超(超)臨界鍋爐用新型耐熱鋼的焊接及熱處理

1、1,超（超）臨界鍋爐用新型耐熱鋼的焊接及熱處理中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì) 楊 富 二○○六年十一月,2,提要：　　　　帶來(lái)的問(wèn)題　　　　　中國(guó)選擇的解決辦法發(fā)展火電　　　　環(huán)?！　　　　　　〕?超)　　　　　主要技術(shù)難題臨界機(jī)組　　　　材料、焊接及熱處理技術(shù),,,,3,1、引言 中國(guó)電力工業(yè)的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀 年代 裝機(jī)容量 1949年末

2、 184.86萬(wàn)千瓦 1980年 6500萬(wàn)千瓦 1987年 1億千瓦 1995年 2億千瓦 2000年 3億千瓦 2004年 4.4億千瓦 2005年

3、 5.17億千瓦,4,★2005年發(fā)電量達(dá)24747億千瓦時(shí)。其中火電24975億千瓦時(shí)，水電3952億千瓦時(shí)，核電523億千瓦時(shí)。 全國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量和全年發(fā)電量均居世界第二位。 但是我國(guó)年人均用電量為1894.17千瓦時(shí)，相當(dāng)于美國(guó)的1/7，日本的1/4，韓國(guó)的1/3。年人均生活用電量?jī)H為217千瓦時(shí),相當(dāng)于美國(guó)的1/20，日本1/10。 因此發(fā)展仍然是電力工業(yè)首要的和長(zhǎng)期的任務(wù)。,

4、5,截止2005年底火電裝機(jī)100MW~199MW燃煤火電機(jī)組 447臺(tái)200MW~299MW燃煤火電機(jī)組 225臺(tái)300MW~399MW燃煤火電機(jī)組 339臺(tái)（含超臨界300MW×4）500MW~900MW燃煤火電機(jī)組 83臺(tái)（含超臨界 500MW×4，600MW×10，800MW×2，900MW×2）全國(guó)裝機(jī)容量超過(guò)1000MW電廠130座，其中火電104座，水電22座

5、，核電4座,6,★2020年全社會(huì)用電達(dá)到45000～52000億千瓦時(shí)左右,需要裝機(jī)11億千瓦左右。 我國(guó)電力發(fā)展的基本方針是:提高能源效率，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)，大力開(kāi)發(fā)水電，優(yōu)化發(fā)展煤電，積極發(fā)展核電，適度發(fā)展天然氣發(fā)電，鼓勵(lì)新能源發(fā)電。 我國(guó)能源以煤碳為主，所以我國(guó)的能源發(fā)展政策是煤為主體，電為中心，保障社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。優(yōu)化發(fā)展煤電，主要是提高燃煤發(fā)電機(jī)組的效率和減少污染物的排放。,7,發(fā)展燃煤發(fā)電機(jī)

6、組，必然帶來(lái)巨大的環(huán)境壓力，煙氣排放中會(huì)有更多的SOx、 Nox和CO2，并排出大量的灰渣和污水。 2005年我國(guó)煤炭年產(chǎn)量為21.9億噸，但火力發(fā)電用煤約占全國(guó)煤炭總產(chǎn)量的50%，燃煤發(fā)電 產(chǎn)生的灰渣約占全國(guó)灰渣的70%、煙塵排放約占全國(guó)工業(yè)排放的33%、二氧化硫排放約占全國(guó)工業(yè)排放的56%。 優(yōu)化發(fā)展煤電，提高火電機(jī)組效率、減少污染的潔凈煤發(fā)電技術(shù)有：循環(huán)流化床（CFBC）、增壓流化床（PFB

7、C）、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）及超臨界（SC）與超超臨界（USC）。,8,但是，CFBC、PFBC、IGCC等技術(shù) 處于試驗(yàn)或示范階段，在我國(guó)近期廣泛 發(fā)展是不現(xiàn)實(shí)的。 從技術(shù)難度和現(xiàn)實(shí)性看，SC和USC配以常規(guī)的煙氣凈化裝置已公認(rèn)是一種潔凈煤發(fā)電技術(shù)，是優(yōu)化煤電結(jié)構(gòu)的主要方向。符合當(dāng)前中國(guó)的實(shí)際情況。,9,亞臨界火電機(jī)組蒸汽參數(shù)： P=16~19MPa，T= 538℃/ 538℃或T= 540℃/ 54

8、0℃。 當(dāng)蒸汽參數(shù)超過(guò)水臨界狀態(tài)點(diǎn)的參數(shù) （P=22.129MPa，T=374.12℃），統(tǒng)稱(chēng)為超臨界機(jī)組，（Supercritical）以（SC）表示。一般超臨界機(jī)組的蒸汽壓力為24~26MPa，其典型參數(shù)：P=24.1 MPa、538℃/ 538℃；我國(guó)正在建造的600MW超臨界機(jī)組的參數(shù)為：P=25.4MPa、 538℃/ 566℃；或 P=25.4MPa、 566℃/ 566℃。,10,超超臨界機(jī)組實(shí)際上是在超

