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、新技術不斷出現(xiàn)，耐熱鋼如p11和p12得到了廣泛應用。這些高合金耐熱鋼對焊接熱處理的要求較亞臨界機組鍋爐所使用的低合金耐熱鋼更加苛刻,在鍋爐安裝監(jiān)督檢驗過程中也多次發(fā)現(xiàn)了由于焊接熱處理控制不當造成的質(zhì)量問題。本文結(jié)合一工程實例,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)督檢驗的控制重點。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)股份有限責任公司生產(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。按照設計,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根據(jù)《鍋爐安裝監(jiān)督檢驗規(guī)則》及監(jiān)督檢驗方案的要求,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)督檢驗人員對該焊縫進行了硬度抽測(硬度抽測部位如圖1所示),檢驗情況見表1。根據(jù)DL/T438—2009《火力發(fā)電廠金屬技術監(jiān)督規(guī)程》的要求,焊縫硬度應控制在180HB～270HB;直管段母材的硬度應均勻,且控制在180HB～250HB,同根鋼管上任意兩點間的硬度差不應大于Δ30HB。由上述檢驗結(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行了金相檢驗,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高溫模擬比對試驗從以上檢驗結(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,該焊縫有兩個溫度測點,每條曲線記錄溫度未見異常,符合焊接工藝評定報告和焊接作業(yè)指導書的要求(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)場熱處理時間較長,保溫時間為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行高溫模擬比對試驗,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間較長等因素,判斷出安裝現(xiàn)場的實際熱處理溫度應在830℃左右。通過以上分析及試驗,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)督檢驗的重點環(huán)節(jié)之一,而硬度檢測是評價焊接熱處理效果的有效手段。通過匯總、分析大量的監(jiān)督檢驗工程實例,大口徑管焊接熱處理過程中不符合規(guī)程標準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)督檢驗采用的是駐場與階段性檢查相結(jié)合的方式,監(jiān)督項目已覆蓋了鍋爐安裝的各個環(huán)節(jié)。為了更有針對性地進行監(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)督檢驗的控制重點如下:3.1鍋爐安裝監(jiān)督檢驗硬度檢測是評價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。但目前部分標準對高合金耐熱鋼安裝焊縫的硬度要求不夠嚴格,如《鍋爐安裝監(jiān)督檢驗規(guī)則》規(guī)定,必要時監(jiān)檢人員應對鍋爐安裝焊縫進行硬度抽查;DL/T869—2004《火力發(fā)電廠焊接技術規(guī)程》規(guī)定,經(jīng)焊接工藝評定,且具有與作業(yè)指導書規(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)督檢驗人員應根據(jù)具體情況采用更科學的方式對其進行監(jiān)督,針對該類鋼的焊接建議將硬度檢測列為必查項目。若現(xiàn)場檢驗發(fā)現(xiàn)硬度異常,應考慮增加金相檢驗等手段來加以確認。3.2金耐熱鋼焊接工藝與焊接相關的安全質(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、檢驗等環(huán)節(jié)尤為重要。在安裝監(jiān)督檢驗過程中,應把上述環(huán)節(jié)的監(jiān)督放在首位。3.3熱處理過程監(jiān)督檢驗本案例中,監(jiān)督檢驗人員核查了該焊縫的焊接工藝評定報告、焊接作業(yè)指導書、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)督檢驗人員能夠加強現(xiàn)場的過程監(jiān)督時,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檢驗位置難以準確追溯本案例中,安裝單位的焊接記錄、自檢報告等均未見異常,但其檢驗位置已無法準確追溯,對異常的原因分析及后續(xù)的整改造成較大的困難。故應在安裝監(jiān)督檢驗過程中,加大對安裝單位各項技術數(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)