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焊接和热处理技术方案
焊接和热处理技术方案
第十章焊接和热处理技术方案
第一节工程概述及焊接施工特点
1工程概述
山东华能白杨河电厂扩建1#标工程新建1台HG-465/型超高压循环流化床锅炉，额定蒸发量465T/h，过热蒸汽压力，过热蒸汽温度540℃，给水温度245℃。
配国产535/535抽凝汽式汽轮机。
2工程焊接施工特点
依据我公司多年循环流化床锅炉和抽凝汽式汽轮机安装焊接的施工经验，我们认为此工程的焊接，热处理施工特点主要有：
A、锅炉本体及受热面管道、汽机四大管道及主要附属管道的焊接和热处理施工是本机组安装和质量控制的重点。
B、由于超高压循环流化床锅炉本身的独特要求，对锅炉密封焊接，锅炉钢结构、热旋风分离器等重要结构的焊接施工，提出更高要求。
这是本机组焊接施工的另一重点。
C、工程中的薄壁不锈钢小径管、保温用不锈钢勾钉及防磨板、热旋风分离器衬板等不锈钢材料的焊接应依据不锈钢的焊接特点，严格控制焊接工艺。
这是本机组焊接施工不容忽视的重要方面。
D．应用《ISO19001-2000质量体系要求》及《GB/焊接质量要求金属材料的熔化焊》进行施工管理，并应用焊接、热处理新技术是高效，高质量进行焊接和热处理施工的保证。
E．具有金属表面耐磨堆焊和热喷涂的施工和技术能力，以备机组耐磨施工需要。
3主要采用标准
焊接专业施工项目主要有锅炉受热面管道、锅炉本体范围及附属管道和锅炉钢结构、密封焊接等；焊接施工中将执行以下标准：
A、《电力建设施工及验收技术规范》（火力发电厂焊接篇）DL5007-92；
B、《火电施工质量检验及评定标准》（焊接篇）；
C、《电力建设施工及验收技术标准》（钢制承压管道对接焊接接头射线检
验篇）DL/T5069-1996；
D．《电力建设施工及验收技术规范》（管道焊接接头检验篇）DL/5048-95；
E、《钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级》GB3323-87；
F、《锅炉和钢制压力容器对接焊缝超声波探伤》JB1152-81；
G、《焊工技术考试规程》DL/T679-1999；
H、《钢筋焊接及验收规程》JGJ18-96
I、《铝母线焊接技术规程》DL/T754-2001
4焊接专业人员的配备
表1：
焊接专业人员配备
焊接专业技术负责人
焊接质量检查员
焊工
焊接热处理人员
2人
1人
40人
2人
5主要焊接机械的配置
表2：
主要焊接机械配置
序号
机械名称
机械型号
数量
备注
1
逆变直流式电焊机
ZX7-400S
60台
2
脉冲直流氩弧焊机
GTS-300
4台
3
CO2焊机
时代ZP7-500
4台
4
焊条烘干箱
YDH-150
2台
5
吸湿机
AHNB16mm
1台
6
电脑温控柜
WKG-240KW
2台
第二节焊接施工方案
1小径管焊接方案
对于循环流化床锅炉设备安装施焊中所涉及到直径小于65mm、壁厚不大于5mm的管子，采用全氩弧焊接工艺，如：
过热器管排、疏放水管、汽机油系统、取样等项目的焊接。
壁厚大于5毫米的管道及管件采用手工氩弧焊接封底，电弧焊盖面焊接工艺，如：
锅炉水冷壁管主要采用氩弧打底，电焊盖面。
表3中材质和规格借鉴以往类似工程,列举了主要涉及到的小径管材质、规格和焊接材料。
表3：
主要涉及到的小径管材质、规格和焊接材料小径管
序号
材质
规格
焊接材料
备注
1
20G
32X4,42X5,60X5
TIG-J50/J507
2
15CrMo
38X5
TIG-R30
3
12Cr1MoV