9、臨界機(jī)組參數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高蒸汽壓力和溫度，國(guó)際上通常把主蒸汽壓力在24.1~31MPa、主蒸汽/再熱蒸汽溫度為580℃~600 ℃/ 580℃ ~ 610℃機(jī)組定義為高效超臨界機(jī)組，即通常所說(shuō)的超超臨界（USC）機(jī)組。 國(guó)內(nèi)正在建設(shè)的超超臨界機(jī)組（USC）的主蒸汽P= 25~26.5MPa、T= 600℃ / 600℃。,11,2010年前預(yù)計(jì)建造：600MW超臨界機(jī)組約130臺(tái)超超臨界機(jī)組600M

10、W 10臺(tái)（營(yíng)口2臺(tái)，闞山2臺(tái)，河源2臺(tái)，蕪湖2臺(tái)，鐵嶺2臺(tái)）1000MW 38臺(tái)（玉環(huán)4臺(tái)，鄒縣2臺(tái)，外高橋三期2臺(tái)，泰州2臺(tái)，寧海2臺(tái)，綏中2臺(tái)，海門(mén)2臺(tái)，平海2臺(tái)，萊州2臺(tái)，天津北疆4臺(tái)，句容2臺(tái)，蒲圻2臺(tái)，北侖港2臺(tái)，哈三2臺(tái)，諫壁2臺(tái)，古城2臺(tái)，烏沙山2臺(tái),寧德2臺(tái)）,12,2. 發(fā)展高效率、高參數(shù)、大容量SC、USC機(jī)組是當(dāng)代世界火力發(fā)電的共同發(fā)展趨勢(shì)2.1 火電機(jī)組鍋爐蒸汽溫度、壓力參數(shù)的發(fā)展和選用,13,表2.1

11、 蒸汽參數(shù)與機(jī)組效率關(guān)系（IHI提供）,14,圖2.1 蒸汽參數(shù)與機(jī)組效率的關(guān)系（三菱提供）,,15,提高火力發(fā)電廠效率的主要途徑是提高蒸汽的參數(shù),即提高蒸汽的壓力和溫度.（見(jiàn)表1.1蒸汽參數(shù)與火電廠效率、供電煤耗關(guān)系）,16,17,IHI公司和三菱公司蒸參數(shù)選用的發(fā)展歷史分別見(jiàn)圖2.2、圖2.3。,圖2.2 IHI公司鍋爐蒸汽參數(shù)發(fā)展歷史,18,圖2.3 三菱重工公司鍋爐蒸汽參數(shù)發(fā)展歷史,,19,,20,,21,提高蒸汽參數(shù)遇

12、到的主要技術(shù)難題是金屬材料耐高溫、高壓及焊接、熱處理問(wèn)題 。,22,★由于具有劃時(shí)代意義的T91/P91鋼的研制成功，到20世紀(jì)90年代初和90年代末，電站鍋爐蒸汽溫度參數(shù)分別達(dá)到593℃和610℃。顯而易見(jiàn)，從20世紀(jì)50年代初到90年代末的40年間，電站鍋爐用耐熱鋼發(fā)生了一場(chǎng)質(zhì)的變革，這也必然促進(jìn)了電站焊接技術(shù)的發(fā)展。,23,★我國(guó)正在建設(shè)的300MW及以上的亞臨界、超臨界火電機(jī)組，已經(jīng)采用了這種新型細(xì)晶強(qiáng)韌化鐵素體耐熱鋼系列中的S

13、A213-T91、SA335-P91；將要建設(shè)的USC火電機(jī)組還要大量采用這種新型細(xì)晶強(qiáng)韌化鐵素體耐熱鋼系列中的SA213-T91、T92、E911、T122；SA335-P91、P92、P122及新型奧氏體耐熱鋼Super304H、TP347HFG、HR3C。,24,★廣大電站焊接工作者必須轉(zhuǎn)變幾十年來(lái)焊接傳統(tǒng)的低合金耐熱鋼形成的觀念。對(duì)這種新型耐熱鋼的強(qiáng)化機(jī)理、焊接性、焊接工藝、熱處理工藝、檢驗(yàn)方法、焊工培訓(xùn)及焊接管理等方面進(jìn)行深入

