超超临界机组主蒸汽管道P122钢的焊接工艺控制.docx
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超超临界机组主蒸汽管道P122钢的焊接工艺控制
超超临界机组主蒸汽管道P122钢的焊接工艺控制
刘万举,焦林生,Y-4,迎
（1.陕西国华锦界能源有限责任公司,陕西榆林719319;2.陕西电力科学研究院,陕西西安710054）
O引言
1000MW超超I临界机组是目前国内单机容量
最大,运行参数最高的燃煤发电机组,其主蒸汽压
力为27.56MPa.主蒸汽温度为605qC.为了满足高
温高压蒸汽的要求,锅炉末级过热器出口集箱及与
主蒸汽管道之间的导汽管选用了P122钢.规格为
D349x102mm.这种钢具有较高的热稳定性,但是
可焊性较差,如果采取的焊接工艺不佳.则很容易
产生裂纹.尤其是当机组运行100000h以后较易产
生微裂纹.因此,必须严格控制焊接工艺,才能保证
其焊接接头的使用性能,才能保证机组的安全运行.
1P122钢的性能特点
P122钢是在X20CrMoV121（F12）钢的基础上开
发出的第3代新型铁素体耐热钢.通过添]3132%的
W,0.07%Nb和1%Cu,增强了P122钢的固溶强化,弥
散强化和析出强化的效果,其综合性能有了相当大
的改进:
许用应力在590～650qC温度范围内与
TP347H奥氏体钢相当;耐腐蚀性能明显高于9%Cr
的铁素体钢;高温蠕变断裂强度~LP91钢高约25%～
30%;加入cu元素抑制了铁素体的形成.使铁素体的
含量不超过5%;铬含量不大于9%.使材料具有良好
的韧性.P122钢经过了正火及回火处理,其显微组
织为铁素体+回火马氏体,是国内火力发电厂首次
应用的一种新钢种
与P92和E911相比,P122钢用于超超I临界机组,
具有更高的抗蒸汽氧化性能,抗高温腐蚀性能以及
较稳定的高温强度.主蒸汽延伸段和末级过热器集
箱使用P122钢可以减薄其设计壁厚,降低整体重
量.降低成本.减小施工难度.减小管子内壁发生应
力腐蚀或晶问腐蚀的机率.
P122钢的化学成分和力学性能见表1,表2,其
对焊接接头的性能要求见表3.
表1P122钢的化学成分【%
化学成分CSiMnPSNiCr
含量%<0.50<0.70020<0.0l0<0.50l2.0,0500~
抗拉强度/MPa屈服强度/MPa延伸率/%平均硬度/HB
≥655≥296≥20≤250
表3P122钢对焊接接头的,I生能要求
2P122钢的焊接工艺控制
P122钢除了经过固溶强化和沉淀强化外,主要
收稿日期:
2007—11—12
作者简介:
刘万举（1971一）,男,黑龙江德都人,工程师,毕业于郑州工学院材料与科学系焊接工艺与设备专业,从事金属焊接管理及质量管理工作.
者工.1盘舵ll『一≥I=P一1_口）了r,一D—n},Dr,）口））=Dti））
通过微合金化,控制形变热处理及空冷获得了高密
度位错和高度细化的晶粒,从而使该钢在进一步强
化的同时其韧性也得到了显着提高.由于焊接过程
的冷却速度,晶粒及组织的变化无法与钢材加工的
精细程度相比,致使焊缝的性能比母材差,常温冲击
韧性低,焊接时其突出问题是焊缝性能劣化和焊缝
热影响区性能的劣化.如不采取正确合理的焊接工
艺,很容易产生焊接冷裂纹,焊缝韧性低,热影响区
软化及Ⅳ型裂纹,热裂纹和再热裂纹.为了保证焊
接接头具有良好的使用性能,在对P122钢的现场焊
接过程中,通过对焊接工艺,焊后热处理工艺和操作
手法的严格控制,保证了焊缝质量,焊缝的化学成分
和显微组织均符合标准要求.P122钢的焊接工艺控
制包括以下几方面.
