超臨界鍋爐高合金耐熱鋼焊接熱處理的質(zhì)量控制

超臨界鍋爐高合金耐熱鋼焊接熱處理的質(zhì)量控制

隨著我國長距離和長距離熱能裝置的快速發(fā)展，新材料、新技術(shù)不斷出現(xiàn)，耐熱鋼如p11和p12得到了廣泛應(yīng)用。這些高合金耐熱鋼對焊接熱處理的要求較亞臨界機(jī)組鍋爐所使用的低合金耐熱鋼更加苛刻,在鍋爐安裝監(jiān)督檢驗(yàn)過程中也多次發(fā)現(xiàn)了由于焊接熱處理控制不當(dāng)造成的質(zhì)量問題。本文結(jié)合一工程實(shí)例,介紹了問題的發(fā)現(xiàn)及原因分析,總結(jié)了大型電站鍋爐安裝過程中焊接熱處理存在的主要問題,并提出了針對高合金耐熱鋼焊接熱處理監(jiān)督檢驗(yàn)的控制重點(diǎn)。1高溫再熱器出口集箱材質(zhì)某電站鍋爐是東方鍋爐(集團(tuán))股份有限責(zé)任公司生產(chǎn)的DG2100/25.4-Ⅱ6型超臨界一次中間再熱變壓直流鍋爐,其高溫再熱器出口集箱材質(zhì)SA-335P91,規(guī)格Φ812.8×50mm。按照設(shè)計(jì),集箱在軸向中間部位存在一條現(xiàn)場安裝對接環(huán)焊縫。1.1對接焊縫的硬度檢驗(yàn)根據(jù)《鍋爐安裝監(jiān)督檢驗(yàn)規(guī)則》及監(jiān)督檢驗(yàn)方案的要求,現(xiàn)場安裝對接環(huán)焊縫焊接熱處理完畢且經(jīng)安裝單位自檢合格以后,監(jiān)督檢驗(yàn)人員對該焊縫進(jìn)行了硬度抽測(硬度抽測部位如圖1所示),檢驗(yàn)情況見表1。根據(jù)DL/T438—2009《火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》的要求,焊縫硬度應(yīng)控制在180HB～270HB;直管段母材的硬度應(yīng)均勻,且控制在180HB～250HB,同根鋼管上任意兩點(diǎn)間的硬度差不應(yīng)大于Δ30HB。由上述檢驗(yàn)結(jié)果可知,該條對接焊縫及兩側(cè)母材的硬度存在異常。為進(jìn)一步查找硬度異常的原因,監(jiān)檢人員對該條對接焊縫及母材進(jìn)行了金相檢驗(yàn),結(jié)果如圖2所示及表2。參考GB5310—2008《高壓鍋爐用無縫鋼管》的要求,對接焊縫及兩側(cè)母材的金相組織應(yīng)為回火馬氏體或回火索氏體。由上述結(jié)果可知,該條對接焊縫及兩側(cè)母材的金相組織存在異常。1.2高溫模擬比對試驗(yàn)從以上檢驗(yàn)結(jié)果可以看出,硬度及金相組織異常的區(qū)域均集中在安裝對接焊縫附近,可判斷出該集箱的制造質(zhì)量無明顯質(zhì)量問題,即上述異常應(yīng)主要產(chǎn)生于安裝現(xiàn)場的焊接及焊后熱處理過程。經(jīng)核查該安裝單位的焊接記錄及熱處理曲線,該焊縫有兩個(gè)溫度測點(diǎn),每條曲線記錄溫度未見異常,符合焊接工藝評定報(bào)告和焊接作業(yè)指導(dǎo)書的要求(手工氬弧焊打底、手工電弧焊填充及蓋面工藝,焊接材料為ER90S-B9和E9018-B9,焊接完成后進(jìn)行了300℃/2h后熱處理,并經(jīng)760℃/4h焊后熱處理),但現(xiàn)場熱處理時(shí)間較長,保溫時(shí)間為6h。從金相組織來看,已出現(xiàn)過回火組織。為測評過回火的大致溫度,分別按以下三種工藝,對該安裝單位焊接工藝評定的剩余焊件進(jìn)行高溫模擬比對試驗(yàn),即800℃/4h熱處理(升降溫速度為150℃/h)、815℃/1.5h熱處理(升降溫速度為150℃/h)、845℃/2h熱處理(升降溫速度為150℃/h)。根據(jù)比對結(jié)果并考慮現(xiàn)場安裝過程中此焊縫熱處理時(shí)間較長等因素,判斷出安裝現(xiàn)場的實(shí)際熱處理溫度應(yīng)在830℃左右。通過以上分析及試驗(yàn),可知造成組織及硬度異常的主要原因如下:由于現(xiàn)場焊后熱處理溫度失控等因素,致使回火溫度達(dá)到830℃左右,超過了SA-335P91材料的相變線,致使部分回火馬氏體發(fā)生溶解,轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體+鐵素體+未溶解回火馬氏體組織。