專利名稱：超超臨界火電機組焊接sa335-p91/p92鋼的焊接工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種焊接工藝，尤其是超超臨界火電機組焊接SA335-P91/P92鋼的焊接工藝。屬于火電機組焊接技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著電力工業(yè)的發(fā)展和全球?qū)Νh(huán)境問題的日益關(guān)注，節(jié)約一次能源，加強環(huán)境保護，減少有害廢氣排放，降低地球溫室效應(yīng)，已引起國內(nèi)外的高度重視。提高火電機組的熱效率，采用超臨界、超超臨界機組是防止環(huán)境污染的有效途徑之一。資源節(jié)約型、環(huán)境友好型機組是火力發(fā)電設(shè)備的新趨勢。現(xiàn)有技術(shù)中，大型火力發(fā)電廠鍋爐機組參數(shù)的提高主要依賴新型鋼材。上世紀60年代時，國外有過提高機組參數(shù)的嘗試，但因鋼材結(jié)構(gòu)問題沒有成功，最后只好將參數(shù)退回到540°C左右這一典型參數(shù)。直到90年代，隨著P91/P92新型耐熱鋼的出現(xiàn)，機組參數(shù)的提高才成為可能。但這些新型耐熱鋼的出現(xiàn)，為焊接工作提出了新的焊接課題。目前，SA335-P91鋼焊接存在的問題如下(I)熱影響區(qū)淬硬組織的產(chǎn)生，由于P91鋼的臨界冷卻速度低，奧氏體穩(wěn)定性很大，冷卻時不易發(fā)生正常的珠光體轉(zhuǎn)變，從而冷卻到較低溫度時發(fā)生了馬氏體轉(zhuǎn)變，一方面，由于熱影響區(qū)的各種組織具有不同的密度、膨脹系數(shù)和不同的晶格形式，在加熱和冷卻過程中會伴有不同的體積膨脹和收縮；另一方面，由于焊接加熱具有不均勻和溫度高的特點，故而P91焊接接頭內(nèi)部應(yīng)力很大，由于P91的奧氏體十分穩(wěn)定，粗大的馬氏體組織脆而硬，接頭又處在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下；焊縫冷卻過程中氫由焊縫向近縫區(qū)擴散，氫的存在促使了馬氏體脆化，其綜合作用的結(jié)果，很容易在淬硬區(qū)產(chǎn)生冷裂紋。(2)熱影響區(qū)晶粒長大，焊接熱循環(huán)對焊接接頭熱影響區(qū)的晶粒長大有重大的影響，特別是緊鄰加熱溫度達到最高的熔合區(qū)，當冷卻速度較小時，在焊接熱影響區(qū)會出現(xiàn)粗大的塊狀鐵素體和碳化物組織，使鋼材的塑性明顯下降；冷卻速度大時，由于產(chǎn)生了粗大的馬氏體組織，也會使焊接接頭塑性下降；(3)軟化層的產(chǎn)生，P91鋼在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下焊接，熱影響區(qū)產(chǎn)生軟化層不可避免，而且比珠光體耐熱鋼的軟化更為嚴重。當用加熱和冷卻速度均較緩慢的規(guī)范時，軟化程度較大，另外，軟化層的寬度和它離熔合線的距離，不僅與焊接的加熱條件及特點有關(guān)，還與預(yù)熱、焊后熱處理等有關(guān)；(4)應(yīng)力腐蝕裂紋，P91鋼在焊后熱處理之前，冷卻溫度一般不低于100°C，如果在室溫下冷卻，而環(huán)境又比較潮濕時，容易出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕裂紋，在焊后熱處理之前必須冷卻至150°C以下，在工件較厚、有角焊縫存在及幾何尺寸不好的情況下，冷卻溫度不低于100°C。如果在室溫下冷卻，嚴禁潮濕，否則容易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋。