2.1焊接方法
焊接操作对焊缝金属组织状态及晶粒度大小
有较大的影响.焊接时由两人对称焊接,焊接电流,
焊接速度保持一致,焊接过程中控制薄层多道焊的
码放及焊层厚度和宽度,建立"小线能量,快速连
弧,小摆幅,薄焊层,多层多道"的焊接手法,使后一
层焊缝对前一层焊缝产生回火效应,从而可以改善
优化P122钢焊缝和焊缝热影响区的性能.对于水平
固定钢管盖面层的焊道,至少需焊5道焊缝,中间应
有一道"退火焊道",以改善焊缝的金属组织和性
能.
2.2焊接材料的选用
根据母材的化学成分和力学性能特点,选择冲
击韧性高,性能优良,易操作的焊接材料TGS一
12CRS/CR一12S.焊缝金属化学成分应与所焊接的母
材基本一致,焊缝金属的组织与母材相当.表4示出
的是P122钢GTAW和SMAW焊接用填充金属的化学
成分
表4P122钢GTAW~nSMAW焊接用填充金属的化学成分
wt%
焊接方法csiMnPSCuNi
GTAW0.090.320.490.0100.0021.441.13
SMAW0.090.220.790.0060.0021.490.93
焊接方法crMowvNbN
（AW10.160.291.650.210.050.05
SMAW10.130.191.410.190.030.054
2.3预热措施
合适的预热温度对于减少焊缝冷裂纹,改善焊
缝韧性和焊缝热影响区性能的劣化很重要.P122钢
的氩弧焊预热温度和手工电弧焊预热温度分别为
150～200oC和200～250℃.所采用的预热方法为电加
热,预热前用储能焊机仔细点焊热电偶并检查其是
否牢固.认真绑扎加热器和保温棉,加热片和保温棉
的宽度必须满足要求.
为了严格控制预热温度,采用现场测温的方法,
热电偶测定的温度仅作为升温的依据.当温度升至设
定温度时,热处理人员用远红外测温仪沿着坡I51的根
部均匀测量（测4个点）并做好记录,图1为热处理人员
使用远红外测温仪进行现场预热温度检查.
热电偶的布置,加热器和保温棉绑扎工作在技
术负责人的指导监督下完成.热电偶数量不少于2
个,且对称分布于坡口两{~J25～35mm处.加热器长
度应达到要求,保温材料覆盖整个加热器,并空出焊
缝部位.水平管焊缝的保温材料下部厚一点,上部薄
一
点,以便温度均匀.
图1远红外测温仪现场测温
2.4充氩气保护
为防止P122钢根层焊缝金属氧化,氩弧焊打底
及填充第一层焊道时,在管子内壁充氩气保护,对I51
间隙用耐高温胶带粘贴.内充氩气方法如下:
（1）充氩保护范围以坡口中心为准,对I51前在每
侧各1000mm内贴上3～4层可溶纸,用耐高温胶带
粘牢,做成密封气室,进行层层保护.确保可溶纸粘
牢,然后用耐高温胶带纸沿着管径由下往上把坡口
问隙粘起来,在接头处留下一个小孔以便排空气,待
密封气室内的空气排净后方可施焊.采用打火机或
点燃小纸条的方法检查排气孔,如果火焰立即熄灭,
表明空气排净,可以进行施焊,否则继续等待直至空
气排净.
（2）充氩时,把充氩软管的端部从焊缝坡El处塞
人管道内进行充氩,焊缝坡El除留的排气孔外都用
耐高温胶带或者岩棉封严.开始的充氩流量可为
10～20Umin,在氩弧焊施焊开始后,流量应保持在
8～10Umin.在氩弧焊打底过程中,应经常检查气室
中氩气的充满程度,随时调节充氩流量.即氩弧焊封
1_ohn|cIEXchang弦》pp荸j一技术交流与应用
口时,应减小氩气流量.具体流量在实际施工中进行
调节.
2.5焊接线能量的控制
如果焊接线能量大.焊缝金属在高温（1100℃以
上）停留时间长,晶粒长大变脆,会导致焊缝韧性降
低,焊接热影响区软化乃至产生Ⅳ型裂纹.因此在
P122钢焊接时应尽可能采用小线能量以减少碳化
物的析出量和铁素体含量.防止马氏体晶粒长大.从
而提高焊缝的冲击韧性.从实践中得出,P122钢的
焊接线能量最好小于16kJ/cm.
