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华能玉环电厂主汽管道P92钢焊接质量控制 华能玉环电厂主汽管道P92钢焊接质量控制 陈平 （华能国际电力股份有限公司 北京市西城区复兴门南大街丙 100031） 摘 要：本文结合玉环电厂主汽管P92钢的焊接质量控制过程，对P92钢焊接参数的选择、焊接工艺评定以及焊接工作的组织和管理等工作进行了介绍，以提供给从事超超临界机组相同材料部件焊接的有关人员参考。 关键词：主汽管道 P92钢 焊接 质量控制 0 背景 华能玉环电厂是为配合国家引进超超临界机组技术、逐步实现国产化以及国家“863”重大科研项目“超超临界燃煤发电技术”的依托工程，其主蒸汽压力为26.25MPa，主蒸汽和再热蒸汽温度参数均为600℃。规划容量为四台百万千瓦级机组，一期工程建设两台，其中1号机组已于2004年11月1日开始钢结构吊装，两台机组预计分别于2007年8月30日和11月30日完成168小时试运，确保2007年投产。 由于机组的蒸汽温度参数比国内目前的超临界机组有很大程度的提高，多数锅炉和汽轮机关键部件的材料都出现了较大的变化，其中主汽管道及其旁路和疏水管道采用了ASME 335 P92和ASME 213 T92钢。尽管T/P92钢开发出来已经有20多年了，但在国内系首次应用，在国外的超超临界电厂中大规模应用的业绩也并不是太多。P92钢的持久强度较高，在600℃比目前常用的P91钢高30%左右，但作为厚壁部件的主蒸汽管道，焊接工作量大，焊接接头是影响机组运行安全的最薄弱环节，由于P92钢合金含量高，焊接上有较大的技术难度，容易出现接头冲击功低和长期运行中的IV型开裂早期失效，如果焊接质量得不到保证，P92的优势将不复存在，并对机组运行安全性带来威胁。而对P92钢的焊接工艺国内还没有研究。为了确保玉环电厂P92钢部件的制造和安装质量，华能国际电力股份公司决定对这些部件的生产和安装过程进行全过程监造，特别是对焊接质量的控制采取了一系列严格的措施。本文对这些情况进行了介绍，可为国内同类部件的制造和安装提供参考。 1 P92钢的化学成分和性能特点 P92钢是在P91（9Cr-1Mo-V-Nb-N）基础上添加W元素，适当减少Mo含量开发出来的、用于蒸汽温度在580～620℃的超超临界机组厚壁部件材料。P92钢的高温蠕变强度比P91高30％左右。ASME 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 规定的P92钢的化学成分见表1。 表1 ASME标准规定的P92化学成分（％） 元素 C Si Mn P S Ni Cr Mo wt% 0.07~0.13 ≤0.5 0.30~0.60 ≤0.02 ≤0.01 ≤0.40 8.5~9.5 0.3~0.6 元素 W V Nb Al B N wt% 1.5~2.0 0.15~0.25 0.040~0.090 ≤0.040 0.001~0.006 0.030~0.070 根据国外资料介绍，P92钢的组织性能及焊接具有以下特点： ​ P92钢是在P91钢基础上添加1.8％左右的W元素并降低Mo元素及添加微量B元素等开发出来的。其合金含量在10％以上，属高合金钢，焊接性在许多方面与P91有相似之处。P92在正火＋回火状态下使用，组织为回火马氏体。焊态下马氏体组织硬度高、韧性低。因此，必须注意防止焊接过程中及焊后热处理之前防止产生冷裂纹。焊前预热温度一般为200～250℃，根据国外的研究 经验 班主任工作经验交流宣传工作经验交流材料优秀班主任经验交流小学课改经验典型材料房地产总经理管理经验 ，预热150℃以上可完全防止产生冷裂纹。 ​ 研究表明P92钢与P91相比，由于W的加入虽然高温强度提高，但组织稳定性不如P91，特别是Laves相、Z相的析出和长大过程加速，使冲击功等力学性能的降低显著。对于焊接接头而言，由于冲击功比母材就低得多，如果在长期运行中进一步降低将对机组的安全性带来威胁，因此如何保证焊缝金属具有合适的冲击韧性将是焊接P92工作的一项重要内容。 ​ 高温运行中P92钢组织稳定性的降低也表明更需要加强对P92部件母材和焊接接头的金属监督工作。 ​ P92钢与其它铁素体/马氏体类耐热钢一样，其焊接接头在长期高温运行中在焊接热影响区中有 IV型开裂的现象，将可能导致其持久强度比母材降低20%左右。