目前，SA335-P92鋼焊接存在如下問題⑴焊縫的韌性低于母材，P92鋼由于加入了 W元素，起到固溶強化的同時也犧牲了韌性，同時W也是形成5鐵素體的元素，焊縫中存在S鐵素體則會嚴重的影響焊縫的沖擊韌性。國外對P92、P122、E911、P91鋼(四種鋼材只有P91不含W)分別做了運行I萬小時的沖擊功試驗，發(fā)現(xiàn)這幾種鋼的沖擊功分別由原來的150、125、180、240降低到70、40、60、180。從以上數(shù)字可以看出，含W鋼的沖擊功在I萬小時內(nèi)下降顯著；因此，W元素對焊縫的沖擊功影響更為嚴重，另外焊縫是由溫度非常高的熔融狀態(tài)冷卻下來的鑄造結(jié)構(gòu)，它沒有機會經(jīng)過TMCP過程，晶粒得不到細化、微合金化元素也沒有充分析出，其韌性比母材差很多；(2)焊接裂紋敏感性比傳統(tǒng)的鐵素體耐熱鋼低；
(3)具有較明顯的時效傾向，P92鋼經(jīng)3000小時時效后，其韌性下降許多。P92鋼的沖擊功從時效前的220J左右降到了 70J左右，在3000小時時效后，沖擊功繼續(xù)下降的傾向不明顯，沖擊功將穩(wěn)定在時效3000小時的水平。 超臨界(SC)以及超超臨界(USC)高參數(shù)機組是其當前重點戰(zhàn)略發(fā)展方向，隨著更多的高參數(shù)發(fā)電機組的出現(xiàn)，SA335-P91和SA335-P92鋼新型鐵素體耐熱鋼的應(yīng)用將會越來越廣泛，及早掌握SA335-P91和SA335-P92鋼新型鐵素體耐熱鋼的焊接技術(shù)，確保機組設(shè)備建設(shè)、運行、檢修質(zhì)量，為廣東省企業(yè)的持續(xù)、安全、穩(wěn)定運營提供有力保障顯得非常迫切。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，是為了解決現(xiàn)有技術(shù)SA335-P91/P92鋼焊接存在的問題，提供一種能保證沖擊功達到410J的超超臨界火電機組焊接SA335-P91/P92鋼的焊接工藝。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案達到超超臨界火電機組焊接SA335-P91/P92鋼的焊接工藝，其特征在于包括焊前準備、焊接參數(shù)優(yōu)化和焊接工藝優(yōu)化三個方面，I)焊前準備選擇工件，采用手工電弧焊條作為焊接工件；設(shè)置焊道，將焊道設(shè)置成雙V形或U形坡口形狀，并對坡口的表面進行清理；進行對口裝配，將待焊接的管道放置于前述焊道內(nèi)，各段管道對口連接后墊置牢固，各管道對口的要求為錯口 0. I I. 0mm，間隙為3. 0 4. 0mm，鈍邊I. 5 2. Omm ;對大徑厚壁管，采用定位塊點固在坡口內(nèi)；2)焊接參數(shù)優(yōu)化選擇焊接電流，焊接電流的大小根據(jù)所選擇的母材厚度和焊材規(guī)格來確定，以確保焊接處不會因為電流太小而造成未熔合、未焊透或難以控制焊道成形、形成焊瘤的缺陷；選擇焊接速度，根據(jù)工件材質(zhì)和厚度、焊接電流和預(yù)熱溫度選擇焊接速度，使焊接處具備足夠的熔深和熔寬；3)焊接工藝優(yōu)化首先進行焊接前預(yù)熱，實施焊前對焊區(qū)進行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為200 250°C ；然后采用手工鎢極氬弧焊GTAW和手工電弧焊SMAW組合的焊接方法進行多層焊道焊接，層間溫度為200 300°C，多層焊道的參數(shù)如下層數(shù)為4 12層，各層的焊接電流為90 120A，電弧電壓為10 15V，焊接速度為45 165mm/min，焊接方法為手工鎢極氬弧焊GTAW或手工電弧焊SMAW。本發(fā)明的目的還可以通過以下技術(shù)方案達到本發(fā)明的一種技術(shù)改進方案是步驟3)中所述的多層焊道焊接，多層焊道的參數(shù)如下層數(shù)為8層，第I 2層電弧焊焊層，選用O 2. 4mm的焊條，采用直流電源正接法，焊接電流為90 120A，電弧電壓為10 15V，焊接速度為45 65mm/min，焊接方法為手工鎢極氬弧焊;第3層電弧焊焊層，選用0 2. 5mm的焊條，采用直流電源反接法，焊接電流為90 110A，電弧電壓為10 15V，焊接速度為100 130mm/min，焊接方法為手工電弧焊SMAW ;第4 8層電弧焊焊層，選用0 3. 