TIG-R31
4
T91
9CrMoV-N
5
TS304
ER308L
6
20G+15CrMo
38X5
TIG-J50
7
20G+12Cr1MoV
TIG-J50
8
15CrMo+12Cr1MoV
TIG-R30
9
12Cr1MoV+钢102
TIG-R31
11
T91+TS304
Inconel82
焊接时依据作业指导书规定工艺，调整合适焊接电流和氩气流量，采用‘短路引弧法’将母材加热形成熔池后，立即填加焊丝。
采用内填丝法（图一：
内填丝法）以保证根部焊缝质量。
焊接过程中尽量减少焊缝接头次数，熄弧填满熔池将电弧引向坡口边缘。
电焊盖面时对上一层焊缝质量进行确认（若发现缺陷彻底清除，禁用二次熔化法消除）并按工艺要求再进行次层的焊接。
采用‘提前送氩、滞后关氩’使熔池和接头在高温区域内受到保护；焊缝接头采用”热接头”法，并注意焊缝接头质量，以保证焊缝的优良品率。
图1：
内填丝焊法
锅炉密集排管如：
水冷壁、省煤器、过热器等（管间距小于等于30毫米）为减少焊接热量的输入不均而产生的附加应力，可采用‘双人对称’和‘分段’焊接法。
图2所示为水冷壁管排焊接示意图。
点固好后，当甲焊工焊接A侧1#管子时，乙焊工同时焊接B侧3#管子，各自焊完后，甲焊工焊接A侧3#管子，乙焊工同时焊接B侧1#管子。
照此类推，焊接其他管子。
同时应注意焊口层间温度不能太低。
图2：
水冷壁管排焊接示意图图
T91材料的焊接应当格外注意预热温度、层间温度、后热和焊后热处理工艺，同时需注意充氩保护。
必须采用低的线能量（<30KJ/cm），尽量采用氩弧焊，多层多道焊接，以提高焊缝冲击韧性。
由于循环流化床锅炉的特殊要求，炉室内水冷壁和过热器管排的焊缝表面应尽量光滑，因此焊缝余高尽量小（不大于），余高差尽量小（不大于，以便于打磨。
氩弧焊盖面层尽量采用摇摆焊法，以提高焊缝表面质量。
小径管焊接典型焊接工艺如表4所示：
表4：
小径管焊接典型焊接工艺
序号
材质
规格
坡口
焊接
方法
焊接电流（A）
焊接电压（V）
焊接速度（mm/min）
氩气流量（l/min）
预热温度（℃）
备注
1
20G
42X5
V型
TIG
100-120
10-12
38-46
8-12
2
20G
60X5
V型
TIG
100-120
10-12
26-32
10-12
SMAW
80-120
24-26
40-50
3
15CrMo
38X5
V型
TIG
90-120
12-15
39-50
8-12
100-250
4
12Cr1MoV
V型
TIG
90-120
12-15
39-50
8-12
150-300
5
T91
V型
TIG
90-115
9-11
60-80
10-15
150-300
6
20G+12Cr1MoV
V型
TIG
100-123
11-12
48-53
8-12
100-250
TIG-J50
7
12Cr1MoV+钢102
V型
TIG
102-121
11-12
43-49
8-12
200-300
TIG-R31
2中大径管焊接方案
对直径大于65mm，壁厚大于6mm的管子采用手工氩弧焊封底电弧焊盖面焊接工艺，如：
锅炉联络管、下降管、主蒸汽管道、高压给水管道等的焊接。
主要涉及到的中大径管材质、规格、焊接材料和预热温度如表5所示。
表5：
主要涉及到的中大小径管材质、规格和焊接材料小径管
序号
材质
规格
焊接材料
预热温度（℃）
备注
1
SA106-B
325X32
TIG-J50/J507
100-200
2
12Cr1MoV
159X14;273X28
TIG-R31/R317
200-300
3
III
TIG-J50/J507