14、的研究和實(shí)踐，加大電站焊接科研力度，加大對(duì)焊接及相關(guān)專(zhuān)業(yè)人員的技術(shù)培訓(xùn)，進(jìn)一步提高專(zhuān)業(yè)技術(shù)素質(zhì)，以保證我國(guó)火電發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。,25,2.2 我國(guó)與國(guó)外在超臨界機(jī)、超超臨界機(jī)組方面的比較,26,,27,國(guó)家科技部863計(jì)劃“超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)”課題研究結(jié)論：推薦現(xiàn)階段我國(guó)發(fā)展超超臨界機(jī)組參數(shù)為：25MPa~28MPa，溫度為600℃ /600℃ ，一次再熱。,28,目前世界上運(yùn)行的超臨界及以上參數(shù)機(jī)組大約有600臺(tái)，其中美國(guó)170臺(tái)，

15、日本、歐洲各60臺(tái)，俄羅斯及原東歐國(guó)家280余臺(tái)；有10臺(tái)1000MW級(jí)的超超臨界機(jī)組已投入運(yùn)行。,29,,30,★由此可見(jiàn)，我國(guó)在發(fā)展超臨界、超超臨界機(jī)組方面，特別是在國(guó)產(chǎn)化方面與國(guó)外先進(jìn)國(guó)家還有相當(dāng)大的差距。,31,3. SC、USC鍋爐用鋼發(fā)展趨勢(shì),32,3.1 鍋爐用鋼的發(fā)展歷程 3.1.1鐵素體鋼 鐵素體鋼的發(fā)展可以分為兩條主線(xiàn)，一是縱向的主要耐熱合金元素Cr成分逐漸提高，從2.25Cr到12Cr；二是橫向的通過(guò)填

16、加V、Nb、Mo、Ｗ、Ｃo等合金元素，６００℃１０５小時(shí)的蠕變斷裂強(qiáng)度由35 Mpa級(jí)向60 MPa級(jí)、100 MPa級(jí)、140 MPa級(jí)、180 MPa級(jí)發(fā)展。,33,,,34,35,3.1.1.1 低合金耐熱鋼低合金耐熱鋼其含Cr≤3％，含Mo≤1% ，是壁溫≤580℃ 的亞臨界以下參數(shù)鍋爐的常用鋼材。,36,3.1.1.2 EM12鋼的開(kāi)發(fā)60年代比利時(shí)開(kāi)發(fā)，法國(guó)用于620℃的過(guò)熱器和再熱器管。由于該鋼種是二

17、元結(jié)構(gòu)，沖擊韌性差，后來(lái)未得到廣泛應(yīng)用。,37,3.1.1.3 鋼102的開(kāi)發(fā)多元復(fù)合強(qiáng)化耐熱鋼，主要用于壁溫≤600℃的過(guò)熱器、再熱器管。,38,3.1.1.4 T23（HCM2S）、T24鋼的開(kāi)發(fā) ★T23、T24鋼是超超臨界鍋爐上部水冷壁的最佳選擇材料；并可應(yīng)用于壁溫≤600℃的高溫過(guò)熱器、再熱器管。P23可以用于壁溫≤600℃的聯(lián)箱。,39,3.1.1.5 F11、F12的開(kāi)發(fā)德國(guó)于60年代開(kāi)發(fā)，用于壁溫

18、達(dá)610℃的過(guò)熱器和壁溫達(dá)650℃的再熱器以及壁溫為540℃～560℃的聯(lián)箱和蒸汽管道，但其含碳量高，焊接性差。目前已不生產(chǎn)。,40,3.1.1.6 典型的新型鐵素體耐熱鋼T91/P91鋼的開(kāi)發(fā)T91/P91鋼的研制成功具有劃時(shí)代意義。成功地把電站鍋爐蒸汽溫度參數(shù)提高到593℃～610℃。,41,3.1.1.7 T92/P92、T122/P122、E911鋼的開(kāi)發(fā)在腐蝕條件比較小的情況下，僅從蠕變斷裂強(qiáng)度考慮，T 92、

19、T12 、E911在壁溫≤620℃時(shí)完全可以取代超臨界和超超臨界鍋爐中過(guò)熱器、再熱器的奧氏體鋼管。 P92、 P122 、E911可用于壁溫≤620℃時(shí)的主蒸汽管道。,42,圖3.1 許用應(yīng)力與溫度的關(guān)系曲線(xiàn),,43,表3.2 T92與奧氏體鋼在高溫下許用應(yīng)力的對(duì)比,,44,圖3.2 主蒸汽管選用材料的比較,45,3.1.1.8 NF12、SAVE12新型鐵素體耐熱鋼的開(kāi)發(fā) NF12、SAVE12鋼是為了提高超超臨界

20、鍋爐效率正在開(kāi)發(fā)的能夠用于650℃ 的鐵素體耐熱鋼。,46,3.3 典型的鐵素體耐熱鋼蠕變斷裂強(qiáng)度,,47,48,3.1.2 奧氏體鋼奧氏體鋼的發(fā)展見(jiàn)圖3.5,,49,50,51,3.1.2.1新型細(xì)晶奧氏體耐熱鋼Super304H的開(kāi)發(fā) Super304H是TP304H的改進(jìn)型，添加了3％Cu和0.4％Nb獲得了極高的蠕變斷裂強(qiáng)度，600-650℃許用應(yīng)力比TP304H高30%，是超超臨界鍋爐過(guò)熱器、再熱器的首選材料 。,