2mm的焊條，采用直流電源反接法，焊接電流為90 110A，電弧電壓為10 15V，焊接速度為130 165mm/min，焊接方法為手工電弧焊SMAW。本發(fā)明的一種技術(shù)改進方案是步驟I)中所述的手工電弧焊條的材料可以為 Thermanit MTS 616 或 CHR0MET92。本發(fā)明的一種技術(shù)改進方案是步驟I)中所述的定位塊，其材質(zhì)可以選用Q235鋼或16Mn鋼。本發(fā)明的一種技術(shù)改進方案是針對步驟I)中所述的定位塊，當焊接到該定位塊時，除掉該定位塊，并將焊點用砂輪機打磨，然后用肉眼及低倍放大鏡觀察，確認無裂紋后才繼續(xù)施焊。本發(fā)明的一種技術(shù)改進方案是步驟3)中所述第I 2層電弧焊焊層的每層焊縫尺寸可以為4mmX2. 5謹。本發(fā)明的一種技術(shù)改進方案是步驟3)中所述第3層電弧焊焊層的焊縫尺寸可能為 BmmX 2. 5mm。本發(fā)明的一種技術(shù)改進方案是步驟3)中所述第4 8層電弧焊焊層的焊縫尺寸可以為8mmX2. 5 3mm。本發(fā)明具有如下突出的有益效果I、本發(fā)明在超超臨界火電機組焊接SA335-P91和P92鋼過程中采用“三小一多、薄而快”，即采用小規(guī)格焊條、小電流參數(shù)、小擺動、多層(道)焊接的焊接技術(shù)，能大幅度提高焊接一次合格率。2.本發(fā)明具有改進熱處理溫度輸入技術(shù)，確定預(yù)熱、層間溫度和提高了熱處理溫度的準確性的有益效果。通過試驗研究和現(xiàn)場焊接技術(shù)數(shù)據(jù)采集對比分析，本發(fā)明能夠應(yīng)用在大型火力發(fā)電機組焊接工作中，能夠有效解決了長期困擾大型火力發(fā)電機組安裝與檢修中的焊接質(zhì)量問題，提高了機組設(shè)備可靠性，取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。


圖I為本發(fā)明具體實施例I的坡口加工示意圖；圖2為本發(fā)明具體實施例I的Thermanit MTS 616熔敷金屬在740°C下回火后的金相組織示意圖；圖3為本發(fā)明具體實施例I的Thermanit MTS 616熔敷金屬在770°C下回火后的金相組織示意圖；圖4為本發(fā)明具體實施例I的回火溫度對Thermanit MTS 616硬度的影響示意圖；圖5為本發(fā)明具體實施例2的坡口加工示意圖；圖6為本發(fā)明具體實施例2的點固焊示意圖。
具體實施方式
具體實施例I :圖I-圖4構(gòu)成本發(fā)明的具體實施例I。參照圖I，本實施例包括焊前準備、焊接參數(shù)優(yōu)化和焊接工藝優(yōu)化三個方面，I)焊前準備選擇工件，采用手工電弧焊條作為焊接工件；
設(shè)置焊道，將焊道設(shè)置成雙V形坡口形狀，并對坡口的表面進行清理；進行對口裝配，將待焊接的管道放置于前述焊道內(nèi)，各段管道對口連接后墊置牢固，各管道對口的要求為錯口 0. I I. 0mm，間隙為3. 0 4. 0mm，鈍邊I. 5 2. Omm ;對大徑厚壁管，采用定位塊點固在坡口內(nèi)；2)焊接參數(shù)優(yōu)化選擇焊接電流，焊接電流的大小根據(jù)所選擇的母材厚度和焊材規(guī)格來確定，以確保焊接處不會因為電流太小而造成未熔合、未焊透或難以控制焊道成形、形成焊瘤的缺陷；選擇焊接速度，根據(jù)工件材質(zhì)和厚度、焊接電流和預(yù)熱溫度選擇焊接速度，使焊接處具備足夠的熔深和熔寬；3)焊接工藝優(yōu)化首先進行焊接前預(yù)熱，實施焊前對焊區(qū)進行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為200 250°C ； 然后采用手工鎢極氬弧焊GTAW和手工電弧焊SMAW組合的焊接方法進行多層焊道焊接，層間溫度為200 300°C，多層焊道的參數(shù)如下層數(shù)為4 12層，各層的焊接電流為90 120A，電弧電壓為10 15V，焊接速度為45 165mm/min，焊接方法為手工鎢極氬弧焊GTAW或手工電弧焊SMAW。