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1000MW超超临界燃煤发电机组

发布时间: 2020-02-11         点击:2024次        

1000MW超超临界燃煤发电机组

                                       P92钢超厚壁管焊接工艺研究

        

 
1. 概述
2.    P92钢的焊接性
3.    P92钢超厚壁管焊接工艺
4.    P92钢焊接工艺评定要求
5.    P92钢焊接及热处理工艺工艺流程
6.    P92钢焊接工艺评定实施
7.    恒温温度显示分析
8.    焊后质量检验及试验
9.    附录
 

 

1 概述
本次介绍的1000MW超超临界燃煤发电机组。锅炉采用上海锅炉厂有限责任公司生产的1000MW燃煤锅炉为超超临界参数直流塔式炉,锅炉出口蒸汽参数温度为605/603℃,压力不大于28.00MPa(a),对应汽机的入口参数27.0MPa(a)/600/600℃;汽机侧主蒸汽管道从过热器出口集箱的两侧接出四根,两两汇合成两根主蒸汽管道,两路主蒸汽管道在汽轮机机头接入主汽门,主蒸汽管道材质为P92钢,其中主管道规格为φ531×91mm,分管道规格为φ380×66mm。
P92钢是在P91钢中添加钨(1.7%W)和降低钼(0.5%Mo)而开发的新钢种,适用于蒸汽温度在580~620℃的超超临界机组厚壁部件材料,已在国内多个电厂中得到了应用,焊接工艺已基本成熟。在多个P92管道施工的基础上,国电焊接信息网2007年过3月在南京出台了《T/P92钢焊接指导性工艺》初稿。但随着P92钢管道壁厚的增加,主蒸汽管道由75mm增至91mm以上,焊接质量要求高与接热处理工艺相对落后的矛盾已趋明显,采用先进的设备和工艺已成了关键。
2 P92钢的焊接性
T/P92钢的标准化学成分和机械性能列入表1和表2。P92钢是在P91钢中添加钨(1.7%W)和降低钼(0.5%Mo)而开发的新钢种,因为钨可以显著提高钢材的高温蠕变断裂强度,P92钢工作温度比P91钢工作温度高,可以达到630℃。但是,钢中过量添加钨会促进δ—铁素体的形成,降低冲击韧性和蠕变断裂温度。
1 P92钢的化学成分

化学成分
C
Si
Mn
Cr
Ni
Mo
V
W
Nb
N
B
P92下限
0.07
/
0.30
8.5
/
0.30
0.15
1.5
0.04
0.03
0.001
P92上限
0.13
0.5
0.30
9.5
0.4
0.30
0.25
2.0
0.09
0.07
0.006

 
2 P92钢的机械性能

 材
屈服强度
抗拉强度
延伸率
标准
MPa
MPa
%
Akv(J)
P92
450
620
20
41

3 P92钢超厚壁管焊接工艺
焊接母材:φ531×91mm,实测为φn531×93mm。
焊接材料:焊丝MTS616 φ2.4 mm;焊条MTS616 φ2.5 mm、φ3.2 mm。
焊接工艺:GTAW+SMAW。                                                            
坡口型式:双V型对接,坡口示意图见右上图1。
焊接工艺参数:详见下表3。
3 焊接工艺参数表

焊层(道)
焊接方法
焊材规格
极性
焊接电流(A)
焊接电压(V)
焊接速度(mm/min)
1
GTAW
MTS616
正接
75-125
10-14
35-60
2(2)
SMAW
MTS616
反接
90-125
10-14
50-100
3-4(2)
SMAW
MTS616
反接
70-105
22-27
90-200
5~
SMAW
MTS616
反接
90-130
23-28
90-200

4 P92钢焊接工艺评定要求
焊接线能量不大于2000J/mm。
预热温度:GTAW为100℃~200℃、SMAW为200℃~250℃。
层间温度:150-250℃。
热处理温差:≤20℃。
拉伸试验:σb≥620Mpa。
冲击试验:Akv J/cm2
5 P92钢焊接及热处理工艺工艺流程
焊接坡口PT检验→#2、#4热电偶布置→对口、塞块焊接→预热热电偶、加热器布置→气室制作→氩弧焊前预热→氩弧焊打底→第二层氩弧焊焊接→电弧焊预热升温→电弧焊中间层焊接→焊接中间停顿消氢处理(根据施工情况)→盖面焊接→热电偶布置及热处理挷扎→焊后热处理→RT、UT及硬度检验→试件制备→试验→出具报告。
6 P92钢焊接工艺评定实施
6.1焊接准备工作
6.1.1 母材、焊材质量保证书检查确认,材料满足工艺评定使用要求。焊条按标准进行烘干、保温贮存。
6.1.2焊前清理:用角向磨光机等对坡口及其内外两侧各15~20mm范围内打磨干净,清除水、锈、漆及污垢等脏物,并露出金属光泽。坡口进行PT检查合格。
6.1.3 气室堵板制作完成。
6.1.4 焊机、热处理机调试完成;远红外测温仪、焊接检验尺、氩气表等计量合格。
6.1.5 焊接坡口尺寸测量检查完成。
6.1.6焊接环境要求:焊接时搭设防风防雨棚,并保证焊接地点光线充足,比如采用碘钨灯驱湿、提高环境温度,经实测焊接区温度为14-18℃、相对湿度为65-78%。
6.2 焊接对口
焊接对口塞块形状为锲形,材料采用低碳钢,在表面用MTS616焊条进行堆焊,堆焊厚度不小于4mm,塞块数量为4块,具体布置见下图2图3。