21、52,3.1.2.2 TP347HFG的開(kāi)發(fā) TP347HFG鋼是通過(guò)特定的熱加工和熱處理工藝得到的細(xì)晶奧氏體耐熱鋼。比TP347H粗晶鋼的許用應(yīng)力高20%以上。TP347HFG鋼抗蒸汽氧化能力強(qiáng)，已被廣泛應(yīng)用于超超臨界機(jī)組鍋爐過(guò)熱器、再器熱管。,53,3.1.2.3 HR3C鋼的開(kāi)發(fā) HR3C是日本住友金屬命名的鋼牌號(hào)，在日本JIS標(biāo)準(zhǔn)中的材料牌號(hào)為SUS310JITB，正在ASME標(biāo)準(zhǔn)中的材料牌號(hào)為T(mén)P310NbＮ。

22、HR3C鋼是TP310耐熱鋼的改良鋼種。在TP347H耐熱鋼乃至新型奧氏體耐熱鋼Susper304H 和TP347HFG鋼不能滿(mǎn)足向火側(cè)抗煙氣腐蝕和內(nèi)壁抗蒸汽氧化的工況下，應(yīng)選用HR3C耐熱鋼。,54,3.2 超臨界、超超臨界鍋爐關(guān)鍵承壓部件用鋼要求鍋爐中關(guān)鍵承壓部件包括水冷壁、過(guò)熱器、再熱器、聯(lián)箱及管道等。,55,3.2.1. 水冷壁★T23（HCM2S）/T24（7CrMoVTiB10-10）許用金屬壁溫可達(dá)600℃，是蒸汽溫度

23、620℃以下鍋爐上部水冷壁的最佳用鋼。,56,水冷壁材料蠕變斷裂強(qiáng)度,,57,3.2.2 過(guò)熱器、再熱器 ★過(guò)熱器、再熱器管的金屬壁溫比蒸汽溫度高出達(dá)25℃~39℃（我國(guó)規(guī)定為50℃）。 ★在燃煤含硫量低、煙氣腐蝕性較小的條件下，僅從蠕變斷裂強(qiáng)度考慮，當(dāng)蒸汽溫度為538℃（壁溫580 ℃ ），選用T22鋼；,58,當(dāng)蒸汽溫度為565℃時(shí)（壁溫600℃ ），選用T23、T91鋼管；當(dāng)蒸汽溫度為593℃時(shí)（壁溫620℃ ）， 選用T9

24、2、P122、E911鋼管。然而，在有腐蝕的條件下，即使最好的鐵素體鋼管也要受限于565℃的蒸汽溫度，此時(shí)要選用奧氏體鋼管。,59,★采用含硫量高、腐蝕性大的燃煤時(shí)，在壁溫≥600℃時(shí)，應(yīng)選擇TP304H、TP321H、TP316H、TP347H奧氏體耐熱鋼。當(dāng)蒸汽溫度≥600℃（壁溫≥650℃）時(shí)應(yīng)選擇細(xì)晶奧氏體耐熱鋼Super304H和TP347HFG。當(dāng)壁溫達(dá)700℃時(shí)，只能選用高鉻耐熱鋼NF709、SAVE25和HR3C等。,

25、60,18Cr-8Ni和15Cr鋼許用應(yīng)力的比較,,,61,含鉻量20%以上的高鉻奧氏體合金許用應(yīng)力的比較,,,,62,許用應(yīng)力為49MPa時(shí)許用溫度與鉻含量的關(guān)系比較,,,,63,鐵素體鋼熱腐蝕重量損失和溫度的關(guān)系,,,,64,各種合金熱腐蝕重量損失和Cr含量的關(guān)系,,,,65,各種合金火側(cè)抗腐蝕性能比較,,,,66,3.2.3. 聯(lián)箱與管道 ★蒸汽管道和聯(lián)箱等厚壁承壓部件，為了減少熱疲勞損傷和提高蠕變強(qiáng)度，其用鋼主要集中在熱膨脹

26、系數(shù)小的9~12%Cr鐵素體耐熱鋼的發(fā)展。 ★當(dāng)壁溫≤600℃時(shí)，選用P91鋼；當(dāng)壁溫≤620℃時(shí)，選用P92、P122和E911鋼；當(dāng)壁溫≤650℃時(shí)，選用NF12和SAVE12鋼。,67,鐵素體耐熱鋼的許用應(yīng)力,,,,68,設(shè)計(jì)溫度為570℃和600℃的主蒸汽管道許用應(yīng)力比較,,,,69,31MPa時(shí)P-22、P-91、P-122鋼聯(lián)箱材料的價(jià)格比較,,,,70,SC/USC鍋爐承壓部件用鋼選擇,71,72,73,74,75,76

