1、.超超臨界機組主蒸汽管道P122鋼的焊接工藝控制劉萬舉,焦林生,Y-4,迎(1.陜西國華錦界能源有限責任公司,陜西榆林719319;2.陜西電力科學研究院,陜西西安710054)O引言1000MW超超I臨界機組是目前國內單機容量最大,運行參數最高的燃煤發電機組,其主蒸汽壓力為27.56MPa.主蒸汽溫度為605qC.為了滿足高溫高壓蒸汽的要求,鍋爐末級過熱器出口集箱及與主蒸汽管道之間的導汽管選用了P122鋼.規格為D349x102mm.這種鋼具有較高的熱穩定性,但是可焊性較差,如果采取的焊接工藝不佳.則很容易產生裂紋.尤其是當機組運行100000h以后較易產生微裂紋.因此,必須嚴格控制焊接工藝

2、,才能保證其焊接接頭的使用性能,才能保證機組的安全運行.1P122鋼的性能特點P122鋼是在X20CrMoV121(F12)鋼的基礎上開發出的第3代新型鐵素體耐熱鋼.通過添3132%的W,0.07%Nb和1%Cu,增強了P122鋼的固溶強化,彌散強化和析出強化的效果,其綜合性能有了相當大的改進:許用應力在590650qC溫度范圍內與TP347H奧氏體鋼相當;耐腐蝕性能明顯高于9%Cr的鐵素體鋼;高溫蠕變斷裂強度LP91鋼高約25%30%;加入cu元素抑制了鐵素體的形成.使鐵素體的含量不超過5%;鉻含量不大于9%.使材料具有良好的韌性.P122鋼經過了正火及回火處理,其顯微組織為鐵素體+回火馬氏

3、體,是國內火力發電廠首次應用的一種新鋼種與P92和E911相比,P122鋼用于超超I臨界機組,具有更高的抗蒸汽氧化性能,抗高溫腐蝕性能以及較穩定的高溫強度.主蒸汽延伸段和末級過熱器集箱使用P122鋼可以減薄其設計壁厚,降低整體重量.降低成本.減小施工難度.減小管子內壁發生應力腐蝕或晶問腐蝕的機率.P122鋼的化學成分和力學性能見表1,表2,其對焊接接頭的性能要求見表3.表1P122鋼的化學成分【%化學成分CSiMnPSNiCr含量%<0.50<0.70020<0.0l0<0.50l2.0,0500抗拉強度/MPa屈服強度/MPa延伸率/%

4、平均硬度/HB65529620250表3P122鋼對焊接接頭的,I生能要求2P122鋼的焊接工藝控制P122鋼除了經過固溶強化和沉淀強化外,主要收稿日期:20071112作者簡介:劉萬舉(1971一),男,黑龍江德都人,工程師,畢業于鄭州工學院材料與科學系焊接工藝與設備專業,從事金屬焊接管理及質量管理工作.者工.1盤舵ll一I=P一1_口)了r,一Dn,Dr,)口)=Dti)通過微合金化,控制形變熱處理及空冷獲得了高密度位錯和高度細化的晶粒,從而使該鋼在進一步強化的同時其韌性也得到了顯著提高.由于焊接過程的冷卻速度,晶粒及組織的變化無法與鋼材加工的精細程度相比,致使焊縫的性能比母材差,常溫沖擊

5、韌性低,焊接時其突出問題是焊縫性能劣化和焊縫熱影響區性能的劣化.如不采取正確合理的焊接工藝,很容易產生焊接冷裂紋,焊縫韌性低,熱影響區軟化及型裂紋,熱裂紋和再熱裂紋.為了保證焊接接頭具有良好的使用性能,在對P122鋼的現場焊接過程中,通過對焊接工藝,焊后熱處理工藝和操作手法的嚴格控制,保證了焊縫質量,焊縫的化學成分和顯微組織均符合標準要求.P122鋼的焊接工藝控制包括以下幾方面.2.1焊接方法焊接操作對焊縫金屬組織狀態及晶粒度大小有較大的影響.焊接時由兩人對稱焊接,焊接電流,焊接速度保持一致,焊接過程中控制薄層多道焊的碼放及焊層厚度和寬度,建立"小線能量,快速連弧,小擺幅,薄焊層,多

