高效焊接技术-1000MW燃煤空冷机组焊接新技术的应用_韩道永.pdf

e l d i n gA p p l i c a t i o n sW 应用广角 J -2 0 1 3 年第3 期 总第1 2 3 期4 4现代焊接 1 0 0 0 MW燃煤空冷机组 焊接新技术的应用 文/ 宁夏电力建设工程公司韩道永 作者简介韩道永（1 9 7 1 - ），男，大学本科毕业，高级工程师，从事电站设备、压力容器、压力管道焊接技术研究与管理。 摘要 关键词 华电宁夏灵武电厂二期工程2 1 0 0 0 MW 机组为世界首座超超临界空冷燃煤机组，为国 家百万千瓦机组技术装备自主化国产示范项目。本文阐述规范焊接施工组织，针对新材料、新技 术开展技术攻关并成功运用。研制成功管道内部加热装置并获得了国家专利。取得了机组1 6 8 h 试 运行无爆管的成绩, 为国内同类型机组的建设施工提供了借鉴。 空冷凝汽器；S A 2 1 3 T 9 2 钢；S A 3 3 5 P 9 2 钢；焊接工艺；热处理工艺；内部加热装置 1 工程概况和主要工作量及工程特点 1 . 1 工程概况 1 . 2 主体工程焊接工程量 华电宁夏灵武电厂二期工程2 1 0 0 0 M W机组 为世界首座超超临界空冷燃煤机组，被列为国 家百万千瓦机组技术装备自主化国产示范项目。 三大主机均为东方电气公司生产，锅炉为东方 锅炉股份有限公司生产的D G 3 1 0 0 / 2 6 . 1 5 －I I 1 型超 超临界参数变压运行直流炉、单炉膛、一次再 热、平衡通风、固态排渣、全钢构架、全悬吊 结构，汽轮机为东方汽轮机股份有限公司生产 的N Z K 1 0 0 0 - 2 5 / 6 0 0 / 6 0 0 超超临界、一次中间再 热、四缸四排汽、单轴、直接空冷凝汽式汽轮 机，汽轮发电机为东方电机股份有限公司生产 的Q F S N- 1 0 0 0 - 2 - 2 7 水氢氢冷却汽轮发电机。空 冷岛设备为哈尔滨空调股份有限公司生产。自 4 主厂房浇筑第一方混凝土至机组移交生产，总工 期2 4 月，机组1 6 8 小时试运行期间未发生锅炉爆 管事故。 灵武电厂二期工程 4 机组完成的受监焊口 焊接工作主要有锅炉受热面焊口5 3 9 9 6 道、汽 机四大管道焊口3 3 2 道，锅炉本体范围内管道7 8 7 道，汽机中低压管道焊口6 1 0 5 道、热工仪表管 道焊口3 3 9 道，完成的T 9 2 钢焊口如图1 所示。钢 结构焊接工作主要有锅炉受热面密封及其附 件、空冷系统管道及结构、脱硫钢构及管道、 封闭母线、锅炉六道及电除尘的焊接工作。 1 . 3 . 1 焊接工作量大，是常规6 0 0 M W燃煤发电 机组的1 . 5 2 倍。 1 . 3 . 2 部分焊口焊接难度大。特别是锅炉后炉 膛，焊口集中，焊接空间小，焊接、返修难度 大，施工时需合理安排各道工序。 1 . 3 . 3 材质覆盖面广。 1 . 3 . 4 主蒸汽管道、再热段管道采用了S A 3 3 5 P 9 2 钢，焊接、热处理技术难度较大，执行工艺要 求十分严格。 1 . 3 . 5 受热面小径管射线检验比为1 0 0 。 采用氩弧焊的焊接方 1 . 3 焊接工程特点 2 . 1 S A 2 1 2 3 T 9 2 的焊接 2 焊接新技术的应用 2 . 1 . 1 焊接方法的选择 Application of New Welding Technology for 1000MW Coal- fired Air- cooling Unit e l d i n gA p p l i c a t i o n sW 应用广角 现代焊接 2 0 1 3 年第3 期 总第1 2 3 期J -4 5 法。 