主蒸汽Y型三通现场热处理工艺

主蒸汽Y型三通现场热处理工艺

严永生  

重庆电力建设总公司

摘要： 本文通过对我公司承建的国电南宁电厂2×660MW新建工程主蒸汽Y型三通的现场热处理，总结出一套针对电厂管道异形焊接接头热处理工艺，解决了焊接接头异形端预热难、包口难以及控温难等一系列难题，可为以后的电力施工提供指导作用。

关键词： A335P91    Y型三通   焊后热处理

0 前言

国电南宁电厂新建工程是2×660MW机组超临界燃煤机组，锅炉采用东方锅炉厂生产的660MW超临界压力燃煤直流锅炉，单炉膛，对冲燃烧、一次中间再热、平衡通风、固态排渣、露天布置、全钢架悬吊结构P型锅炉。汽轮机为东方汽轮机厂生产的超临界、中间一次再热、三缸四排汽、单轴、双背压、凝汽式、8级回热汽轮机。主蒸汽管路中有一Y型结构三通（如下图所示），管道材质为A335P91钢，规格为φ427.02×， Y型三通为不规则六方体铸件，材质为SA217-C。管道焊缝1与六方体端面有、2与六方体端面有，三通周长最长为,最短为。焊接前需预热，焊接过程中需要严格控制层间温度，焊后需进行焊后热处理。

1 焊接性分析

A335P91钢属于马氏体耐热钢，SA217-C钢是美标铸件相当于F91，其主要化学成分见表1

表1. A335P91和SA217-C12A钢主要化学成分(质量分数%)

根据碳当量计算公式Ceq=C+Mn/6+( Cr+Mo + V)/5+( Ni + Cu)/15(%)计算可得：Ceq≈2.19%＞0.6%，焊接性差，焊接过程中容易产生冷裂纹和淬硬组织，焊接前需要预热，焊接过程中需要严格控制层间温度，焊后需在马氏体转变点Mf点（80~120℃）下恒温一段时间，然后进行焊后高温回火处理。

2 加热设备的选择

控制设备选用热处理柜机WDK-6240(240kW)一台；

加热器选用履带式加热器若干（规格见）；

测温选用铠装热电偶6支，以及远红外测温枪和便携式测温笔。

3 预热

预热温度200~300℃，详见热处理工艺卡，由于该焊口一端为异形三通结构，不适于电预热，故在三通侧采取火焰预热，保温材料包扎缓冷，管道端采取电加热，并控制预热温度。注意事项：预热的升温速度必须予以严格控制；焊接前用远红外测温枪和便携式测温笔测量坡口温度，以坡口温度为准。预热宽度应从对口中心开始，每侧不少于焊件厚度的四倍。

4 焊后后热处理工艺

4.1 功率计算

焊口规格为φ427.02×60.22mm；

根据经验公式焊口热处理功率=D×δ/645（D为管直径，δ为壁厚）≈40kW

 考虑到此两道焊口的实际情况，焊口另一端接Y型三通不规则六方体铸件，散热比较快，故需要加大加热功率，以保证焊接热处理质量，所以单个焊口选用功率为50KW。两道焊口同时处理时功率为100KW。

4.2 加热器选用和布置

加热宽度确定：D/δ=427.02/60.22=7.1＜7.5,加热宽度为≥4δ×2=。

4.2.2保温宽度确定:焊缝中心算起单侧2×加热宽度，不小于。保温宽度≥2×240×2=。

加热器的选用和布置要充分考虑焊口的实际情况和温度梯度，如图一所示：

在焊口管子端头布置履带加热器（40KW），加热器规格为650mm×350mm，4块，10KW/块。合计40KW。

三通部分周长最长为2490mm，最短为2040mm，由于起不规格且散热较快布置履带加热器（60KW）。加热器规格为800mm×200mm，4块，10KW/块，1000mm×200mm，2块，10KW/块。合计60KW。具体布置见图一：

4.3 热电偶选用和布置

采用K分度铠装热电偶，规格为Φ3×。安装时候用16号铅丝捆扎。使热电偶热端紧帖焊缝和管壁。

采用热电偶布置应该布置在有代表性的位置上，其中一支控温热电偶位于焊缝正中心，另一支控温热电偶位于与之对称的另一边，与焊缝边缘距离。具体位置见图一。

4.4 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。直立管上保温材料短而薄。（厚、薄为相对比较而言）

4.5 保温热处理工艺参数确定

升降温速度：

升降温速度=250×25÷壁厚（℃/h）=250×25÷60.22=103℃/h，（对于P91/T91，升降温速度不大于/h）。

升降温速度确定为为/h。（升温时，温度在300℃以下，可不控制升温速度；降温时，温度在300℃以下，可让其自然在静止空气中自然冷却）。

恒温时间

合金钢的热处理：δ=＞，每增加，保温时间增加为1.0小时,故恒温时间为7h。

恒温温度：

火力发电厂焊接热处理技术规程DL/T819-2010要求对于P91钢恒温温度为740～。公司工艺评定评定时间为750～770℃。综合规程和公司工艺评定，确定恒温温度为750～770℃。

4.6 焊接热处理工艺（曲线）流程图

图二：焊接热处理过程工艺流程图

5 焊后热处理后的金相和硬度检验

5.1 金相检验结果见下图三：

(一) 母材区 400X           (二) 热影响区 400X          (三) 焊缝区 400X

图三：焊接热处理完成后金相检验结果

由图中可以看出，母材，热影响区以及焊缝区均为马氏体组织。

5.2硬度检验结果如下表2，

表2:焊后热处理硬度检验结果

由表中检验结果符合DL/T869-2012以及T/P91工艺导则质量要求。

6 结论

  本文主要从应用方面介绍了我公司承建的国电南宁电厂2×660MW新建工程主蒸汽Y型三通的现场热处理实施情况，运行以来，一直未出现异常，证明了我们的工艺是切实可行的。此种异行焊口现场热处理在我公司还属于首次应用，可为以后电力施工提供指导性帮助。采取以上热处理工艺，主蒸汽Y型三通焊接接头经过无损检测、微观金相和硬度试验，各项指标均达到国家规程规范和设计质量要求。

同时建议：在设计此类异形焊接接头时，应该考虑现场安装施工，在配管厂进行热处理或者设计焊接接头时，使焊接接头与三通保留一定距离以满足现场焊接热处理的需要。