异常。为进一步查找硬度异常的原因,监检人员对该条对接焊缝及母材进行了金相检验,结果如图2所示及表2。参考GB5310—2008《高压锅炉用无缝钢管》的要求,对接焊缝及两侧母材的金相组织应为回火马氏体或回火索氏体。由上述结果可知,该条对接焊缝及两侧母材的金相组织存在异常。1.2高温模拟比对试验从以上检验结果可以看出,硬度及金相组织异常的区域均集中在安装对接焊缝附近,可判断出该集箱的制造质量无明显质量问题,即上述异常应主要产生于安装现场的焊接及焊后热处理过程。经核查该安装单位的焊接记录及热处理曲线,该焊缝有两个温度测点,每条曲线记录温度未见异常,符合焊接工艺评定报告和焊接作业指导书的要求(手工氩弧焊打底、手工电弧焊填充及盖面工艺,焊接材料为ER90S-B9和E9018-B9,焊接完成后进行了300℃/2h后热处理,并经760℃/4h焊后热处理),但现场热处理时间较长,保温时间为6h。从金相组织来看,已出现过回火组织。为测评过回火的大致温度,分别按以下三种工艺,对该安装单位焊接工艺评定的剩余焊件进行高温模拟比对试验,即800℃/4h热处理(升降温速度为150℃/h)、815℃/1.5h热处理(升降温速度为150℃/h)、845℃/2h热处理(升降温速度为150℃/h)。根据比对结果并考虑现场安装过程中此焊缝热处理时间较长等因素,判断出安装现场的实际热处理温度应在830℃左右。通过以上分析及试验,可知造成组织及硬度异常的主要原因如下:由于现场焊后热处理温度失控等因素,致使回火温度达到830℃左右,超过了SA-335P91材料的相变线,致使部分回火马氏体发生溶解,转变为奥氏体+铁素体+未溶解回火马氏体组织。在随后的冷却过程中,由于过回火形成的奥氏体的冷却,相变成为马氏体,而铁素体及未溶解回火马氏体重新析出了部分碳化物,形成了由回火马氏体+马氏体+铁素体+碳化物组成的异常组织,由于马氏体的存在,造成了焊缝硬度的异常升高。2热处理效果的监督检验通过上述的分析可以看出,锅炉安装过程中焊接热处理监督是锅炉安装监督检验的重点环节之一,而硬度检测是评价焊接热处理效果的有效手段。通过汇总、分析大量的监督检验工程实例,大口径管焊接热处理过程中不符合规程标准要求的问题及其可能造成的硬度异常或缺陷见表3。3检查煤粉项目所具有的一些检查方式目前,大型电站锅炉的安装监督检验采用的是驻场与阶段性检查相结合的方式,监督项目已覆盖了锅炉安装的各个环节。为了更有针对性地进行监督,保障锅炉的安装质量,针对高合金耐热钢焊接热处理环节,特提出监督检验的控制重点如下:3.1锅炉安装监督检验硬度检测是评价焊接热处理效果的有效手段,尤其是高合金耐热钢,硬度的变化更为敏感。但目前部分标准对高合金耐热钢安装焊缝的硬度要求不够严格,如《锅炉安装监督检验规则》规定,必要时监检人员应对锅炉安装焊缝进行硬度抽查;DL/T869—2004《火力发电厂焊接技术规程》规定,经焊接工艺评定,且具有与作业指导书规定相符合的热处理自动记录曲线图的焊接接头,可免去硬度检查等等。由于高合金耐热钢对于温度的敏感性,监督检验人员应根据具体情况采用更科学的方式对其进行监督,针对该类钢的焊接建议将硬度检测列为必查项目。若现场检验发现硬度异常,应考虑增加金相检验等手段来加以确认。3.2金耐热钢焊接工艺与焊接相关的安全质量控制环节有很多,针对高合金耐热钢,由于材料的特殊性,焊材管理、焊工管理、焊接工艺的执行、检验等环节尤为重要。在安装监督检验过程中,应把上述环节的监督放在首位。3.3热处理过程监督检验本案例中,监督检验人员核查了该焊缝的焊接工艺评定报告、焊接作业指导书、焊接记录、焊工资质、热处理曲线等资料,结果均为正常。如果在焊接热处理过程中,监督检验人员能够加强现场的过程监督时,该异常就有可能会被避免。故对于此类钢的焊接,加大现场过程监督力度,十分必要。3.4检验位置难以准确追溯本案例中,安装单位的焊接记录、自检报告等均未见异常,但其检验位置已无法准确追溯,对异常的原因分析及后续的整改造成较大的困难。故应在安装监督检验过程中,加大对安装单位各项技术数据记录可追溯性的监督力度,以保证锅炉安装的质