选用水溶纸并做成锥型状做 为管道密闭装置的方法。 采用多层多道的焊接方法， 严格控制焊接线能量。 对于S A 2 1 3 T 9 2 钢，特别是对于水平固定管 的平焊位置的焊接接头，焊接顺序选择不当， 就会增加平焊位置焊缝的拘束度，产生焊接裂 纹缺陷。对于打底层焊道，为保证根部焊道的 质量，可选择从仰焊位置向立焊位置、立焊位 置向平焊位置焊接的顺序。 要综合考虑调节焊接 电流和焊接速度两个参数。 2 . 1 . 6 . 1 预热温度尽可能选择工艺评定中的下 限值1 5 0 ℃，过高的预热温度增加了管道的蓄热 量，致使焊接过程中层间温度过高。 2 . 1 . 6 . 2 预热温度及层间温度的测量方法小径 管预热温度的测量一般采用红外线测温仪进行 测量，但在测量的过程中发现，红外线测温仪 对焊缝表面的光泽度及粗糙度较为灵敏，造成 测温误差。 2 . 1 . 7 焊缝的收弧位置及收弧时的操作手法 在进行岗前练习培训时强化焊缝的收弧及接头 错开训练，以养成良好的焊接习惯。同时要求 收弧时应略做停留，将熔池完全填满后再引向坡 口边缘处熄弧。并延长收弧时衰减电流的时间。 2 . 1 . 2 充氩方法 2 . 1 . 3 焊道排列 2 . 1 . 4 焊接顺序 2 . 1 . 5 焊接参数的选择 2 . 1 . 6 预热及层间温度的控制 2 . 2 S A 3 3 5 P 9 2 钢的焊接 2 . 3 S A 3 3 5 P 9 2 钢的焊后热处理 灵武电厂二期工程4 号机组S A 3 3 5 P 9 2 钢焊 口数量多，焊口外径最大达9 6 5 . 2 m m ，壁厚从 2 8 m m 到1 4 3 m m ，特别是大径厚壁焊口，焊接工 艺复杂，对焊接提出了更高的要求。 主要从以下几方面入手，保证了焊接工艺 的实施。 2 . 2 . 1 进行焊接线能量工艺试验，控制焊接线 能量。 在S A 3 3 5 P 9 2 钢焊接工作开始之前，进行了 焊接线能量的工艺试验。得出单根焊条焊接的 焊缝宽度和长度，使焊工可根据每根焊条所焊 接的焊接缝长度来控制焊接线能量。 2 . 2 . 2 焊接前对坡口形状和尺寸进行复查，对 应符合设计图纸、规范和供货方资料的要求， 做到每道焊口施焊前对坡口外检查和P T 检验。 2 . 2 . 3 充氩气室根据不同的管道结构采用多层 高温可溶纸，或使用简易充氩装置， 并在施焊 过程中严格进行监控，有效的保证了焊缝根部 的充氩效果。 2 . 2 . 4 对焊接前的预热温度进行优化，并在焊 接过程中严格执行。 2 . 2 . 5 考虑工程施工现场及环境因素，设定氩 弧焊打底的层间温度为1 5 0 2 0 0 ℃，手工电弧焊 施焊前的层间温度为2 0 0 2 5 0 ℃，层间温度的测 定通过热电偶辅助监控，全程人为旁站通过远 红处测温仪进行测量，并实时记录。 2 . 2 . 6 氩弧焊打底的焊层厚度控制在2 . 5 2 . 8 m m 范围内，并要求打底焊接两层，氩弧焊每层焊 完后严格检查焊接质量并做好记录，焊缝呈银 白色。 2 . 2 . 7 为使焊接线能量不大于2 0 k J / c m ，手工电 弧焊填充及盖面采用多层多道焊，焊层厚度控 制在2 . 8 3 . 0 m m 之间，焊接时，在保证熔合良好 的情况下，尽可能使用较小的焊接参数。 2 . 2 . 8 全过程旁站人员监督与焊工的自检相结 合，质检人员全程旁站监督如图2 所示。 图1 完成的T 9 2 钢焊口 e l d i n gA p p l i c a t i o n sW 应用广角 J -2 0 1 3 年第3 期 总第1 2 3 期4 6现代焊接 2 . 