电厂之 陈雅斌——超超临界1000MW机组施工现场P92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 1Company 0 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 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 1Company 1 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 山东电力建设第一工程公司 ShandongElectricPowerConstructionNo 1Company 2 对口及焊前充氩对口前对管道坡口及附近母材进行表面探伤目的是监测坡口及附近母材表面有无细小裂纹及夹层缺陷 如发现细小裂纹及夹层等缺陷应先进行处理 伞形保温气室 在平顶山电厂 1机组安装焊接中 我们经过不断研究实践 自行设计制作了 伞形保温气室 对口前先放置在管子内部 热处理完毕后再从出口处通过预先放好的细钢丝绳将之拉出 气室采用铁板 保温棉 防火毯 钢丝绳组成 焊接过程即可起到密闭气室的作用还可以有效的进行内壁的保温 热处理过程能够减少内外壁温差 保证热处理效果 并且制作这种保温气室材料易找 制作简单 快速 山东电力建设第一工程公司 ShandongElectricPowerConstructionNo 1Company 图4 高过出口混合集箱活动充氩气室 山东电力建设第一工程公司 ShandongElectricPowerConstructionNo 1Company 3 预热及层间温度控制过高的预热温度和层间温度 对防止冷裂纹没有明显作用 相反还会因为在焊接热循环的共同作用下 使焊缝金属在高温下停留时间过长 晶粒长大变脆 致使焊缝金属韧性降低 这种现象在中径薄壁管P92焊口中体现的更加明显 因为中径薄壁管焊口如采用两名电焊工对称施焊 由于管径小而造成热量集中 焊缝因热循环升温快 而薄壁管冷源效果比大厚壁管差 降温较慢 导致长时间停留在层间温度上限 甚至很容易超过要求的层间温度 经统计 中径管P92焊口热处理后硬度要比大口径厚壁管P92焊口热处理后硬度普遍较高 就是这个原因造成 所以 P92钢的焊接 要求在保证不产生焊接冷裂纹的基础上 避免采用过高的预热温度 严格控制层间温度及焊接热输入量 以免焊缝冷却速度过慢 形成铁素体转变和碳化物析出强化 降低焊缝韧性 山东电力建设第一工程公司 ShandongElectricPowerConstructionNo 1Company 表2 大口径厚壁管与中径薄壁管P92焊口热处理后硬度比较 经过实践研究 我们将氩弧焊打底预热温度定在100 150 左右 最低不低于100 因为考虑到个别大厚壁管内外壁温差 将预热温度升至150 保温 待内壁温度超过100 时开始打底 氩弧焊打底层间温度控制在150 左右 并不超过200 对于焊条电弧焊 预热温度200 250 最低不低于180 山东电力建设第一工程公司 ShandongElectricPowerConstructionNo 1Company 4 打底氩弧焊打底是P92钢厚壁管焊口焊接的重点 如果焊缝根层存在超标缺陷 挖口和重新充氩返修非常困难 收弧接头的控制 为避免收弧裂纹产生 经过现场反复实践 我们在收弧时将熔池引向焊缝边缘 收弧必须对熔池进行回填 将熔池填满 每一道焊接结束后用磨光机完全清理掉收弧填充点 表3 氩弧焊打底焊接工艺参数 5G 山东电力建设第一工程公司 ShandongElectricPowerConstructionNo 1Company 5 焊条填充质量控制及缺陷分析控制好层间温度是保证焊缝优良组织性能的重要环节 控制焊接的热输入量 调整电流大小 焊接速度 焊道宽窄和焊层厚薄是控制层间温度的主要途径 在现场焊接中 经过反复的实践证明 不能够单纯的减小焊接电流 焊接电流过小 熔池铁水粘度大 流动性差 易造成未焊透 夹渣等工艺缺陷 焊接电流的控制应保证铁水流动性适当 熔池清晰 融合良好 在此前提下 提高焊接速度 减少焊层厚度 达到降低焊接热输入的目的 因此控制焊层厚度和宽度是控制焊接热输入的重要环节 在操作中简单来说就是多层 多道 薄层焊接 山东电力建设第一工程公司 ShandongElectricPowerConstructionNo 1Company 表4 焊条填充及盖面焊接工艺参数 5G 在电焊条填充过程中易出现的缺陷主要是弧坑裂纹 夹杂 未融等三种 1 弧坑裂纹 收弧点的控制同氩弧焊打底一样 弧坑熔池填满并略高于附近焊缝后将收弧点引向该道焊缝边缘位置 然后用磨光机将收弧填充点打磨平 山东电力建设第一工程公司 ShandongElectricPowerConstructionNo 1Company 图5 收弧操作不正确引起的收弧细小裂纹 图6 正确的焊缝收弧点示意图 山东电力建设第一工程公司 ShandongElectricPowerConstructionNo 1Company 2 夹渣 由于P92焊缝熔池粘度大 流动性差 如果在焊接过程中使用电流过小或者运条角度不对 坡口角度小 等使熔渣不能及时浮出就很容易造成夹渣缺陷 多层多道焊时 道间层间清理不干净也是造成夹渣的主要原因 对于夹渣的防治 我们严格清理母材坡口及附近表面的脏物及氧化渣 多层多道焊的道间层间必须彻底清理干净 每焊完一道就用钢丝刷清理焊缝 直至露出金属光泽 经检查合格后 方能焊接次道 焊接过程中应将每道焊缝接头错开10 