27、,77,78,79,80,81,3.3 新型耐熱鋼的應(yīng)用概況,82,我國(guó)超臨界機(jī)組應(yīng)用新型耐熱鋼概況,83,新型耐熱鋼在日本超超臨界機(jī)組中的應(yīng)用,84,新型耐熱鋼在歐洲超超臨界機(jī)組中的應(yīng)用,85,4. 火電大機(jī)組焊接技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì),86,4. 火電大機(jī)組焊接技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 4.1 電力行業(yè)焊接P91新型鐵素體耐熱鋼的歷史回顧 4.2 新型鐵素體耐熱鋼的焊接性,87,4.2.1. 焊縫韌性低 影響P91鋼焊縫韌性的

28、因素分析及改善的途徑（1）焊接方法的影響,88,89,90,91,（2）焊縫化學(xué)成分的影響,92,93,（3）預(yù)熱、層間溫度的影響 ★預(yù)熱溫度和層間溫度是通過(guò)降低焊接殘余應(yīng)力，減緩馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)的冷卻速度，防止生成粗大的馬氏體，而達(dá)到防止焊縫產(chǎn)生冷裂紋的目的。,94,對(duì)于P91這類(lèi)新型耐熱鋼來(lái)說(shuō)應(yīng)必須嚴(yán)格限制其預(yù)熱溫度和層間溫度不能超過(guò)工藝評(píng)定規(guī)定的溫度，過(guò)高的預(yù)熱溫度和層間溫度不僅對(duì)防止裂紋來(lái)說(shuō)沒(méi)有必要，反而有可能使焊縫韌性和接頭蠕

29、變強(qiáng)度達(dá)不到要求。,95,圖4.2 焊接熱循環(huán)圖,96,（4）焊接線(xiàn)能量的影響,97,E=60UI / V （J/cm）E—焊接線(xiàn)能量（J/cm）U—電弧電壓（V）I—電流（A）V—焊接速度（cm/min）,98,焊接線(xiàn)能量大，焊縫金屬在高溫（1100℃以上）停留時(shí)間長(zhǎng)，晶粒長(zhǎng)大變脆，致使焊縫韌性降低。,99,由線(xiàn)能量公式分析可以看出，因手工電弧焊均采用短弧焊，電弧電壓一般為20伏～24伏不變，可假設(shè)電弧電壓為常數(shù)。降低焊

30、接線(xiàn)能量，要綜合考慮調(diào)節(jié)焊接電流和焊接速度兩個(gè)參數(shù)，不能單純的降低焊接電流。,100,若焊接電流降得過(guò)低，由于熔池的鐵水黏度大，流動(dòng)性差，易造成未焊透、未熔合、夾渣等缺陷。焊接電流應(yīng)控制在保證鐵水拉得開(kāi)，熔池清晰，熔合良好，在此前提下，提高焊接速度，減少焊層厚度，達(dá)到降低焊接線(xiàn)能量的目的，因此焊層厚度是焊接線(xiàn)能量的直觀反應(yīng)。,101,,圖4.3 P91模擬熱循環(huán)試樣韌性與t8/5的關(guān)系,102,（5）焊后熱處理規(guī)范的影響,103,圖4.

31、4 在RT下純焊縫金屬PWHT條件（溫度/時(shí)間）對(duì)焊縫沖擊韌性的影響,104,圖4.4 埋弧焊與手工焊熱處理時(shí)間與焊縫金屬韌性之間的關(guān)系,105,106,熱處理方面存在的問(wèn)題1、遠(yuǎn)紅外線(xiàn)加熱的內(nèi)外壁溫差大2、控制設(shè)備落后3、熱電偶不定時(shí)校定4、熱電偶的固定方法不當(dāng)5、不同焊接位置的熱傳導(dǎo)問(wèn)題注意不夠,107,4 .2.2焊接冷裂紋 圖4.1（a） T23、P91鋼和P22鋼焊接接頭斜Y型坡口試驗(yàn)裂紋率與預(yù)熱溫度間的關(guān)

32、系,4.2.2. 焊接冷裂紋,108,圖4. 1（b） P22（HCM12A）鋼與P91鋼焊接接頭斜Y型坡口試驗(yàn)裂紋率與預(yù)熱溫度間的關(guān)系,109,圖4. 1（c） P92鋼（NF616）鋼焊接接頭斜Y型坡口試驗(yàn)裂紋率與預(yù)熱溫度間的關(guān)系,110,對(duì)冷裂紋敏感性是按：T23→P92→P122→P91→P22的順序增高；而合金含量是按P22→T23→P91→P92→P122的順序增加的。顯然這與采用傳統(tǒng)碳當(dāng)量評(píng)估冷裂紋結(jié)果完全不一致。,1