3 . 1 着重在以下四方面进行了热处理工艺优 化 2 . 3 . 1 . 1 选用点焊式热电偶代替以前常用的铠 装热电偶进行热处理测温。 2 . 3 . 1 . 2 采用能够弥补对流和其它热损失的最 小加热区宽度计算方法。 H B H B 1 ４R T 。其中H B 加热宽度、H B 1 均温区宽度、R 管道内径、T 管道壁厚。 G C B T 9 R T 。其中G C B 为保温宽度。 均温区宽度取W 1 5 0 或W 3 T 间的较大值, W为焊缝宽度。 这样较D L 8 1 9 要求的加热宽度和保温宽度大 大增加，有效保证加热区温度的均匀性及内壁 达到7 4 0 ℃的要求，同时降低了保温区的温度梯 度。 2 . 3 . 1 . 3 所有S A 3 3 5 P 9 2 钢焊口的热处理全部采取 两端封堵的方法进行，以保证内壁的温度达到 7 4 0 ℃以上，管道内部加热装置如图3 所示。 2 . 3 . 1 . 4 采用主辅分两部阶梯式加热的方法进 行S A 3 3 5 P 9 2 钢焊口的热处理。 2 . 3 . 2 在国内首次提出壁厚≥1 1 0 m m 的管道为超 大壁厚的概念，并针对超大壁厚S A 3 3 5 P 9 2 钢热 处理，制定采用内外双壁阶梯式加热的热处理 方法，解决了国内电力行业超大壁厚P 9 2 管道热 处理难题。研制开发了管道热处理用内壁加热 装置，成功应用到工程中，并获得了两项国家 发明专利和一项实用新型专利。 过热器出口集箱（Ф7 1 1 . 2 m m 1 4 3 m m）等 焊口采取内外壁加热方式加热，热处理技术方 案如下 2 . 3 . 2 . 1 外部选用4 5 0 m m 6 0 0 m m 的履带式加热 器，焊缝中心两侧各布置一组，用5 个热电偶分 别控温 。 2 . 3 . 2 . 2 管道内部加热，选用6 0 0 m m 4 2 0 m m 的 履带式加热器，焊缝中心两侧各布置一组。 2 . 3 . 2 . 3 外部加热宽度1 2 0 0 m m ，外部保温宽 度2 0 0 0 m m ；内部加热宽度8 4 0 m m ，内部保 温宽度1 0 0 0 m m 。 2 . 3 . 2 . 4 热处理工艺参数恒温温度7 6 5 ℃， 恒温时间1 2 小时，升温速度4 3 ℃/ h ，降温速 度6 0 ℃/ h 空冷凝汽器作为直接空冷机组新的设备系 统，结构庞杂、严密性要求高。焊接主要包括 管束封板、端板焊接、管束止水角钢焊接、蒸 汽分配管焊接、排汽管道焊接、凝结水管道焊 接、抽真空管道焊接、疏水管道焊接、补水管 道焊接等。 焊接方法采用手工电弧焊及C O气体保护 焊接。4 6 名焊工对称分段焊接，每段为4 0 0 m m 。 第二层焊接采用手工电弧焊焊接，采用分段、 对称焊接。 管束下联箱分为管束 两侧封板及每一片管束外侧封板的焊接。 焊接方法采用手工钨极氩弧焊打底，手 2 . 4 空冷凝汽器的焊接 2 . 4 . 1 管束顶部角钢止水板焊接 2 . 4 . 2 管束下联箱焊接 2 图2 质检人员全程旁站监督图3 管道内部加热装置 e l d i n gA p p l i c a t i o n sW 应用广角 现代焊接 2 0 1 3 年第3 期 总第1 2 3 期J -4 7 工电弧焊接面层。 底层焊接，焊接厚度≥3 m m ，打底过程中 注意检查焊缝是否熔透，无未熔合、未焊透等 缺陷。 面层焊接，保证与母材熔合良好，无表面 缺陷，经外观检查合格，进行2 0 的P T 检验。 