因此需要对焊接工艺进行优化、改善管系的应力分布、采取早期诊断措施等来减小IV型裂纹的风险。 2 P92钢的焊接材料 选择一种焊接工艺性能良好、焊缝金属性能优异的焊接材料是保证焊接接头性能的关键。为了配合P92的焊接，目前国外已经有数家焊材生产商开发了P92钢的焊接材料，其中包括：日本日铁－住金焊接产品公司生产的TIG焊焊丝Nittetsu YT616、电弧焊焊条Nittetsu N-616、埋弧焊焊丝/焊剂Y616/NB616；法国液化空气公司、奥林康公司生产的AL CHROMOCORD 92、SAFDRY CVD92焊条，埋弧焊丝/焊剂Safcore 292/Lexal F500、TIG焊丝Safcore TIG 92；德国伯乐－蒂森公司生产的Thermanit MTS 616/Marathon543；英国曼彻特公司生产的钨极氩弧焊及埋弧焊焊丝9CrWV、埋弧焊焊剂LA491 Flux、电焊条Chromet 92、药芯焊丝Supercore F92等。由生产厂家提供或由文献报道的各种P92焊材的熔敷金属的化学成分、相变点及焊缝金属性能分别见表2－表4所示。 表2 一些焊接材料的熔敷金属成分（％） 焊材牌号 C Si Mn Cr Mo Ni V W Nb N S P B Al Cu Thermanit MTS 616 0.11 0.2 0.6 8.8 0.5 0.7 0.2 1.6 0.05 0.5 / / / / / Chromet 92 0.11 0.25 0.6 9 0.45 0.6 0.2 1.7 0.05 0.05 0.01 0.01 0.003 ＜0.01 ＜0.05 9CrWV 0.11 0.3 0.7 9 0.45 0.5 0.2 1.7 0.06 0.05 0.01 0.01 0.003 ＜0.01 ＜0.05 SAFDRY CDV 92 0.19 0.3 1.1 9 0.5 0.45 0.25 1.7 0.07 0.05 0.07 0.01 / / / Nittetsu N616 0.086 0.036 1.53 8.85 0.49 0.58 0.30 1.62 0.05 0.041 0.003 0.006 / / / 从表2中可以看出，各种焊接材料的焊缝金属的强化元素与P92母材成分基本一致，在Mn、Ni含量上及杂质元素S、P、Al等上有所不同。 表3 部分P92焊接材料的熔敷金属相变点 牌号 AC1温度 AC3温度 SAFDRY CDV 92 795℃ 893℃ 9CrWV 814℃ Chromet 92 810℃ Thermanit MTS 616 765-775℃ Nittetsu N616 775℃ 表4 部分P92焊接材料的焊缝金属性能及推荐焊接 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 焊材牌号 焊后热处理 PWHT 屈服强度Rp0.2/MPa 抗拉强度Rm/MPa 延伸率A5/% 20℃冲击功AKV/J 焊接电流 焊条 Thermanit MTS 616 750～760℃/≥2hrs 560 720 15 41 Φ2.5mm：70～100A Φ3.2mm：90～140A Φ4.0mm：130～180A 氩弧焊丝 Thermanit MTS 616 750～760℃/≥2hrs 560 720 15 41 / 焊条 Chromet 92 760℃/2～4hrs 630 740 19 60 Φ2.5mm：70～110A Φ3.2mm：80～140A Φ4.0mm：100～180A TIG焊丝9CrWV 760℃/2～4hrs 700 800 19 220 Φ2.4mm：100A，12V 焊条 SAFDRY CDV 92 760℃/4hrs 610 760 20 70 Φ3.2mm：120 A Φ4.0mm：160A Φ5.0mm：210A 3 P92钢的焊接工艺 从表3可以看出，资料中提供的熔敷金属的AC1相变点有较大的差异，主要是Mn、Ni含量的不同引起的，这会对焊后热处理温度的选择产生影响。表4列出了一些P92焊材熔敷金属的力学性能和推荐热处理规范。 为了确定华能玉环电厂T92、P92钢的焊接工艺评定和培训 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，华能股份公司组织西安热工院、电力建设研究所、苏源电力装备有限公司、浙江火电公司、天津电建公司等单位的专家于2005年1月16日－19日在西安召开了华能玉环电厂P92钢焊接工作会议。