6、層多道"的焊接手法,使后一層焊縫對前一層焊縫產生回火效應,從而可以改善優化P122鋼焊縫和焊縫熱影響區的性能.對于水平固定鋼管蓋面層的焊道,至少需焊5道焊縫,中間應有一道"退火焊道",以改善焊縫的金屬組織和性能.2.2焊接材料的選用根據母材的化學成分和力學性能特點,選擇沖擊韌性高,性能優良,易操作的焊接材料TGS一12CRS/CR一12S.焊縫金屬化學成分應與所焊接的母材基本一致,焊縫金屬的組織與母材相當.表4示出的是P122鋼GTAW和SMAW焊接用填充金屬的化學成分表4P122鋼GTAWnSMAW焊接用填充金屬的化學成分wt%焊接方法csiMnPSCuNiGT

7、AW0.090.320.490.0100.0021.441.13SMAW0.090.220.790.0060.0021.490.93焊接方法crMowvNbN(AW10.160.291.650.210.050.05SMAW10.130.191.410.190.030.0542.3預熱措施合適的預熱溫度對于減少焊縫冷裂紋,改善焊縫韌性和焊縫熱影響區性能的劣化很重要.P122鋼的氬弧焊預熱溫度和手工電弧焊預熱溫度分別為150200oC和200250.所采用的預熱方法為電加熱,預熱前用儲能焊機仔細點焊熱電偶并檢查其是否牢固.認真綁扎加熱器和保溫棉,加熱片和保溫棉的寬度必須滿足要求.為了嚴格控制預熱溫

8、度,采用現場測溫的方法,熱電偶測定的溫度僅作為升溫的依據.當溫度升至設定溫度時,熱處理人員用遠紅外測溫儀沿著坡I51的根部均勻測量(測4個點)并做好記錄,圖1為熱處理人員使用遠紅外測溫儀進行現場預熱溫度檢查.熱電偶的布置,加熱器和保溫棉綁扎工作在技術負責人的指導監督下完成.熱電偶數量不少于2個,且對稱分布于坡口兩J2535mm處.加熱器長度應達到要求,保溫材料覆蓋整個加熱器,并空出焊縫部位.水平管焊縫的保溫材料下部厚一點,上部薄一點,以便溫度均勻.圖1遠紅外測溫儀現場測溫2.4充氬氣保護為防止P122鋼根層焊縫金屬氧化,氬弧焊打底及填充第一層焊道時,在管子內壁充氬氣保護,對I51間隙用耐高溫膠

9、帶粘貼.內充氬氣方法如下:(1)充氬保護范圍以坡口中心為準,對I51前在每側各1000mm內貼上34層可溶紙,用耐高溫膠帶粘牢,做成密封氣室,進行層層保護.確保可溶紙粘牢,然后用耐高溫膠帶紙沿著管徑由下往上把坡口問隙粘起來,在接頭處留下一個小孔以便排空氣,待密封氣室內的空氣排凈后方可施焊.采用打火機或點燃小紙條的方法檢查排氣孔,如果火焰立即熄滅,表明空氣排凈,可以進行施焊,否則繼續等待直至空氣排凈.(2)充氬時,把充氬軟管的端部從焊縫坡El處塞人管道內進行充氬,焊縫坡El除留的排氣孔外都用耐高溫膠帶或者巖棉封嚴.開始的充氬流量可為1020Umin,在氬弧焊施焊開始后,流量應保持在810Umin