塞块茎

 

 

     
 
2                                         图3
 
 
 
 
 
6.3 气室制作
二端气室采用薄钢板,上端开出气孔,不端开进行孔,坡口部门采用高压铝铂胶带封堵,焊接时撕一段焊一段,当φ2.5mm焊条焊接完毕可除去气室。
6.4 预热、层间温度控制
焊前预热、层间温度控制、后热处理时加热选用远红外热处理机,上下各二片履带加热器,热电偶布置位置为上下6点、12点各2支,距离坡口边缘25mm,同时要保证热电偶测温点不得裸露。
预热温度及层间温度的测定,宜选用便携式测温仪器,接触式测温仪或远红处测温仪。测温方法:预热温度在坡口内测量;层间温度在起焊点前50mm处测量。
6.5 氩弧焊焊接
6.5.1 氩弧焊焊接时预热温度控制在100-150℃,层间温度控制在150-250℃。
6.5.2 焊前进行背部充氩保护,室内氩气纯度用打火机进行测试。
6.5.3 采用带高频引弧功能的焊机进行氩弧焊的焊接。
6.5.4 氩弧焊焊二层,第二层开绐分道,所的焊接接头再次焊接前必须进行打磨。
6.5.5 氩弧焊打底的焊层厚度控制在2.8~3.2mm范围内,经测量二层找底厚度为4.5-5mm
6.6 后热处理
后热处理是当焊接接头中间停顿时,应于焊后立即做加热温度为350℃,恒温时间为2小时的热处理
在手工电弧焊焊接过程中,我们设置了二次焊接停顿进行后热处理,后热处理完成后立即降至预热温度并进行恒温
6.7 中间层和盖面焊接
6.7.1 电弧焊焊接时预热温度控制在200-210℃,层间温度控制在200-250℃。
6.7.2 采用多层多道焊,焊道的厚度不得超过一个焊条(焊丝)直径;焊条的摆动宽度不得超过焊条直径的3倍。
6.7.3 施焊中注意焊道间的交错和结合,避免出现“死角”,并保持焊道平整。三道焊缝以上焊层的焊缝中间以有一“退火焊道”为宜,以利于改善焊缝金属组织和性能,焊缝表面层必须有“退火焊道”。焊道布置见图4。
6.7.4 加强层间清理,所有焊接接头在再次焊接前必须进行打磨。
6.8 热电偶布置
热电偶固定采用专用焊偶仪进行点焊,消除了热电偶与管件之间的温差,热电偶布置见右图5。总数量为10支(不包括热坝),其中二支为备用,为#1点和#4点。
管子表面热电偶有#1、#3、#5、#6、#7、#8,其中#6、#7、#8为等效温度点(S为一倍管壁厚度);内部热电偶有#2、#4,布置在离钝边8~10mm,在对口前点焊完毕
6.9 热坝、感应加热电缆布置
Preheat35热处理机在对P92钢焊后热处理时当温度升至730℃左右时温度将无法继续上升,存在着热坝现象。改进后的Preheat35热处理机目前是通过采用2×10KW二根绳状加热器来克服热坝现象,热坝热电偶需单独布置。开始时,绳状加热器捆扎在二侧(图6),但经过实践发现捆扎在焊缝二侧效果会更好(图7)。
热坝加热器绑扎完成后,然后进行保温棉和感应加热电缆的布置(图8),保温棉宽度为600 mm,感应加热电缆宽度为450 mm(15圈)。为了防止加热器在加热过程中脱落,因此在二端用保温棉进行包扎固定。
 
 
 
 
 
 
6                                图7                      图8
6.10 焊后热处理工艺

降温速度65℃/h

 
1 焊后热处理曲线图
80-100
750-770
时间
升温速度65℃/h
温度
焊后热处理温度控制见右图1,分成二个阶段。

 