33、11,防止P91鋼焊接接頭產(chǎn)生冷裂紋的措施： （1）嚴(yán)格控制預(yù)熱溫度和層間溫度 （2）嚴(yán)格控制焊縫的含氫量，防止氫致延遲裂紋的產(chǎn)生 （3）減少焊接缺陷，降低焊接接頭應(yīng)力狀態(tài),112,4.2.3 焊接熱影響區(qū)的軟化通過(guò)熱處理強(qiáng)化的鐵素體鋼，由于低于臨介溫度的過(guò)回火作用或在臨界溫度范圍內(nèi)微觀結(jié)構(gòu)的變化，在HAZ外端的硬度會(huì)下降，在對(duì)焊接接頭進(jìn)行高溫持久強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，往往斷在這個(gè)部位，該部位稱(chēng)作軟化帶，焊接接頭軟化帶的高溫持久強(qiáng)度與母材

34、同一溫度的持久強(qiáng)度的比值稱(chēng)作熱強(qiáng)系數(shù)。,113,114,非均質(zhì)的焊接接頭中會(huì)發(fā)生相鄰的“強(qiáng)區(qū)”對(duì)“軟化帶”的“約束強(qiáng)化”作用。采用小的焊接線(xiàn)能量焊接，可有效的減小“軟化帶”的寬度，從而起到“約束強(qiáng)化”作用。,115,4.2.4 熱影響區(qū)的Ⅳ型裂紋 P91這類(lèi)鐵素體耐熱鋼在高溫長(zhǎng)期運(yùn)行中，往往會(huì)在焊接熱影響區(qū)的“細(xì)晶區(qū)”（AC3附近或AC3—AC1區(qū)間）出現(xiàn)一種無(wú)明顯塑性變形的低應(yīng)力蠕變斷裂，造成焊接接頭蠕變斷裂壽命低于母材的現(xiàn)象

35、。英國(guó)人按裂紋產(chǎn)生位置分類(lèi)方法，稱(chēng)這種裂紋為Ⅳ型裂紋。,116,在焊縫范圍內(nèi)發(fā)生的裂紋稱(chēng)為Ⅰ型裂紋；在焊縫內(nèi)發(fā)生，但可延伸到熱影響區(qū)的裂紋，稱(chēng)為Ⅱ型裂紋；在鄰近熔合區(qū)的熱影響區(qū)發(fā)生的裂紋，稱(chēng)為Ⅲ型裂紋；在鄰近母材的熱影響區(qū)發(fā)生的裂紋稱(chēng)為Ⅳ型裂紋。,117,,,焊接接頭裂紋的分類(lèi),118,關(guān)于Ⅳ型裂紋形成的機(jī)理，目前尚無(wú)定論，近期研究結(jié)果提出系列理論，如合金元素偏聚、碳化物粗化，Laves相沉淀、亞結(jié)構(gòu)粗化、蠕變孔洞的形成、位錯(cuò)密度降低等

36、。,119,為了防止產(chǎn)生Ⅳ型裂紋，焊接時(shí)在保證熔化良好，不生產(chǎn)焊接冷裂紋的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡量不采用過(guò)高的預(yù)熱及層間溫度，不采用過(guò)大的焊接線(xiàn)能量，采取多層多道焊，焊層厚度為2~3mm，確保上層焊道對(duì)下層焊道的回火作用，盡力使熱影響區(qū)Ⅳ型裂紋區(qū)變得窄一些，Ⅳ型裂紋區(qū)寬度越窄，其拘束強(qiáng)化作用越強(qiáng)，產(chǎn)生Ⅳ型裂紋的可能性越小。另外，還可以通過(guò)接頭設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中的一些措施得到緩解。,120,4.2.5 P92鋼焊縫的時(shí)效,,P92鋼焊縫的時(shí)效傾向,

37、121,4.3 P91、P92鋼焊接 工藝要領(lǐng) 4.3.1. 推薦的P91、P92鋼焊接熱處理熱循環(huán)曲線(xiàn)如圖4.7所示,122,圖4.7 焊接熱處理熱循環(huán)曲線(xiàn)圖,123,4.3.2. 選擇焊接材料的原則 （1）保證具有和母材相當(dāng)?shù)奈锢硇阅芎统?、高溫力學(xué)性能。 （2）純焊縫金屬的AC1應(yīng)與母材相當(dāng)，且Creq<10。（3）焊縫的含氫量應(yīng)符合堿性低氫型焊接材料標(biāo)準(zhǔn)。（4）焊接操作性能優(yōu)良