排气管道的规格有Ф7 6 0 0 m m 2 0 m m 、Ф5 9 2 0 m m 1 6 m m 、Ф3 4 2 0 m m 1 2 m m 。 焊接方法管道制作采用双面埋弧自动焊, 先进行内壁焊接，采用碳弧气刨从背面进行清 根，清根完毕，再行焊接外部焊缝。 系统焊接完成后，对空冷 凝汽器系统进行严密性试验，2 4 h 系统泄漏率 为2 3 8 P a ，远低于厂家说明书5 0 0 0 P a / 2 4 h 。空冷 凝汽器管束下联箱如图4 所示。 2 . 4 . 3 排汽管道焊接 2 . 4 . 4 严密性试验 3 结束语 参考文献 3 . 1 华电宁夏灵武电厂二期工程4 机组焊接施 工质量达到优良水平，共完成受监焊口6 1 5 5 9 只, 焊缝外观优良率1 0 0 以上，无损检验合格率 1 0 0 。 3 . 2 S A 2 1 3 T 9 2 、S A 3 3 5 P 9 2 钢焊接及热处理技术 成功实施，各项性能指标均达到国内标准要求。 研制了管道内部加热装置，并取得国家专利。 3 . 3 创造了百万千瓦机组试运期间锅炉无爆管 的国内领先水平。 3 . 4 空冷凝汽器焊接质量符合设备说明书要求, 系统严密性试验指标2 3 8 P a / 2 4 h 。 [ 1 ] 焊工技术考核规程 D L / T 6 7 9 ［S ］. 北京 中国电力出版社. [ 2 ] 焊接技术规程 D L / T 8 6 9［S ］. 北京 中国电力出版社. [ 3 ] 建筑钢结构焊接技术规程 J G J 8 1 - 2 0 0 2 ［S ］. 北京 中国建筑工 业出版社. [ 4 ] 火力发电厂焊接热处理规程 D L / T 8 1 9 [ S ] . 北京 中国电力出版社. [ 5 ] 周荣灿, 陈平, 范长信等. P 9 1 、P 9 2 钢管道现场焊后热处理工艺导 则. [ S ] [ 6 ] 杨富, 章应霖, 任永宁等. 新型耐热钢焊接[ M ] . 中国电力工业出版 社. 2 0 0 6 . 1 [ 7 ] 韩道永, 吕铁, 张晓东等. 百万千瓦空冷燃煤机组S A 3 3 5 P 9 2 钢超大 壁厚管道焊后热处理[ A ] . 超超临界机组技术交流2 0 1 1 年会论文集[ C ] . 汕头 2 0 1 1 [ 8 ] 韩道永. S A 3 3 5 P 9 2 钢中间停止焊接工艺研究[ J ] . 金属加工 热加工 , 2 0 1 1 . 1 6 [ 9 ] 韩道永. 大型空冷凝汽器严密性试验分析[ J ] . 电力建设, 2 0 0 9 . 0 1 . 图4 空冷凝汽器管束下联箱 3 结束语 3 . 1 刚性固定、较小的焊接线能量及焊前预热 都在一定程度上降低角变形的产生，但是效果 都不够理想而且还会影响焊接接头质量。 3 . 2 反变形能很好的预防和解决角变形的产生, 但是反变形角度值很难精确计算，再者受组对 间隙、焊接线能量的变化最终产生的变形值差 别很大，所以很难达到理想的效果。而且反变 形还需要增加生产成本甚至降低生产效率。 （上接第J - 4 3 页）3 . 3 采取合理的焊接顺序配合中等焊接线能量, 能大幅降低角变形的产生，使其符合设计或工 艺要求。本工艺最大的优点是不会增加制造成 本不会影响生产周期，而且切实有效的解决了 钢管结构普遍存在的法兰盘角变形难题。 [ 1 ] 中国机械工程学会焊接学会. 焊接手册. 第3 卷. 焊接结构. 北京 机械工业出版社. 2 0 0 1 . 8 [ 2 ] 刘云龙. C O气体保护焊焊接技术. 北京 机械工业出版社. 2 0 0 9 . 2 [ 3 ] 赵连桂. 钢管塔焊接作业规程. 青岛武晓集团有限公司. 2 0 1 2 . 1 参考文献 2