4
20G
159X12
TIG-J50/J507
为减少焊接变形和接头缺陷，直径大于194mm的管子采取二人对称焊。
双人对称焊接应连续完成，避免因局部受热不均引起附加应力。
（如被迫中断应采取缓冷防裂措施，再次焊接采用原焊接工艺）
厚壁大管径应采用多层多道焊接工艺，要求氩弧焊封底的焊层厚度不小于3毫米，其它焊道的单层厚度不大于所用焊条直径加2毫米，焊道的摆动宽度不大于所用焊条直径的5倍。
中大径管典型焊接工艺如表6所示：
表6：
中大径管典型焊接工艺
序号
材质
规格
坡口
焊接方法
焊接电流（A）
焊接电压（V）
焊接速度（mm/min）
预热温度（℃）
备注
1
III
V型
TIG
100-120
10-12
41-51
SMAW
96-125
24-26
76-93
2
SA106-B
325X32
U型
TIG
100-120
10-12
41-51
100-200
SMAW
96-130
24-26
76-93
100-200
3
12Cr1MoV
159X14;273X28
V型
TIG
109-131
11-13
36-39
150-250
SMAW
80-96
26-29
63-70
200-300
4
20G
159X12
V型
TIG
100-120
12-15
39-50
SMAW
80-120
24-26
40-50
3不锈钢小径管的焊接方案
热工仪表管、取样管和油管道不锈钢小径管的焊接，由于壁薄容易烧穿、很难掌握熔透程度。
过高的温度还会引起奥氏体钢管内壁氧化层堆积和焊瘤产生使管子容易堵塞。
因此薄壁小径管材料的焊接主要采用高频引弧的低频率直流脉冲钨极氩弧焊工艺，而尽量不采用一般的钨极氩弧焊接工艺。
在焊接手法上尽量采用摇摆焊法，以获得良好的外观和氩气保护效果。
采用这种焊接工艺主要是考虑到奥氏体小径管薄壁材料焊接时对输入的精确控制要求过高（用较低的热输入获得较大和较均匀的溶深）同时避免热敏感性材料焊接时材料的高温停留时间太长，以减少材料焊接变形和由于高热输入而引起的晶间腐蚀等裂纹倾向。
图3所示高频引弧的低频率直流脉冲钨极氩弧焊接工艺的电流-时间曲线。
表7为高频引弧的低频率直流脉冲钨极氩弧焊接参考值。
图3：
高频引弧的低频率直流脉冲钨极氩弧焊接工艺的电流—时间曲线
表7：
高频引弧的低频率直流脉冲钨极氩弧焊接工艺的参考值
厚度
（mm）
电流（A）
持续时间（s）
脉冲频率
（Hz）
弧长
（mm）
焊速
（mm/min）
脉冲
基值
脉冲
基值
20-22
5-8
钢结构和锅炉密封的焊接工艺
钢结构的焊接将依据工程实际情况采用手工电弧焊或二氧化碳气体保护焊。
主要钢结构焊接施工项目有：
水冷壁鳍片对接密封焊接；热旋风分离器、省煤器护板组合焊接等。
防止锅炉压力部件的磨损，对于保持锅炉的长期可靠运行是十分重要的。
由于循环流化床锅炉燃烧大范围的底品位燃料，当炉膛内循环流动的燃料颗粒遇到不规则凸起时，将改变流动方向，造成磨损。
因此循环流化床锅炉对于炉室密封的焊接质量要求更为严格，不但要求炉膛内密封采用两面焊接，并且要求炉膛内侧打磨光滑。
为了减少打磨的工作量、保证炉膛内壁光滑和提高锅炉的使用寿命，依据工程实际情况可选用如下四种焊接方法：
有陶瓷衬垫的CO2焊接技术，无陶瓷衬垫的CO2焊接技术，药芯焊丝CO2焊接技术和手工电弧焊技术。
图4所示为有陶瓷衬垫的CO2气体保护焊示意图，由于有了陶瓷衬垫，降低了焊接施工难度，保证了底层熔透，提高了施工效率。
这种焊接方法主要用于膜式水冷壁鳍片的单面焊双面成型。
图4：
有陶瓷衬垫的CO2气体保护焊示意图