38、、工藝性能好。,124,4.3.3. 推薦選用Ф2.5mm的焊絲打底，Ф2.5mm、Ф3.2mm的小直徑焊條填充蓋面。施焊前，焊接材料要嚴(yán)格按使用說(shuō)明書(shū)規(guī)定，置于專(zhuān)用的烘箱內(nèi)烘焙，施焊時(shí)，應(yīng)放入80℃ ~120℃的便攜式保溫筒內(nèi)隨用隨取。,125,4.3.4 焊接過(guò)程中要嚴(yán)格控制層間溫度為200℃~300℃。 4.3.5. 注意熱電偶的安裝位置，并固定牢固，確保測(cè)溫的準(zhǔn)確。,126,4.3.6. 焊接時(shí)要采用小線(xiàn)能量，線(xiàn)能量控制在1

39、5kJ/cm～20kJ/cm范圍內(nèi)，多層多道焊，焊道厚度控制在2mm～3mm為宜，焊道寬度根據(jù)焊工技藝水平和電流大小確定，并且蓋面層焊退火焊道。4.3.7. 焊后熱處理參數(shù)要嚴(yán)格按焊接材料說(shuō)明書(shū)提供的參數(shù)確定，并通過(guò)工藝評(píng)定驗(yàn)證。,127,4.3.8. 當(dāng)焊接頭不能及時(shí)進(jìn)行熱處理時(shí)，應(yīng)于焊后即時(shí)加熱溫度為350℃,恒溫1小時(shí)的后熱處理。4.3.9. 焊接完畢，焊工、焊接質(zhì)檢員要嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行焊縫外觀檢驗(yàn)，外觀質(zhì)量合格后，方可進(jìn)行無(wú)損

40、、硬度、金相組織檢驗(yàn)。,128,4.3.10. 返修焊補(bǔ)的焊接接頭，必須重新進(jìn)行焊后熱處理和無(wú)損、硬度檢驗(yàn)。且同一焊縫返修不得超過(guò)兩次，否則應(yīng)割掉重新焊接。4.3.11. 異種鋼焊接，要嚴(yán)格按“火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程”選擇焊接材料，確定焊接工藝和熱處理工藝。,129,4.4 新型奧氏體耐熱鋼的焊接性分析、焊接技術(shù)難點(diǎn)及解決思路,過(guò)熱器、再熱器用鋼Super304H TP347HFG HR3C,130,Super

41、304H、TP347HFG和HR3C鋼的焊接技術(shù)難點(diǎn)是：,焊接接頭有應(yīng)力腐蝕裂紋傾向；焊縫接頭有熱裂紋傾向；焊接接頭的時(shí)效和σ相脆化 大量的異種鋼焊接問(wèn)題；聯(lián)箱管接頭角焊縫的焊接質(zhì)量控制；角焊縫的檢驗(yàn)方法。,以上焊接難點(diǎn)均要在鍋爐制造過(guò)程中解決，不應(yīng)將異種鋼焊接問(wèn)題帶到安裝現(xiàn)場(chǎng)。但電廠在將來(lái)的檢修中還會(huì)遇到這些問(wèn)題。,131,5. 我國(guó)電站焊接技術(shù)發(fā)展中需要研究的若干問(wèn)題,132,5.1 關(guān)于電站鍋爐用鋼技術(shù)發(fā)展的跟蹤與認(rèn)識(shí)

42、問(wèn)題,133,5.1.1 電站鍋爐用鋼焊接性評(píng)估方法及馬氏體耐熱鋼韌性評(píng)價(jià)問(wèn)題傳統(tǒng)的碳當(dāng)量計(jì)算式不能用來(lái)評(píng)估這類(lèi)鋼的裂紋傾向即焊接性。 P91這類(lèi)耐熱鋼均是低碳馬氏體組織，經(jīng)過(guò)焊后熱處理，這類(lèi)鋼的焊縫組織為低碳回火馬氏體，焊縫韌性很好。,134,在新型耐熱鋼焊接性評(píng)估技術(shù)方面不僅要重視采用間接估算方法，而且更應(yīng)重視直接的焊接性試驗(yàn)方法；不僅要重視工藝焊接性，還應(yīng)重視使用焊接性。,135,5.1.2 新型耐熱鋼及其焊接試驗(yàn)的研

43、究問(wèn)題－新型耐熱鋼的合金化原理、冶金特點(diǎn)－新型耐熱鋼的常溫及高溫性能－新型耐熱鋼及其異種鋼的焊接性、焊接工藝及焊后熱處理工藝－新型耐熱鋼的熱加工性能及工藝－新型耐熱鋼及其焊接接頭的服役后組織和性能的變化規(guī)律及壽命評(píng)估－新型耐熱鋼匹配的焊接材料,136,5.2 關(guān)于耐熱鋼焊接工藝實(shí)施中的問(wèn)題5.2.1 控制焊前預(yù)熱溫度和焊接層間溫度的問(wèn)題對(duì)于P91這類(lèi)新型耐熱鋼來(lái)說(shuō)應(yīng)必須嚴(yán)格限制其預(yù)熱溫度和層間溫度不能超過(guò)工藝評(píng)定規(guī)定

