浅谈超超临界机组焊接技术

摘要：焊接质量是反映超超临界机组安装水平的重要标志之一，焊接质量的好坏直接决定机组是否能够优质、高效的达标投产。本文以某电厂两台超超临界百万机组的安装工程为例，重点阐述了在超超临界机组安装过程中新材料的焊接技术要点。

关键词：超超临界机组焊接技术要点

中图分类号：P755.1文献标识码： A 文章编号：

1、引言

超超临界锅炉技术于20世纪90年代初在欧洲问世，是目前国际上处于前沿的燃煤发电技术，具有煤耗低、环保性能好、技术含量高的特点。随着我国把提高发电效率、加速发展洁净煤技术的超超临界机组作为我国可持续发展、节约能源、保护环境的重要措施，我国超超临界机组数量不断增加。

焊接质量是反应超超临界机组安装水平的重要指标之一，焊接质量的好坏直接决定机组是否能够优质、高效的达标投产，可以说焊接质量就是超超临界机组的质量核心。

2、电厂超超临界机组简介

电厂新建两台1000MW机组，机组过热蒸汽出口压27.56MP，过热蒸汽出口温度605℃。每台机组焊口约73000道，其中需镜面焊接的焊口就有1万余只，焊口集中，焊接空间狭小；水冷壁呈螺旋圈安装，焊口布置呈一定的角度，焊接、返修难度大，而且对变形的控制要求极为严格；采用众多新材料、新工艺，如T/P92、SUPER304H、HR3C等。

3、新材料的焊接技术要点

3.1T/P92钢的焊接技术要点

本工程大量采用了T/P92钢，如高温过热器、高温再热器及主蒸汽管道等。T/P92钢是一种新型耐热钢，由于其高温持久强度高，主要用在超超临界机组高温、高压管道，所以在超超临界机组焊接施工中，如何在施工现场准确控制T/P92全过程的焊接工艺参数是确保机组长期、稳定运行的关键。T/P92钢化学成分如下：

表1T/P92钢化学成分（Wt%）

C SiMnCr Mo VNbW NB S P

0.07- ≤0.30- 8.50- 0.30- 0.15-0.041.50- 0.03- 0.001-≤0.010.02

0.13 0.50 0.60 9.50 0.600.25 0.092.00 0.070.006 ≤0.010.02

T/P92型钢的焊接需要准确控制焊接线能量，在熔化良好的条件下不能采用过大的焊接电流，对厚壁管要求采用多层多道焊，焊层不应太厚，以便后焊道对前焊道产生良好的“回火”效应，焊接线能量应控制在20KJ/cm以内，焊道宽度不超过焊条直径的4倍，焊道厚度不超过焊条直径，宜控制在2.5～3mm以下。

根据焊接性试验可知，T/P92钢具有一定的冷裂倾向，稍有不慎，就可能产生不允许存在的危害性较大的缺陷。实际生产中，手工电弧焊焊前预热温度≥200℃，手工氩弧焊≥150℃的预热可以有效的防治焊接冷裂纹的产生。

T/P92钢对焊后热处理要求很高，尤其是大口径厚壁管。由于管壁厚，传统热处理技术很难保证内外壁温差在一个技术条件所给定温度之内。而P92钢对焊后热处理温度有很严格的要求，没有能够控制内外壁温差有效的技术手段，就很难保证P92钢的焊接接头尤其是内壁部分的冲击韧性在合格的范围之内。因此要求施工单位在热处理时采用新型感应加热设备，保证内外壁温度控制在20℃以内。同时要采用有效的消磁手段，防止磁化管道引起磁偏吹。

3.2SUPER304H钢的焊接技术要点

Super304H钢是由Sumitomo 金属工业研发，具有优良的抗蠕变断裂强度及抗腐蚀能力。该钢种是TP304H 钢的改进型，添加了3%的Cu 和0.45% 的Nb。通过弥散强化作用获得了极高的许用应力。但是合金元素的增加使得液体金属粘度变大，流动性变差，给焊接操作带来了困难；另外，由于个别管排的管子之间仅有10mm 多间隙，焊接位置困难，焊接时焊工注意力稍不集中就会产生未熔合缺陷。同时，不锈钢氧化膜耐高温，焊接过程中不易熔化，造成铁水围绕小块氧化膜流动，而冷却时熔合不好。而且氧化膜清理困难，铁工清理不干净，从而造成未熔合缺陷。Super304H:钢化学成分如下：

表2：Super304H:钢化学成分（Wt%）

规范 CMnSiPSCr NiCu NbN

ASME 0.07- ≤0.5 ≤0.3 ≤0.045≤0.03017.0-7.50- 2.5- 0.20- 0.05-

0.1319.0 10.503.50.600.12

奥氏体钢在焊接过程中有热裂倾向，因而应注意控制焊接热输入及层间温度。焊接电流和焊接电压是影响焊接质量的关键因素之一，选择要适当。经过摸索比较，打底电流为75～80A，而盖面电流为70～75A，这样有利于层间温度的控制，从而减少焊缝的氧化。薄壁小径管焊接过程，因热量不易散失，焊口温度容易升高，层间温度过高。因此我们采取尽可能快的焊接速度，每次温度降到100 ℃以后再进行焊接，这样既可以减少焊接接头在危险温度范围内的停留时间，又可以使焊缝外观呈现金黄色。

为防止高温区合金元素的氧化，在整个焊接过程中要进行背面充氩保护。采用管排整根充氩的方法，保护效果较好。由于氩气密度较大，所以应从焊口下部仰焊位置开始焊接。

3.3 HR3C钢的焊接技术要点

由于超超临界锅炉中的蒸汽条件极其恶劣，过热器、再热器上需要采用热强性和抗腐蚀性优良的钢管。考虑到苛刻蒸汽条件下，对抗氧化性和抗腐蚀性的要求，开发出用于过热器、再热器的新型奥氏体不锈钢管HR3C（25Cr-20Ni-Nb-N），可以应用于蒸汽条件为4500psi×1150℉的超超临界锅炉。本工程HR3C钢主要用在二级再热器管排中。HR3C钢化学成分如下：

表3：HR3C钢化学成分（Wt%）

规范C Mn SiP SCrNi NbN

ASME ≤0.10 ≤2.00≤1.50≤0.030 ≤0.03023.00-27.00 17.00-23.000.20-0.600.15-0.35

HR3C 的焊接性与应用于锅炉上的347H 不锈钢的焊接性相近。两种填充材料Inconel 625、Inconel 82的TIG焊接头的性能相当好。以Φ48.6x13.0mm的HR3C钢管焊接为例：焊接方法：GTAW；焊接工艺：根部—3 层150A×13V×12cm/min ；4—8 层（12 道）170A×14V×12cm/min；焊接材料：a）Inconel 82; b）Inconel 625；

4．结束语

以上为国内现有百万机组焊接主要采用的新材料、新工艺，正是由于事前对新材料、新工艺资料的收集及知识的学习，通过对新材料的学习制定相应的焊接技术及质量控制，使电厂#1机组焊口73208只，一次探伤合格率99.32%；#2机组焊口73368只，一次探伤合格率99.43%。两台超超临界机组水压试验、168小时试运均一次通过，优质、高效投入运营，工程质量达到国内电力建设工程领先水平。

随着我国火力发电的大力发展，超超临界机组数量不断增加，焊接质量作为超超临界机组安装水平的重要指标之一，在以后火电的发展中起着越来越重要的作用。在以后的工作中只有更好的掌握新的焊接材料和新的焊接工艺，才能确保火电机组的稳定运行及国家火电技术的飞速发展。