图5所示为无陶瓷衬垫的CO2气体保护焊示意图，这种焊接方法主要用于膜式水冷壁鳍片对接的双面焊接和热旋风分离器、空气预热器组合焊接及锅炉密封焊接等。
图5：
无陶瓷衬垫的CO2气体保护焊示意图
对于低合金耐热钢材料钢结构的焊接，可采用药芯焊丝CO2焊接技术。
如材质为12Cr1MoV、15CrMo的水冷壁鳍片焊接可采用GL-YR317、GL-YR307药芯焊丝。
表8为典型CO2气体保护焊焊接工艺参数：
表8:
CO2气体保护焊焊接工艺参数
序号
钢材材料和厚度
接头
型式
焊丝牌号和直径
焊接电流A
焊接电压V
焊接
速度cm/min
气体流量L/min
备注
1
20#6mm
V型对接有陶瓷衬垫
ER50-6
160-250
20
30-60
8-12
单面焊
2
20#6mm
V型对接无陶瓷衬垫
ER50-6
160-250
20
30-60
8-12
双面焊
3
20#6mm
角接
ER50-6
180-350
21-30
38-75
7-12
4
12Cr1MoV6mm
V型
对接
GL-YR317
150-230
20-25
30-40
10-12
药芯焊丝
5
15CrMo
V型
对接
GL-YR307
150-230
20-25
30-40
10-12
药芯焊丝
手工电弧焊主要用于包墙鳍片，省煤器护板，镶嵌块等的焊接和其他不宜采用半自动气体保护焊接的场合。
为了提高镶嵌块的焊接质量和便于焊后打磨，应严格控制组对质量。
下图6所示为焊口间镶嵌块的焊接示意图。
其中1-6为焊接次序。
图6：
焊口间镶嵌块的焊接示意图
锅炉密封焊接是循环流化床锅炉严密性的关键，对于图7所示的密封板、密封罩焊接采用无陶瓷衬垫的CO2焊和手工电弧焊相结合的焊接工艺。
为了保证焊缝质量，尽量采用低焊层厚度，焊接2遍的方法。
图7：
炉顶密封焊接示意图
图8所示为管排穿墙密封的结构，对于膨胀节、密封板、连接板、U型构件之间的密封焊接要尽量采用小焊接规范，注意降低焊接应力。
这些易漏部位的密封焊接，焊后应重点进行表面检查。
图8几种密封焊接示意图
5电气铝母线的焊接施工方案
本机组主变压器至发电机之间为封闭母线连接，厂用变压器至6KV厂用电之间为共箱母线，母线主要材质为LF21（3A21）。
表9所示为主要规格、接头型式。
表9：
铝母线主要规格
序号
名称
规格
接头型式
焊接方法
备注
1
主回路封闭母线
350X10
对接
MIG
2
主回路封闭母线外壳
850X6
搭接
TIG/MIG
3
分支回路封闭母线
150X10
对接
MIG
4
分支回路封闭母线外壳
650X5
搭接
TIG/MIG
5
槽型母线
2*（200X90X12）
对接
TIG/MIG
主回路封闭母线和分支回路封闭母线为管型母线，接头型式见图9所示，主要采用无衬垫的TIG和MIG焊接方法。
图9：
封闭母线的焊接示意图
主回路封闭母线外壳和分支回路封闭母线外壳的接头型式和焊缝位置见图9所示，主要采用MIG焊接方法。
图10：
母线外壳的焊接示意图
槽型母线的接头型式见图11所示,焊接前应制作铜垫板,以利于根部成型，主要采用有衬垫的MIG焊接方法。
图11：
槽型母线焊接示意图
由于铝母线对电导率的特殊要求，焊缝的余高应大于材料厚度的25%。
焊接施工和检验依照《铝母线焊接技术规程》DL/T754-2001进行。
主回路焊缝的射线检验比例为10%，其他为5%。
表10所示为TIG和MIG焊接方法的典型工艺参数
表10:
铝母线TIG、MIG焊接方法典型工艺参数
序号
材料和厚度
接头型式
焊丝牌号和直径
钨极直径mm
焊接电流A
送丝速度cm/min
气体流量L/min
焊接方法
备注
1
3A2110mm
V型对接
S311
180-240
无
10-20
TIG