15mm 同时尽量焊平以便于清除药皮 施焊中注意焊道布置 避免出现死角 熟练掌握焊条角度及运条技巧 选择合适的焊接电流 掌握好熔池温度 避免使用过小的电流 山东电力建设第一工程公司 ShandongElectricPowerConstructionNo 1Company 图7 焊口夹渣 山东电力建设第一工程公司 ShandongElectricPowerConstructionNo 1Company 3 未融合 因为P92钢焊接工艺要求采用较小的线能量 焊材融化后产生的铁水较粘稠 流动性差 所以手工焊容易产生未融合缺陷 未融合容易扩散为裂纹类缺陷 且层间未融合与裂纹类似 所以我们应严格控制 P92大口径焊口采用的是多层多道焊 所以合理进行焊道分部 防止坡口边缘出现死角 对避免未融合及夹渣缺陷的产生非常重要 另外各道焊缝接头要错开 不能在同一位置收弧 避免横向未融 山东电力建设第一工程公司 ShandongElectricPowerConstructionNo 1Company 图8 主蒸汽焊口层间未融合 图9 合理的焊道分部 山东电力建设第一工程公司 ShandongElectricPowerConstructionNo 1Company 6 焊接过程控制施焊中除要求强化工艺纪律 规范操作外 并全过程实行监控 以保证焊接质量 我们对过程的控制方法包括测温枪对预热及层间温度的测量控制 钳形表对焊接电流的监督控制 焊缝检测尺对层间厚度的监测控制等 图10 用钳形表对焊接电流监测控制 图11 钢板尺对焊层厚度进行监控 山东电力建设第一工程公司 ShandongElectricPowerConstructionNo 1Company 图12 测温枪对预热及层间温度监控 山东电力建设第一工程公司 ShandongElectricPowerConstructionNo 1Company 在整个施焊过程 每焊完一道就用钢丝刷清理焊缝 直至露出金属光泽 经自检和旁站检查人员确认后 方能焊接次道 焊接过程中应将每道焊缝接头错开10 15mm 同时尽量焊平以便于清除药皮 施焊中注意焊道间的交错和结合 避免出现死角 2G位置的横焊口应特别注意控制好焊道宽度和厚度 避免在最后一道焊缝出现死角产生夹渣或未融现象 5G位置的吊焊口应注意焊条摆到边缘母材位置时多停留一段时间 让焊缝与母材尽量融合防止夹渣及未融合 因为在施焊中 热电偶测量的是坡口外壁的温度 对于焊口开始阶段的焊接层间温度 热电偶并不能准确测量 所以在焊接表面位置几层焊缝之前 我们采用测温仪测量层间温度 并进行实时监控 山东电力建设第一工程公司 ShandongElectricPowerConstructionNo 1Company 为更好的控制质量 我们制定了 中大径焊口交接单 电焊工在交接班时用钢板尺测量焊缝厚度 填写表格记录 这样如有缺陷既方便查询责任人 并且能够起到控制层间厚度的作用 图13 预热温度通知牌 图14 中大径焊口焊接交接单 山东电力建设第一工程公司 ShandongElectricPowerConstructionNo 1Company 质量攻关小组对发现的问题及时分析 山东电力建设第一工程公司 ShandongElectricPowerConstructionNo 1Company 7 焊后热处理P92钢焊口焊后状态焊缝中的奥氏体不能完全转变为马氏体 所以不能焊后立即升温进行回火热处理 要求焊后冷却至Mf点以下即80 100 区间保温2 3小时 待马氏体转变完全后再升温进行最后的回火热处理 为保证大口径管道内外壁均温和恒温时间满足工艺要求 在P92钢大口径管道热处理时适当延长恒温时间 在现场操作中 一方面现场实际管件壁厚比评定时大得多 管道长度比评定时大 冷阱效应明显 内外壁温差和管径径向温度梯度都比较大 另一方面因为我们选择的是远红外履带式加热方法 受各种条件的限制所以保温时间选择上限 即3h 25mm 同时 在整个热处理过程 保温气室始终在管道内部 使焊缝内部形成一个密闭环境 对保证内壁热处理性能起到了很好的作用 山东电力建设第一工程公司 ShandongElectricPowerConstructionNo 1Company 图15 焊接热处理热循环 山东电力建设第一工程公司 ShandongElectricPowerConstructionNo 1Company 图16 热处理现场 图17 标准化的热处理机房 我们通过不断的改进 打造了标准化的热处理机房 一是通过集中布线的方式将热处理导线引导机房外部 热处理材料在机房外集中放置 保持机房内部清洁整齐 尽量避免环境因素对测温仪误差的影响 二是不断改进和细化热处理操作记录和交接班制度 一系列措施加强了对热处理过程的控制 确保了了热处理的质量 山东电力建设第一工程公司 ShandongElectricPowerConstructionNo 1Company 8 检查通过我们的努力 平顶山项目 1机组P92大口径焊口外观质量优良率100 所有P92大口径焊口热处理后进行了100 UT PT探伤 无损探伤一次合格率达到了99 5 热处理后经100 硬度检测 热处理硬度一次合格率达到95 7 对大口径厚壁管P92焊口进行20 的金相组织抽检 金相组织优良率100 山东电力建设第一工程公司 ShandongElectricPowerConstructionNo 1Company 图18 成型优良的P92焊口 图19 硬度检查 山东电力建设第一工程公司 ShandongElectricPowerConstructionNo