第一阶段是焊接接头完成后冷却至80℃~100℃,
保持2小时后的完全马氏体化热处理;第二阶段是
恒温750-770℃的焊后热处理。
恒温温度:750-770℃;
恒温时间:7小时;
升降温速度:65℃/h。
7 恒温温度显示分析
检测用热电偶共有8支,恒温时热电偶温度显示见下表2。由表数据显示焊缝内外壁温差为9-10℃,外壁上下温差为9℃,最大温差为20℃;由#6、#7、#8热电偶温度可知,等效点无规律。
4 热电偶温度显示记录表
热电偶编号
#1
#2
#3
#4
#5
#6
#7
#8
温度(℃)
770
761
765
750
761
761
704
660
 
8、焊后质量检验及试验
8.1 观检验
焊缝符合DL/T869-2004《电力建设施工及验收技术规范》标准,表面无裂纹、夹渣、气孔、未熔合等缺陷,咬边深度≤0.5mm且长度不大于焊缝全长的10%,且不大于40mm,焊缝边缘与母材金属过渡圆滑。
8.2无损检验
焊缝经X射线探伤检查,射线用DL/T821-2002《钢制承压管道对接焊接接头射线检验技术规程》评定,Ⅱ级以上为合格。
8.3机械性能试验按DL/T868-2004《焊接工艺评定规程》规定进行取样和试验。
8.3.1拉伸试验:
    试样数量为2组,每组3片(分层取样),要求室温下焊缝材料抗拉强度σb≥620MPa。
8.3.2弯曲试验:
    侧弯试样数量4片,弯曲角度180°,弯轴直径D=4t(t为试样厚度),要求试样弯曲到规定角度后,每片拉伸面上在焊缝和热影响区内任何方向上都不得有长度超过3mm的开裂缺陷。
8.3.3 硬度检查:
    母材硬度HB值≤250;焊缝及其热影响区的HB值≤300。
8.3.4 宏观、微观金相检查:
焊缝及其熔合区宏观金相检查无裂纹、未熔合、未焊透及组织疏松等缺陷,微观检查无裂纹、过烧组织,组织特征为回火索氏体+少量马氏体。
8.3.5 冲击韧性
冲击韧性按V型缺口,标准试样尺寸55×10×10,要求冲击功≥41J/cm2
 
 
 
 
 
 
 
 
超厚壁P92钢管焊接方案补充
 
一、 P92焊接工艺评定流程
焊接坡口PT检验→#4热电偶布置→对口、塞块焊接→预热热电偶加热器布置→氩弧焊打底→第二层氩弧焊焊接→预热升温→电弧中间层焊接→焊接中间停顿消氢处理,消氢完成后保持焊接预热温度→盖面焊接→热电偶布置及热处理挷扎→焊后热处理→RT、UT及硬度检验→试件制备→试验→出具报告。
二、 焊道布置
氩弧焊焊二层,Φ2.5mm焊条焊二层,其余采用Φ3.2mm焊条焊接。
三、 热处理工艺选择
1)焊接预热、层间温度控制及消氢热处理设备采用远红外热处理机,焊后热处理设备采用Preheat35中频热处理机。
2)预热温度及层间温度的测定,宜选用便携式测温仪器,接触式测温仪或远红处测温仪。测温方法:预热温度在坡口内测量;层间温度在起焊点前50mm处测量。
3)GTAW预热温度控制在100℃~150℃,SMAW预热温度控制在200℃~210℃。
4)消氢热处理:当焊接接头中间停顿时,应于焊后立即做加热温度为350℃,恒温时间为2小时的后热处理。
四、 焊接工艺要求
1)采用带高频引弧功能的焊机进行氩弧焊的焊接。
2)采用同种材料制作塞块,也可以在其它低碳钢材料上堆焊P92焊材,但厚度不小于4mm,塞块点焊见下图1,数量根据需要。
3)采用多层多道焊,氩弧焊打底的焊层厚度控制在2.8~3.2mm范围内,焊道的厚度不得超过一个焊条(焊丝)直径;焊条的摆动宽度不得超过焊条直径的3倍。
4)施焊中注意焊道间的交错和结合,避免出现“死角”,并保持焊道平整。三道焊缝以上焊层的焊缝中间以有一“退火焊道”为宜,以利于改善焊缝金属组织和性能,焊缝表面层必须有“退火焊道”。焊道布置见图2。
2 焊道布置图
五、 热电偶布置
1) 热电偶布置详见图3。
2) 热电偶总数量为10支,其中二支为备用,为#1点和#4点。
3) 管子表面热电偶有#1、#3、#5、#6、#7、#8,其中#6、#7、#8为等效温度点(S为一倍管壁厚度);内部热电偶有#2、#4,布置在离钝边8~10mm
图纸记录点为#1、#3、#4和#5热电偶,其它热电偶为监控点。
 

 

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