焊层厚度和焊缝宽度是焊接线能量的直观反
应,焊接过程中.由专人进行旁站监督.每焊完一道
后对焊缝厚度和宽度进行测量.严格控制焊层厚度
在2.5～2.8nlln,焊缝宽度在7～10mm.使后焊道对前
焊道产生回火效应.通过严格控制焊层厚度和焊缝
宽度来减小焊接热输入量.提高焊缝韧性.
2.6焊接速度
由焊接线能量公式E=6OIU/V（公式中,为焊接电
流,劝焊接电压,为焊接速度）可以看出,当,,固
定时.提高焊接速度,减少焊层厚度和焊缝宽度,可
以降低线能量.在现场焊接中,在保证焊缝熔合良
好的情况下.通过提高焊接速度.从而减小熔池体
积,降低熔池温度来减小一次结晶的晶粒尺寸.
2.7层间温度的控制
过高的层问温度对防止冷裂纹没有意义.而且
还会因在焊接热循环的共同作用下.使焊缝金属在
高温（1100℃以上）停留时间长,晶粒长大变脆,致
使焊缝金属韧性降低.
P122钢的层问温度为200～250℃.焊接过程中
用远红外测温仪现场测温并做好记录,焊接工程师
监督检查.一旦有超温倾向,立刻停焊,等缓冷到
250℃以下后再进行焊接:
如果温度低于200℃,则
采取升温措施.温度升至200℃以上再进行焊接.
2.8层间清理
P122焊条的药皮薄,铁水黏,焊接时层间打磨
尤为重要.每焊完一层后都应进行仔细打磨,直到焊
缝表面露出金属光泽.打磨清除了焊渣,飞溅,同时
清除铁水凝固时浮到表层的氢,硫,磷等杂质以及细
小的熔渣.超声波检测证明,打磨对减小缺陷很有
效.所以实际操作中执行层问打磨清理工艺,可以明
显提高焊缝的内部质量.
2.9热处理温度及恒温时间的控制
P122钢焊缝的硬度在180～250HB之间时能保证
焊缝的使用性能.这对热处理提出了很高的要求:
P122钢的焊后热处理恒温温度为740～755℃.在恒
温过程中的最大温差不得超过15℃.恒温时间≥8
h.在管道热处理时,管子内部不得有穿堂风.外部临
时固定装置不允许拆除.配备独立的备用电源.保证
焊接过程中或热处理过程中发生异常情况断电时.
能够启用独立的备用电源.
赠
时间
图2P122钢焊接,热处理温度曲线
3施工要求
（1）工器具准备齐全,仪表仪器经计量检验合格
且在有效期.
（2）施焊区域设防风,防雨保温棚,不得进风漏
雨.
（3）焊材入库时必须认真检查质量保证书,批
号,数量,合金成分以及力学性能等,并进行光谱抽
查验收,严禁不合格的焊材入库.焊接材料使用前应
要求进行烘焙,施焊时.焊条应放人80～120℃的便
携式保温筒内,随用随取,并及时盖上保温筒盖.
4结语
P122钢是目前国内火电施工建设中首次应用
的新钢种.因此.在本次对1000MW超超临界机组
主蒸汽管道进行现场焊接前.从工艺,人员,设备到
环境上,都做了充分的准备,在焊接过程中,通过严
格控制预热温度,层间温度以及每层的焊缝宽度,厚
度.避免了焊接裂纹的产生,改善了焊缝韧性,减小
了热影响区软化及Ⅳ型裂纹.层间打磨出金属光泽.
有效地减少了焊接缺陷的产生,改善了焊缝内部质
量.焊后采用分区加热,严格控制马氏体低温转变时
间,热处理温度以及恒温时间等热处理工艺,得到良
好的微观组织:
焊缝硬度在195—235HB之间,符合
华能颁发的<<-re能电厂P91,P92钢焊接质量检验导
则》优良要求;焊缝成型优良,超声波探伤检验内部
质量合格.
（责任编辑韩小宁）
芰在吾立丑
一_生n;.,,誓■■■■■●—■_●II—__—墨
WeldingTechnologyControlofP122SteelinMain
SteamPipingofUltraSupercriticalUnits
LIUWan-ju,JIAOLin—sheng,WANGXiao—ying
（1.ShaanxiGuohuaJinjieEnergyCo.,Ltd.,Yulin719319,China;
2.ShaanxiE1ectricPowerResearchInstitute.Xi'an710054,China）
Abstract:
P122steelhashighthermalstability,canmeettherequirementsofhightemperatureandhighpressuresteamfor1000MW
ultrasupereritiealunits,buthaspoorweldability.ThecontrolmethodsofweldingtechnologyforP122steelinmainsteampipingof
ultrasupereritiealunitsareintroduced.Thepracticehasverifiedthatweldingqualityreachesrequirementswhenthefirstwelding,
weldmetalcompositionandmierostrueturemeasureduptothestandard,bystrictlycontrolforpostweldingheattreatmentprocess
andoperationtechnique.