2
3A215mm
V型对接
S311
无
110-120
800-1000
15-18
MIG
电压17-18V
3
3A2112mm
V型对接
S311
无
240-290
500-770
20-28
MIG
电压25-28V
6热处理施工方案
热处理施工中采用火焰加热和电加热，其中以电加热方法为主。
测温方法以焊接热电偶测温为主，辅以其他测温方式。
热处理加热器件的布置、热电偶的布置和温度监控借鉴了国内外的先进技术。
图12：
加热器安装示意图
热处理加热器件的布置：
热处理加热器件的布置主要考虑以焊缝为中心的热分布的对称控制机理，水平位置的焊口以焊缝为中心，左右各布置单独控温的加热器件，垂直位置的焊口以焊缝为中心，上下各布置单独控温的加热器件。
（图12：
加热器安装示意）对于中径管也可按管子规格安装不同尺寸、不同功率的加热器组。
热电偶的布置：
热电偶的布置反映了测温和控温机理，施工中将采用温度区间测量的方式，即进行热处理时，测温点应对称布置在焊缝中心两侧，且不得少于两点。
水平管道的测点应上下对称布置。
保证热处理的质量。
（图9：
热电偶布置示意图）
保温材料选用石棉布或硅酸铝陶瓷纤维棉，保温区的宽度以焊缝中心算每侧不小于壁厚的5倍，且超过加热器两侧150毫米。
保温厚度：
石棉保温3-4层，硅酸铝厚度不小于50毫米。
加热器、保温材料设置用玻璃纤维带和细铁线绑牢。
热处理参数的制定：
依据《DL5007-92规程（表6．0．4焊后热处理温度及恒温时间）》及相关标准和焊接工艺评定文件，制定热处理作业指导书，指导现场实际施工。
热处理过程中，升温、降温按250×25/壁厚（℃/h）计算，且不大于300℃/h，降温过程中温度在300℃以下可不控制。
热处理工艺要点：
热电偶采用焊偶仪焊接在管子焊缝中心外壁上，正负极间距离保持在6毫米以内；安装与管外径相同的加热器（加热器不能重叠）用铁线固定；测定通路情况、保温。
输入正确参数；运行程序进行自动控制。
热处理或焊接在冬、雨季施工时搭设防雨棚，并将管子端口封严以预防焊口在加热状态时因雨、雪、冷空气的侵袭所造成淬火脆裂现象。
并适当增加焊口热处理保温层厚度、宽度和热电偶监控点，以保证理想的能量输入。
对易产生的延迟裂纹的钢材，焊后应立即进行热处理，否则应作后热处理。
7耐磨堆焊和热喷涂技术
由于循环流化床锅炉内金属件的磨损较为突出，除了敷设耐火材料以外，另一方面的措施是进行耐磨堆焊和采用热喷涂技术。
耐磨堆焊材料、工艺及热喷涂工艺将依据材料和设计具体制定。
一般采用电弧焊堆焊碳化钨，超音速火焰喷涂WC-Co材料。
8焊口检验与试验
焊口的检验与试验主要依据《火电施工质量检验及评定标准焊接篇》及合同中规定的顾客提出的特殊检验要求。
由于循环流化床锅炉对于锅炉密封的特殊要求，对于锅炉密封焊接增加透油检验的范围和检验比例。
适当采用表面渗透检验。
9焊接、热处理施工技术管理
施工管理应用ISO19001-2000《质量体系要求》及GB/《焊接质量要求金属材料的熔化焊》进行施工管理，施工过程以微机为主要管理工具。
为保证质量体系的有效可靠运行，施工前编写专项质量计划，并应用各体系要素的控制程序。
与施工有关的所有信息将进入微机数据库，材料管理、人员管理、机械管理、施工进度、技术文件，将根据需要随时调阅，为精心组织施工提供详尽的技术资料。
10焊接材料管理
焊接材料执行JB/T3223-96《焊接材料质量管理规程》和并实行全过程的微机跟踪管理，也就是对焊接材料的采购、验收、入库、库存保管、出库、使用过程（包括回收）全过程的管理。
为保证焊接材料的使用性能，焊接材料要到公司指定的合格采购方进行采购。