10、.在氬弧焊打底過程中,應經常檢查氣室中氬氣的充滿程度,隨時調節充氬流量.即氬弧焊封1_ohn|cIEXchang弦pp荸j一技術交流與應用口時,應減小氬氣流量.具體流量在實際施工中進行調節.2.5焊接線能量的控制如果焊接線能量大.焊縫金屬在高溫(1100以上)停留時間長,晶粒長大變脆,會導致焊縫韌性降低,焊接熱影響區軟化乃至產生型裂紋.因此在P122鋼焊接時應盡可能采用小線能量以減少碳化物的析出量和鐵素體含量.防止馬氏體晶粒長大.從而提高焊縫的沖擊韌性.從實踐中得出,P122鋼的焊接線能量最好小于16kJ/cm.焊層厚度和焊縫寬度是焊接線能量的直觀反應,焊接過程中.由專人進行旁站監督.每焊完一

11、道后對焊縫厚度和寬度進行測量.嚴格控制焊層厚度在2.52.8nlln,焊縫寬度在710mm.使后焊道對前焊道產生回火效應.通過嚴格控制焊層厚度和焊縫寬度來減小焊接熱輸入量.提高焊縫韌性.2.6焊接速度由焊接線能量公式E=6OIU/V(公式中,為焊接電流,勸焊接電壓,為焊接速度)可以看出,當,固定時.提高焊接速度,減少焊層厚度和焊縫寬度,可以降低線能量.在現場焊接中,在保證焊縫熔合良好的情況下.通過提高焊接速度.從而減小熔池體積,降低熔池溫度來減小一次結晶的晶粒尺寸.2.7層間溫度的控制過高的層問溫度對防止冷裂紋沒有意義.而且還會因在焊接熱循環的共同作用下.使焊縫金屬在高溫(1100以上)停留時

12、間長,晶粒長大變脆,致使焊縫金屬韌性降低.P122鋼的層問溫度為200250.焊接過程中用遠紅外測溫儀現場測溫并做好記錄,焊接工程師監督檢查.一旦有超溫傾向,立刻停焊,等緩冷到250以下后再進行焊接:如果溫度低于200,則采取升溫措施.溫度升至200以上再進行焊接.2.8層間清理P122焊條的藥皮薄,鐵水黏,焊接時層間打磨尤為重要.每焊完一層后都應進行仔細打磨,直到焊縫表面露出金屬光澤.打磨清除了焊渣,飛濺,同時清除鐵水凝固時浮到表層的氫,硫,磷等雜質以及細小的熔渣.超聲波檢測證明,打磨對減小缺陷很有效.所以實際操作中執行層問打磨清理工藝,可以明顯提高焊縫的內部質量.2.9熱處理溫度及恒溫時間

13、的控制P122鋼焊縫的硬度在180250HB之間時能保證焊縫的使用性能.這對熱處理提出了很高的要求:P122鋼的焊后熱處理恒溫溫度為740755.在恒溫過程中的最大溫差不得超過15.恒溫時間8h.在管道熱處理時,管子內部不得有穿堂風.外部臨時固定裝置不允許拆除.配備獨立的備用電源.保證焊接過程中或熱處理過程中發生異常情況斷電時.能夠啟用獨立的備用電源.贈時間圖2P122鋼焊接,熱處理溫度曲線3施工要求(1)工器具準備齊全,儀表儀器經計量檢驗合格且在有效期.(2)施焊區域設防風,防雨保溫棚,不得進風漏雨.(3)焊材入庫時必須認真檢查質量保證書,批號,數量,合金成分以及力學性能等,并進行光譜抽查驗

14、收,嚴禁不合格的焊材入庫.焊接材料使用前應要求進行烘焙,施焊時.焊條應放人80120的便攜式保溫筒內,隨用隨取,并及時蓋上保溫筒蓋.4結語P122鋼是目前國內火電施工建設中首次應用的新鋼種.因此.在本次對1000MW超超臨界機組主蒸汽管道進行現場焊接前.從工藝,人員,設備到環境上,都做了充分的準備,在焊接過程中,通過嚴格控制預熱溫度,層間溫度以及每層的焊縫寬度,厚度.避免了焊接裂紋的產生,改善了焊縫韌性,減小了熱影響區軟化及型裂紋.層間打磨出金屬光澤.有效地減少了焊接缺陷的產生,改善了焊縫內部質量.焊后采用分區加熱,嚴格控制馬氏體低溫轉變時間,熱處理溫度以及恒溫時間等熱處理工藝,得到良好的微觀