Keywords:
ultrasupercritiealunits;P122steel;technology;control
陕西电网EM5/wAM5一休化系统,调度综合管理
系统顺利通过技验收
2008年3月6日,陕西电网电能量/电网实时动态监测（EMS/WAMS）--体化系统项目和陕西电网调度综合管理
系统项目顺利通过技术验收.验收委员会由国家电力调度中心,西北电力调度通信中心的领导以及中国电力科学
研究院,西安交通大学,兄弟省电力公司的专家组成.陕西省公司何晓英总工程师出席了会议.
验收委员会听取了项目组所作的研制报告,技术报告,测试报告,用户报告以及查新报告,并进行了应用现场
的检查演示.经过严格认真的审查讨论,一致认为陕西电网EMS/WAMS系统与陕西电网调度综合管理系统整体功
能完善,系统结构合理,整体处于国内先进水平,其中EMS,WAMS备调EMS系统三位一体化集成技术和调度综合数
据平台（PSIDP）与调度管理信息系统（0Ms）一体化,IEC61970CIM/XML模型的合并,拆分及交换技术均达到国内
领先水平,满足陕西电网科学调度的要求,为保证电网安全稳定运行打好基础,以上两个项目均通过技术验收.专
家们充分肯定了陕西电力调度中心近年来在调度自动化新技术开发应用方面取得的成绩.相信随着新系统的不断
深化应用,将进一步提高陕西电网生产运行管理的精细化和科学化,切实增强电网运行控制能力,使调度自动化技
术装备水平,电网调度管理水平迈上新台阶,为陕西数字电力这一信息化战略目标的实现发挥重要作用.
陕西电网电能量管理/电网实时动态监测（EMS/WAMS）--体化系统由省公司与南瑞科技合作建设,于2005年
10月启动,2006年7月通过出厂验收.自2007年1月系统投入试运行以来,一直保持稳定运行,为陕西电网安全,稳
定,经济运行发挥了巨大的作用.该系统首次在网,省调电网调度自动化系统采用惠普安腾服务器,并首次将EMS/
WAMS系统进行一体化集成,通过三态数据的整合,提供涵盖电网稳态,动态,暂态的全过程的实时监视及预警功
能.主备调系统的一体化设计也是该系统的一大特色,一体化集成实现了电网模型,图形,参数配置的统一进行,实
时数据,历史数据的自动同步,使备调系统在功能,性能及数据规模上与主调系统保持一致.数据通道采用
IEC60870—104厂站直采和以实时数据交换平台备调节点转发的双通道方式,使备调系统的运行维护的及时性和实
用性得到了很大的提高,可有效保证在不可控制灾难发生时,调度系统的不中断运行,最大限度地避免对电网调度
安全生产的影响.
陕西电网调度综合管理系统是将综合数据平台与调度管理信息系统软硬件集成,形成一体化的电网调度综合
管理系统,应用OLAP分析和发布,CIM应用软件,工作流引擎,J2EE中问件,E语言工具形成了调度数据流,业务流的
科学管理,全面提升了陕西电网调度运行管理的信息化水平.该系统首次采用惠普安腾小型机与惠普集群刀片服
务器混合硬件平台以及基于J2EE技术的软件开发集成平台,遵循IEC61970标准构建陕西电网全局数据模型,实现
电网数据,图形及模型的一体化存储和服务;支持IEC61970CIM/XMI~型的扩充,合并,拆分及交换;支持对象的生
命周期管理;采用多维分析技术,对海量历史数据分析并展示,实现了陕西电网运行信息管理技术的应用由简单生
产运行统计向管理综合分析的延伸,从各个单一系统的应用向网络化,整体性,综合性应用发展,从而全面提升了
陕西电网运行管理的信息化水平,能够更好地为陕西电网调度生产与管理服务.
（信息来源:
中国电力信息网）
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