在隨后的冷卻過程中,由于過回火形成的奧氏體的冷卻,相變成為馬氏體,而鐵素體及未溶解回火馬氏體重新析出了部分碳化物,形成了由回火馬氏體+馬氏體+鐵素體+碳化物組成的異常組織,由于馬氏體的存在,造成了焊縫硬度的異常升高。2熱處理效果的監(jiān)督檢驗(yàn)通過上述的分析可以看出,鍋爐安裝過程中焊接熱處理監(jiān)督是鍋爐安裝監(jiān)督檢驗(yàn)的重點(diǎn)環(huán)節(jié)之一,而硬度檢測是評價(jià)焊接熱處理效果的有效手段。通過匯總、分析大量的監(jiān)督檢驗(yàn)工程實(shí)例,大口徑管焊接熱處理過程中不符合規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)要求的問題及其可能造成的硬度異?；蛉毕菀姳?。3檢查煤粉項(xiàng)目所具有的一些檢查方式目前,大型電站鍋爐的安裝監(jiān)督檢驗(yàn)采用的是駐場與階段性檢查相結(jié)合的方式,監(jiān)督項(xiàng)目已覆蓋了鍋爐安裝的各個(gè)環(huán)節(jié)。為了更有針對性地進(jìn)行監(jiān)督,保障鍋爐的安裝質(zhì)量,針對高合金耐熱鋼焊接熱處理環(huán)節(jié),特提出監(jiān)督檢驗(yàn)的控制重點(diǎn)如下:3.1鍋爐安裝監(jiān)督檢驗(yàn)硬度檢測是評價(jià)焊接熱處理效果的有效手段,尤其是高合金耐熱鋼,硬度的變化更為敏感。但目前部分標(biāo)準(zhǔn)對高合金耐熱鋼安裝焊縫的硬度要求不夠嚴(yán)格,如《鍋爐安裝監(jiān)督檢驗(yàn)規(guī)則》規(guī)定,必要時(shí)監(jiān)檢人員應(yīng)對鍋爐安裝焊縫進(jìn)行硬度抽查;DL/T869—2004《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》規(guī)定,經(jīng)焊接工藝評定,且具有與作業(yè)指導(dǎo)書規(guī)定相符合的熱處理自動記錄曲線圖的焊接接頭,可免去硬度檢查等等。由于高合金耐熱鋼對于溫度的敏感性,監(jiān)督檢驗(yàn)人員應(yīng)根據(jù)具體情況采用更科學(xué)的方式對其進(jìn)行監(jiān)督,針對該類鋼的焊接建議將硬度檢測列為必查項(xiàng)目。若現(xiàn)場檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)硬度異常,應(yīng)考慮增加金相檢驗(yàn)等手段來加以確認(rèn)。3.2金耐熱鋼焊接工藝與焊接相關(guān)的安全質(zhì)量控制環(huán)節(jié)有很多,針對高合金耐熱鋼,由于材料的特殊性,焊材管理、焊工管理、焊接工藝的執(zhí)行、檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)尤為重要。在安裝監(jiān)督檢驗(yàn)過程中,應(yīng)把上述環(huán)節(jié)的監(jiān)督放在首位。3.3熱處理過程監(jiān)督檢驗(yàn)本案例中,監(jiān)督檢驗(yàn)人員核查了該焊縫的焊接工藝評定報(bào)告、焊接作業(yè)指導(dǎo)書、焊接記錄、焊工資質(zhì)、熱處理曲線等資料,結(jié)果均為正常。如果在焊接熱處理過程中,監(jiān)督檢驗(yàn)人員能夠加強(qiáng)現(xiàn)場的過程監(jiān)督時(shí),該異常就有可能會被避免。故對于此類鋼的焊接,加大現(xiàn)場過程監(jiān)督力度,十分必要。3.4檢驗(yàn)位置難以準(zhǔn)確追溯本案例中,安裝單位的焊接記錄、自檢報(bào)告等均未見異常,但其檢驗(yàn)位置已無法準(zhǔn)確追溯,對異常的原因分析及后續(xù)的整改造成較大的困難。故應(yīng)在安裝監(jiān)督檢驗(yàn)過程中,加大對安裝單位各項(xiàng)技術(shù)數(shù)據(jù)記錄可追溯性的監(jiān)督力度,以保證鍋爐安裝的質(zhì)