15、組織:焊縫硬度在195235HB之間,符合華能頒發的<<-re能電廠P91,P92鋼焊接質量檢驗導則優良要求;焊縫成型優良,超聲波探傷檢驗內部質量合格.(責任編輯韓小寧)芰在吾立丑一_生n;.,誓_II_墨WeldingTechnologyControlofP122SteelinMainSteamPipingofUltraSupercriticalUnitsLIUWan-ju,JIAOLinsheng,WANGXiaoying(1.ShaanxiGuohuaJinjieEnergyCo.,Ltd.,Yulin719319,China;2.ShaanxiE1ectri

16、cPowerResearchInstitute.Xi'an710054,China)Abstract:P122steelhashighthermalstability,canmeettherequirementsofhightemperatureandhighpressuresteamfor1000MWultrasupereritiealunits,buthaspoorweldability.ThecontrolmethodsofweldingtechnologyforP122steelinmainsteampipingofultrasupereritiealunitsareintro

17、duced.Thepracticehasverifiedthatweldingqualityreachesrequirementswhenthefirstwelding,weldmetalcompositionandmierostrueturemeasureduptothestandard,bystrictlycontrolforpostweldingheattreatmentprocessandoperationtechnique.Keywords:ultrasupercritiealunits;P122steel;technology;control陜西電網EM5/wAM5一休化系統,調度

18、綜合管理系統順利通過技驗收2008年3月6日,陜西電網電能量/電網實時動態監測(EMS/WAMS)-體化系統項目和陜西電網調度綜合管理系統項目順利通過技術驗收.驗收委員會由國家電力調度中心,西北電力調度通信中心的領導以及中國電力科學研究院,西安交通大學,兄弟省電力公司的專家組成.陜西省公司何曉英總工程師出席了會議.驗收委員會聽取了項目組所作的研制報告,技術報告,測試報告,用戶報告以及查新報告,并進行了應用現場的檢查演示.經過嚴格認真的審查討論,一致認為陜西電網EMS/WAMS系統與陜西電網調度綜合管理系統整體功能完善,系統結構合理,整體處于國內先進水平,其中EMS,WAMS備調EMS系統三位一

19、體化集成技術和調度綜合數據平臺(PSIDP)與調度管理信息系統(0Ms)一體化,IEC61970CIM/XML模型的合并,拆分及交換技術均達到國內領先水平,滿足陜西電網科學調度的要求,為保證電網安全穩定運行打好基礎,以上兩個項目均通過技術驗收.專家們充分肯定了陜西電力調度中心近年來在調度自動化新技術開發應用方面取得的成績.相信隨著新系統的不斷深化應用,將進一步提高陜西電網生產運行管理的精細化和科學化,切實增強電網運行控制能力,使調度自動化技術裝備水平,電網調度管理水平邁上新臺階,為陜西數字電力這一信息化戰略目標的實現發揮重要作用.陜西電網電能量管理/電網實時動態監測(EMS/WAMS)-體化系統由省公司與南瑞科技合作建設,于2005年10月啟動,2006年7月通過出廠驗收.自2007年1月系統投入試運行以來,一直保持穩定運行,為陜西電網安全,穩定,經濟運行發揮了巨大的作用.該系統首次在網,省調電網調度自動化系統采用惠普安騰服務器,并首次將EMS/WAMS系統進行一體化集成,通過三態數據的整合,提供涵蓋電網穩態,動態,暫態的全過程的實時監視及預警功能.主備調系統的一體化設計也是該