本實施例中步驟3)中所述的多層焊道焊接，多層焊道的參數(shù)如下層數(shù)為8層，第I 2層電弧焊焊層,選用02. 4mm的焊條，采用直流電源正接法，焊接電流為90 120A，電弧電壓為10 15V，焊接速度為45 65mm/min，焊接方法為手工鎢極氬弧焊;第3層電弧焊焊層，選用02. 5mm的焊條，采用直流電源反接法，焊接電流為90 110A，電弧電壓為10 15V，焊接速度為100 130mm/min，焊接方法為手工電弧焊SMAW ;第4 8層電弧焊焊層，選用
03. 2mm的焊條，采用直流電源反接法，焊接電流為90 110A，電弧電壓為10 15V，焊接速度為130 165mm/min，焊接方法為手工電弧焊SMAW。采用手工電弧焊條作為焊接工件，材料為Thermanit MTS616 ；將焊條加工成雙V形，其坡口角度為70°，并對坡口表面進行清理；對口裝配將管道墊置牢固，管道對口錯口 0. I I. 0mm，間隙為3. 0 4. 0mm，鈍邊I. 5 2. 0mm，大徑厚壁管點固焊時，采用定位塊點固在坡口內(nèi)，其材質(zhì)選用Q235或16Mn鋼，當焊接到該定位塊時，除掉該定位塊，并將焊點用砂輪機打磨，然后用肉眼及低倍放大鏡觀察，確認無裂紋后才繼續(xù)施焊；填充焊接施焊前對焊區(qū)進行預(yù)熱，預(yù)熱可以提高焊速，因此可以減少熔池金屬在高溫下的停留時間或減少合金元素燒損，同時又增加熔池的攪拌熔合能力，利于氣體逸出，防止產(chǎn)生氣孔，還可以適當減小焊接電流，其預(yù)熱溫度為200 250°C，然后采用GTAW和SMAW組合的焊接方法進行多層焊道焊接，層間溫度為200 300°C，各層焊道的具體參數(shù)如下需要說明是GTAW指手工鎢極氬弧焊，SMAff指手工電弧焊，ThermaltMTS66和CHR0MET92是兩個常規(guī)的進口焊條品牌，是焊接SA335-P92鋼的一種焊條，Q235是國內(nèi)鋼材的牌號。參照圖2、圖3和圖4，Thermanit MTS 616熔敷金屬在740°C和770°C兩種溫度下回火后的金相組織相對比，Acl溫度低的熔敷金屬更容易在回火中喪失板條馬氏體的形貌；Acl高的焊縫金屬抗回火能力更強。第I 2層電弧焊焊層的每層焊縫尺寸為4mmX2. 5mm ;第3層電弧焊焊層的焊縫尺寸為6mmX2. 5mm ;第4 8層電弧焊焊層的焊縫尺寸為8mmX2. 5 3_。本實施例經(jīng)機械測試，沖擊韌性及各技術(shù)指標值都合格，如下表I和表6所示。表I :SA335_P91焊接工藝參數(shù)
權(quán)利要求
1.超超臨界火電機組焊接SA335-P91/P92鋼的焊接工藝，其特征是包括焊前準備、焊接參數(shù)優(yōu)化和焊接工藝優(yōu)化三個方面， 1)焊前準備 選擇工件，采用手工電弧焊條作為焊接工件； 設(shè)置焊道，將焊道設(shè)置成雙V形或U形坡口形狀，并對坡口的表面進行清理； 進行對口裝配，將待焊接的管道放置于前述焊道內(nèi)，各段管道對口連接后墊置牢固，各管道對口的要求為錯口 0. I I. Omm,間隙為3. 0 4. 0_，鈍邊I. 5 2. Omm ; 對大徑厚壁管，采用定位塊點固在坡口內(nèi)； 2)焊接參數(shù)優(yōu)化 選擇焊接電流，焊接電流的大小根據(jù)所選擇的母材厚度和焊材規(guī)格來確定，以確保焊接處不會因為電流太小而造成未熔合、未焊透或難以控制焊道成形、形成焊瘤的缺陷； 選擇焊接速度，根據(jù)工件材質(zhì)和厚度、焊接電流和預(yù)熱溫度選擇焊接速度，使焊接處具備足夠的熔深和熔寬； 3)焊接工藝優(yōu)化 首先進行焊接前預(yù)熱，實施焊前對焊區(qū)進行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為200 250°C ； 然后采用手工鎢極氬弧焊GTAW和手工電弧焊SMAW組合的焊接方法進行多層焊道焊接，層間溫度為200 300°C，多層焊道的參數(shù)如下層數(shù)為4 12層，各層的焊接電流為90 120A，電弧電壓為10 15V，焊接速度為45 165mm/min，焊接方法為手工鎢極氬弧焊GTAW或手工電弧焊SMAW。