会议首先确定了以西安热工院牵头、联合各有关单位进行P92钢焊接工艺评定的合作框架。 上述各单位事先均制定了各自的P92钢焊接工艺评定方案，会上与会代表对这些方案逐个进行了讨论，特别是就下列技术问题进行了详细的讨论： 3.1 焊接材料的选择 为了复核P92焊材熔敷金属的性能以及熟悉P92焊条的焊接工艺性能，首先由西安热工院对3种P92焊条进行焊接试验，并对获得的熔敷金属进行成分分析、力学性能试验、回火试验以及AC1点的测试、金相组织分析等，初步对P92的手工电弧焊条进行了评价。随后将进一步组织热工院、浙江火电建设公司、天津电建公司以及苏源电力装备公司参与对一些P92钢的TIG焊丝、SMAW焊条、SAW焊丝进行了全面的熔敷金属焊接试验，在此基础上根据焊接材料的工艺性能和力学性能选择最佳的焊接材料。 3.2 焊接工艺评定的验收指标 P92焊接工艺评定中的验收技术指标包括室温屈服强度、抗拉强度、断后延伸率、冲击功、金相组织和硬度等，根据国外资料的介绍以及熔敷金属试验的结果确定了验收的指标。 3.3 焊接的工艺参数 焊接工艺中的电流、电压等参数确定充分考虑了生产商提供的推荐参数、焊接材料的合金元素过渡方式、熔敷金属试验中获得的实际经验等。P92的焊接需要采用小的线能量进行焊接，但对手工电弧焊合金元素采用药皮过渡的方式需要适当提高热输入以保证W、Mo等难熔金属的充分熔化和均匀分布。 对于焊后热处理温度的选择需要考虑熔敷金属的AC1点、母材的AC1点以及母材的热处理温度以及现场热处理中能实现的控温精度等，通过理论分析和实际测试发现，部分焊接材料熔敷金属的AC1点与供应商提供的数据出入较大。 通过详细的讨论，最终确定了玉环电厂P92、T92钢的TIG＋SMAW工艺2G、6G位置以及埋弧自动焊1G＋5G位置的焊接工艺评定方案。 华能股份公司还拟邀请国内知名的焊接专家对上述焊接工艺评定方案进行评审，从而进一步保证方案的合理性。 4 P92焊接接头的长时力学性能研究 由于国内对P92钢没有使用经验，对于焊接接头在长期高温运行中的组织结构、力学性能的变化规律缺乏研究，为此会议还确定由西安热工院对P92焊接接头在模拟的服役环境下的长期力学性能、组织结构变化规律进行全面研究，从而为玉环电厂以及其它超超临界机组P92部件的金属监督提供技术支持。 5 P92钢焊接评定及施工中的质量控制 华能国际股份公司对玉环电厂P92钢的焊接工作非常重视，成立了以工程部经理为组长、各相关单位专家为成员的P92钢焊接工作领导小组，领导小组职责包括： 负责华能玉环电厂P92钢焊接工作全过程的组织和领导； 组织审定焊接工艺评定大纲和 实施细则 工程地质勘察监理实施细则公司办公室6S管理实施细则国家GSP实施细则房屋建筑工程监理实施细则大体积混凝土实施细则 ； 协调各参加单位的工作进度； 组织评审焊接工艺； 审查焊工培训的实施过程及结果； 组织对现场安装焊接接头的检查和验收。 焊接工艺评定和焊工培训工作分别由苏源电力装备有限公司、浙江火电公司、天津电建公司实施，西安热工院负责工艺评定和实施过程中的质量监督和验证试验，西安热工院和电力建设研究所对玉环电厂P92焊接施工进行全过程监造。 6 结束语 华能玉环电厂在国内首次采用P92钢，在焊接质量控制方面采取了大量措施，在工艺评定中采取了施工单位与研究院所联合进行的模式，集思广益、各取所长，既提高了工作的质量，也降低了试验的成本节省了时间，为工程进度顺利进行提供了保障。由于P92的焊接有较大的难度，只有从工艺评定到焊接施工中采取严格的措施才能确保安装的质量和机组安全可靠性。 参考文献： [1] Vallourec & Mannesmann Tubes, The T92/P92 Book. [2] H. Heuser et al, Properties of matching filler metals for E911(P911) and P92. [3] 英国曼彻特焊接材料公司，电力工业P92钢焊接材料工艺技术指南. 作者简介： 陈平（1948年12月出生），高工，1973年起石嘴山发电厂生计科金属监督专责工程师，1989年起电力部电力建设研究所焊接室探伤组组长，室副主任（主持工作），1995年起历任华能国际电力股份有限公司工程部综合处副处长、处长。