每购买一批焊接材料，都要对此批焊接材料进行必要验收检验，合金焊接材料要进行光谱复检，根据有关的规范标准对焊接材料质量合格证所提供的数据是否齐全、并符合规定要求一进行核对。
及时把焊接材料的检查情况、合格证件、批号、购买日期、购买数量、规格、种类等信息输入到微机中，为以后质量跟踪做好准备。
现场储存的焊接材料不超过10t，随工程的使用情况及时向现场提供，保证现场正常使用。
焊接材料采取一级管理方式，每种焊接材料都要用标牌进行标识，合金材料与碳钢材料不能混放，焊材库采用钢结构移动式库房，焊材库房内配备加热器、除湿器和排风扇、焊条烘干箱、焊条恒温箱、焊条堆放架子等，以保证供应全施工现场使用合格的焊材。
对库房每天的温度、湿度进行监控并把监控数据记录到微机中。
焊接材料发放要由技术员根据焊工当天的工作量，所焊材料来填写焊接任务单，焊工凭任务单到焊材库领取焊接材料。
技术员要把每天的焊接任务单信息输入到微机中，便于焊接材料的跟踪管理。
焊接过程中由专职的焊接检查人员跟踪检查，发现问题及时纠正。
对于合金焊材、焊接后对焊缝进行光谱分析检查，核实焊缝与焊材是否一致。
焊接材料的回收工作就是对每天焊工用剩的焊接材料进行跟踪管理，对用剩的焊接材料应单独存放和标识，这样做是为了和其它新的焊接材料区分开来。
每天发放焊接材料时首先选用上次剩的焊接材料（并进行必要烘干），然后再用新的焊接材料。
这样能避免已开封的焊接材料存放时间过长，导致焊接材料质量下降。
11施工全过程的微机管理
焊接施工过程中的计算机应用：
焊接施工全过程微机管理，以项目经理部局域网形式进行内部信息的流动，焊接材料、焊工档案、技术文件、焊接施工记录、焊口委托检验等均成为数字信息在项目经理部局域网上流动，使信息资源共享。
焊接材料库房的温度，湿度数据采用微机自动监测。
12焊接工艺评定及焊工技术培训
a．焊接工艺评定
施工前依据本项目的焊接、热处理工程一览表和公司已完成的焊接工艺评定报告，当焊接工艺的重要因素和附加因素发生变化时，应进行新的焊接工艺评定试验。
并形成本项目的焊接工艺评定明细，以指导焊接、热处理施工。
b．焊工，热处理工资格和焊工技术培训
焊工具有锅炉和压力容器焊工资格证及电力系统焊工资格证，施工前进行部分项目的焊前模拟技术培训。
对于特殊施工项目，还将进行单项培训，如：
薄壁小径管低频率直流脉冲钨极氩弧焊工艺培训；药芯焊丝CO2气体保护焊工艺培训；氩弧焊摇摆焊法培训等。
13焊接质量目标及控制手段
依据工程实际情况和建设方的要求及公司质量目标，初步确定焊接专业质量目标：
承压受监焊口一次合格率大于95%。
主要应用统计技术（如P控制图，质量水平趋势图，缺陷排列图，因果图）为焊接质量评估和监测提供数据依据，控制焊接质量波动在合理范围内，消除异常波动。
第三节检验和试验
1主要检验、试验方案
为了使白杨河热电厂2×135MW扩建工程的安装及土建质量达到“达标投产”的质量目标。
中心试验室在项目总工的领导下，各职能部门的协调监督下，将配置优化、合理的资源并采用先进的检验、试验方法进行该工程的检验、试验工作，并对检验、试验全过程进行控制，整个检验、试验管理是有序的，详见“中心试验室管理网络图”。
做到检验、试验准确率100%；报告准确率100%。
探伤检验、试验
探伤室主要是对工程的安装焊口或部分厂家焊口及容器进行的无损检验。
其主要检验项目有：
射线检验、超声波检验、渗透检验、磁粉探伤、测厚检验等。
其中：
·对整个机组安装焊口和部分厂家焊口按规范要求采用超声波检验和射线检验，射线检验一般采用X光射线
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