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超超臨界火電機組焊接SA335-P91/P92鋼的焊接工藝，其特征在于步驟3)中所述的多層焊道焊接，多層焊道的參數(shù)如下層數(shù)為8層，第I 2層電弧焊焊層，選用02. 4mm的焊條，采用直流電源正接法，焊接電流為90 120A，電弧電壓為10 15V，焊接速度為45 65mm/min，焊接方法為手工鎢極氬弧焊GTAW ;第3層電弧焊焊層，選用02. 5mm的焊條，采用直流電源反接法，焊接電流為90 110A，電弧電壓為10 15V，焊接速度為100 130mm/min，焊接方法為手工電弧焊SMAW ;第4 8層電弧焊焊層，選用03. 2mm的焊條，采用直流電源反接法，焊接電流為90 110A，電弧電壓為10 15V，焊接速度為130 165mm/min，焊接方法為手工電弧焊SMAW。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的超超臨界火電機組焊接SA335-P91/P92鋼的焊接工藝，其特征是步驟I)中所述的手工電弧焊條的材料為Thermanit MTS 616或CHR0MET92。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的超超臨界火電機組焊接SA335-P91/P92鋼的焊接工藝，其特征是步驟I)中所述的定位塊，其材質(zhì)選用Q235鋼或16Mn鋼。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的超超臨界火電機組焊接SA335-P91/P92鋼的焊接工藝，其特征是針對步驟I)中所述的定位塊，當焊接到該定位塊時，除掉該定位塊，并將焊點用砂輪機打磨，然后用肉眼及低倍放大鏡觀察，確認無裂紋后才繼續(xù)施焊。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的超超臨界火電機組焊接SA335-P91/P92鋼的焊接工藝，其特征是步驟3)中所述第I 2層電弧焊焊層的每層焊縫尺寸為4mmX2. 5mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的超超臨界火電機組焊接SA335-P91/P92鋼的焊接工藝，其特征是步驟3)中所述第3層電弧焊焊層的焊縫尺寸為6mmX2. 5mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的超超臨界火電機組焊接SA335-P91/P92鋼的焊接工藝，其特征是步驟3)中所述第4 8層電弧焊焊層的焊縫尺寸為8mmX2. 5 3mm
全文摘要
本發(fā)明涉及超超臨界火電機組焊接SA335-P91/P92鋼的焊接工藝，其特征是包括焊前準備、焊接參數(shù)優(yōu)化和焊接工藝優(yōu)化三個方面，選擇工件，采用手工電弧焊條作為焊接工件；設(shè)置焊道，將焊道設(shè)置成雙V形或U形坡口形狀，并對坡口的表面進行清理；進行對口裝配，將待焊接的管道放置于前述焊道內(nèi)，各段管道對口連接后墊置牢固，各管道對口的要求為錯口0.1～1.0mm，間隙為3.0～4.0mm，鈍邊1.5～2.0mm；對大徑厚壁管，采用定位塊點固在坡口內(nèi)；施焊前對焊區(qū)進行預(yù)熱，然后采用GTAW和SMAW組合的焊接方法進行多層焊道焊接。本發(fā)明采用小規(guī)格焊條、小電流參數(shù)、小擺動、多層焊道焊接的技術(shù)，提高焊縫沖擊韌性，可以大幅度提高焊接一次合格率。
文檔編號B23K9/095GK102615380SQ20121006305
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月10日
發(fā)明者方江濤 申請人:廣東省韶關(guān)粵江發(fā)電有限責任公司