44、的溫度，過(guò)高的預(yù)熱溫度和層間溫度不僅對(duì)防止裂紋來(lái)說(shuō)沒(méi)有必要，反而有可能使焊縫韌性和接頭蠕變強(qiáng)度達(dá)不到要求。,137,5.2.2 新型耐熱鋼焊接線(xiàn)能量問(wèn)題焊接時(shí)要采用小線(xiàn)能量，線(xiàn)能量控制在15kJ/cm～20kJ/cm范圍內(nèi)，多層多道焊，焊道厚度控制在2mm～3mm為宜，焊道寬度根據(jù)焊工技藝水平和電流大小確定，并且蓋面層焊退火焊道。,138,5.3 關(guān)于焊接人員培訓(xùn)問(wèn)題5.3.1 關(guān)于焊工培訓(xùn)問(wèn)題對(duì)焊工培訓(xùn)考核的前提—必須按照合

45、格的焊接工藝評(píng)定進(jìn)行培訓(xùn)考核 DL/T 679-1999 焊工技術(shù)考核規(guī)程 DL/T 868-2004 焊接工藝評(píng)定規(guī)程應(yīng)遵守上述規(guī)程,139,5.3.2 關(guān)于電力建設(shè)單位高溫高壓（I類(lèi)）焊工的儲(chǔ)備問(wèn)題5.3.3 關(guān)于完善和改進(jìn)焊工操作手法的問(wèn)題改變50年來(lái)形成的“大電流、斷弧焊、大線(xiàn)能量、厚焊層、寬擺幅”的操作手法。掌握“小線(xiàn)能量、快速連弧、小擺幅、薄焊層、多層多道焊”的操作方法。,140,5.3.4 關(guān)于電站焊

46、接技術(shù)和質(zhì)量管理人員繼續(xù)教育的問(wèn)題,把學(xué)習(xí)的重點(diǎn)放在對(duì)新型耐熱鋼及其焊接技術(shù)的學(xué)習(xí)和實(shí)踐上,141,5.4 關(guān)于鍋爐安裝中“鏡面”焊接數(shù)量的問(wèn)題這個(gè)問(wèn)題需要業(yè)主、鍋爐設(shè)計(jì)、安裝單位、制造單位共同協(xié)作解決，以?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)、困難位置焊口盡量工廠化焊接及合理的安裝順序等，使“鏡面”焊接量降到最低程度,142,5.5 關(guān)于避免合金成分相差較大的厚壁異種鋼焊接接頭的問(wèn)題由于鍋爐設(shè)計(jì)部門(mén)和四大管道設(shè)計(jì)部門(mén)難以進(jìn)行有效協(xié)調(diào)與溝通，從而會(huì)出現(xiàn)過(guò)熱

47、器出口聯(lián)箱與主蒸汽管道及高溫高壓閥體等構(gòu)件材質(zhì)不同，不但造成壁厚變化的變徑管，而且在壓力最大溫度最高的接口處出現(xiàn)厚壁異種鋼焊接接頭，這類(lèi)焊縫容易在運(yùn)行中發(fā)生早期失效，成為被關(guān)注的安全隱患之一。,143,5.6 關(guān)于火電廠焊縫質(zhì)量合格標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題合格率的含義除包含無(wú)損檢測(cè)一次合格率外，還應(yīng)包含“使用性能合格率”。就是確保施工時(shí)的焊接工藝與焊接工藝評(píng)定時(shí)完全一致。,144,5.7 關(guān)于電站設(shè)備構(gòu)件焊縫金屬韌性問(wèn)題為了保證在常溫或

48、低溫下進(jìn)行運(yùn)輸、吊裝、水壓試驗(yàn)、機(jī)組的啟停和檢修時(shí)的安全，不發(fā)生脆性破壞，必須保證焊縫和部件的韌性水平。5.8 關(guān)于焊接工藝及質(zhì)量監(jiān)控問(wèn)題5.9 T91/P91這類(lèi)新型熱強(qiáng)鋼焊縫無(wú)損檢測(cè)技術(shù)問(wèn)題,145,學(xué)習(xí)—焊接技術(shù)人員、焊工、熱處理人員、質(zhì)檢人員及無(wú)損檢驗(yàn)人員都要再學(xué)習(xí)，進(jìn)行知識(shí)更新。 交流—單位之間要互相交流，發(fā)揚(yáng)電站焊接界先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)大家學(xué)的優(yōu)良傳統(tǒng)。 誠(chéng)信—在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下，是要講效益的，單位之間、朋友