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水壓試驗主蒸汽堵板焊接工藝探討

2018-07-24

在水壓試驗前期,主蒸汽管道出口兩只堵板需要焊接。主蒸汽管道出口規格為Φ483mm×70mm,此堵板焊縫兩側母材分別為SA335 -P91+20G,為異種鋼焊接。由于焊件兩側材質差別很大,采用哪種焊接工藝能保證焊縫質量,同時能滿足水壓試驗1.25倍超壓試驗的要求,對焊接提出新的難題。本文根據鋼材性能和異種鋼焊接技術規程,提出了精確的焊接工藝,解決了上述的焊接工藝問題,為今后該類焊口焊接提供了有力依據。
1 引 言
超臨界以上火力發電機組鍋爐側主蒸汽出口材質均為SA335-P91,在水壓試驗前一種情況增加水壓堵閥,這種做法成本很高;另外一種做法是焊接水壓堵板,這種做法成本低,一般選擇低合金鋼或碳素鋼的堵板,例如12Cr1MoVG、15CrMoG、20G等。但這種做法給施工單位帶來了焊接困難的問題。
大唐淮北發電廠虎山項目2×660MW機組建筑安裝工程#1機組水壓前,主蒸汽管道出口兩只堵板焊接。主蒸汽管道出口規格為Φ483mm ×70mm, 此堵板焊縫兩側母材為P91+20G。P91 為BⅢ類馬氏體型熱強鋼,20G為AⅠ類碳素鋼, 級別相差5個等級,在DL/T752-2010《火力發電廠異種鋼焊接技術規程》中從焊接工藝評定到焊接材料沒有相對應的選擇依據,只是在6.3中提到異種鋼接頭兩側的材料的合金成分差異較大時,可采取堆焊過渡層的方法來減小接頭部分材料合金的成分差,在低成分一側堆焊一種中間成分的材料,形成過渡層[1]。根據這個思路確定采用堆焊過渡層的工藝進行焊接。
2 SA335-P91+20G工藝介紹
2.1 焊材選用 選擇常用的火力發電廠使用的焊材,該工藝選擇4種焊材,分別是E9018-B9、R407、R307、J507。
2.2 焊接工藝
2.2.1 焊接工藝 采用焊條電弧焊的方法進行焊接。
2.2.2 焊前預熱 由于SA335-P91鋼焊接時易產生冷裂紋,為防止產生冷裂紋,焊前必須進行預熱。而材質為20G堵板最厚處達到70mm,因此也要進行預熱,預熱溫度均為:200~250℃。預熱時間越長越好,可以充分的使焊縫兩側的母材預熱均勻,一般在5小時以上。
2.2.3 焊口點固 焊口施焊前應采用P91鋼材質的點固塊點固于焊口坡口內側,點固數量為三個位置點固,點固塊等距離地布置于坡口圓周內側,待預熱結束并焊接到“定位塊”時,應除去點固塊,但除去點固塊時,不得損傷母材,并將其殘留焊疤清除干凈[2]。
2.2.4 過渡層焊接 采用兩人對稱焊、多層多道焊,并將各層的接頭錯10~15mm,且多層多道焊縫焊接時,各層道進行檢查,合格后進行焊接次層道。每層焊道焊接厚度不超過焊條直徑的1.5倍。
(1)過渡層第1層(E9018-B9層):采用E9018-B9Ф4.0mm焊接。水壓結束后,為了割除堵頭時,不傷及母材,至少焊接2層,焊接厚度應>10mm。焊縫寬度應≥110mm。
(2)過渡層第2層(R407層):在第1層焊接結束后,才能焊接第2層。采用R407 Ф4.0mm 焊接。至少焊接兩層,焊縫厚度>10mm,焊縫寬度應≥105mm。
(3)過渡層第3層(R307層):在第2層焊接結束后,才能焊接第3層。采用R307Ф4.0mm 焊接。焊接1層,焊縫厚度5mm,焊縫寬度應≥100mm。施焊過程中,層間溫度控制在200~350℃。
2.2.5 碳鋼層焊接 使用J507Ф4.0mm焊接,直至焊接結束。
2.2.6 焊后熱處理 焊縫整體焊接完畢后,冷卻到100~120℃,恒溫1h,進行馬氏體轉變后再進行焊后熱處理。熱處理過程中升溫、降溫速度控制在60℃/h,加熱溫度為650±10℃。恒溫時間依據1h/25mm計算,但應≥4h。該規格焊口恒溫溫度為4小時。選用4組10kW加熱器分區控溫,降溫過程中,溫度在300℃以下可不控制[3]。
焊后熱處理時加熱、測溫點及保溫層布置如圖3所示,焊縫處焊縫為梯子焊縫,加熱器采用繩型陶瓷加熱器,其他位置用片狀陶瓷加熱器。
3 無損檢測
熱處理結束后,對焊縫及焊縫兩側各100mm 處進行打磨光滑,對焊縫進行磁粉檢測,檢測合格后,進行下一道工序。
4 結束語
通過合理的選用焊材,焊材材質層層遞減,滿足異種鋼焊接要求。在后續水壓試驗中,該焊口承受了31.75MPa的試驗(工作壓力為25.4MPa)。 說明采用該工藝進行焊材成分差距比較大的異種鋼焊接是成功的。

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