超超临界锅炉水冷壁管屏焊接变形缺陷分析及工艺控制

超超临界锅炉水冷壁管屏焊接变形缺陷分析及工艺控制

张富贵李龙

山东淄建集团有限公司山东淄博255024

摘要：随着我国经济的不断发展，越来越多的环境问题不断出现，全球变暖，严重影响人们的生活。减少二氧化碳排放，减少煤炭消费是抑制全球变暖的一个重要的手段。电厂煤炭消费和二氧化碳排放量占很大比例，提高燃煤发电机组的热效率，提高大型火电设备制造水平和研发制造超超临界电站锅炉技术是满足环境保护的一个重要问题。SA213-T92超临界和超超临界机组发展的理想材料，被广泛应用。在此基础上，阐述了T92钢的特点，并对其焊接过程中的质量控制要点进行了详细分析。

关键词：超超临界；发电技术

1引言

当前，SA213-T92型钢已经广泛应用于电力设备制造等领域，并且国外已经出现了一系列T92钢的改进品种，这些改进品种在使用温度以及蠕变断裂等方面都表现出了一定的优势。SA213-T92自身的加工性能好，抗腐蚀性强并且高温蠕变断裂强度高，因此被广泛应用到超临界机组以及超超临界发电锅炉等的制备中。

2超超临界发电锅炉SA213-T92钢焊接质量控制技术要点分析

2.1超超临界发电锅炉SA213-T92钢焊接简述

SA-T92钢是高合金马氏体耐热钢，其是将T91钢通过控轧技术、超纯净冶炼以及微合金化等手段形成的细晶强韧化热强钢。T92钢一般应用在正火和回火的状态下，并且Ac1介于800至835摄氏度，Ac3介于900至920摄氏度之间。如果从奥氏体温度冷却到室温，T92会从奥氏体组织转化为最高硬度值小于HV450的马氏体组织，并且Mf点一般在100摄氏度，Ms点一般在400摄氏度。为了提高T92钢的工艺性能，可通过工艺改进，提升自身的高温蠕变断裂强度，而且将自身的碳含量降低到很低的水平。在T92钢的焊接过程中，焊接钢管采用的规格为Φ44mm*9mm。采用的焊丝型号为SFA5.28FR90S-G92，焊条型号为SFA5.5E9015-G92，这些都符合ASME标准要求。

2.2焊接质量控制技术要点分析

通过对SA213-T92钢的性能分析以及结合实际的焊接经验，在对该种钢材进行焊接时，需要采取相应的工艺措施来对焊接质量进行控制。T92钢的焊接方式采用全氩弧焊接工艺，电弧焊盖面并用手工钨及氩弧焊打底。管口用对接接头的形式，坡口为V形，钝边距离为0.5至2毫米，坡口的间隙为2至3毫米，采用角向磨光机将坡口和管道内壁的油污和水渍等进行清理，最终使其露出金属光泽。

2.2.1焊前预热技术要点

在对T92钢焊接前首先需要预热，预热要从对口中心进行，加热采用中性焰。为了防止局部预热过高，需要均匀移动烘把。预热过程最好使用红外线测温仪对温度进行测试，温度需要控制在100至200℃，在规定温度上恒温至少三分钟后再进行焊接。

2.2.2焊接技术要点

焊接技术要点分为四部分，分别是固体打底焊、焊接、填充焊和盖面焊。一些固态高频弧焊需要使用设备，使用直流连接，焊接位置便于操作和视线的位置从树荫下，一般长度小于10毫米，厚度小于3毫米。固体焊接、氩提前和滞后的氩和灭弧需要持续一段时间后，氩气保护，直到消失的熔池冷却到深红色。定点需要焊接完成后检查焊接质量，一旦发现问题需要一些可靠的焊接。一些可靠的焊接是打底焊的一个重要组成部分，需要保证良好的焊接质量。在打底焊，需要揭示铝箔，铝箔焊接的公开，确保内部气体的保护。打底焊道，还需要关注角度焊炬、熔池需要完全淹没在氩气，尤其是当添加丝氩保护作用时不能被摧毁。当完成后添加焊丝，焊条头需要持续一段时间氩气保护，防止高温氧化。打底焊与厚层焊接完成后，需要用氩弧焊的方法，防止根的氧化层。填充床电极使用2.5毫米直径的焊条，焊层厚度小于2.5毫米，单焊道宽度的运动通常在10毫米。在需要确保良好的接头熔焊过程，并填入熔池之前收到弧，从而避免弧坑裂纹。此外，重要的是要特别注意角落位置焊接，焊接使用适当的角度，防止毛孔、咬边和不融化等等等等。做覆盖焊接时，首先检查是否填充图层填充槽，填充层需要低于槽表面约1毫米。如果在焊接坡口填料层平面，需进行磨削操作，等等。如果槽宽，可以使用多通道焊接方法，一般控制在2到3毫米厚度，宽度控制在8毫米，焊缝不能出现明显的凹槽。覆盖最重要的是控制焊接熔池的温度，槽两边的时间延迟要保持超过焊缝的中心。首先覆盖焊接处于焊接困难的境地，然后遵循的原则的焊接位置，避免对盖面焊缝产生影响。

2.2.3焊后热处理

在对焊口焊接完毕并冷却1小时后，再采取高温回火处理。高温回火处理通常采用加热的方法，利用远红外电加热，升温速率控制在160℃/H，温度保持在750℃范围内，温控时间约为1小时左右。当温度下降到300℃之后，可以对温度不进行控制，在保温层内进行冷却。热处理结束后，应当对工件的表面进行检查，确保没有裂缝，热电偶没有出现位移和损坏等现象。

315CrMoG钢材的应用及焊接性分析

3.115CrMoG钢在超临界机组中的应用

15CrMoG钢材主要广泛应用在超临界机组锅炉的包墙过热器、低温过热器、低温再热器以及水冷壁等承压部件上。而以上这些部件均属于锅炉的受热面部分，长期在高温高压的状态下运行，对焊缝以及焊缝热影响区的强度、冲击韧性和耐热性要求很高。

3.215CrMoG钢母材性能

15CrMoG属于珠光体低合金耐热钢，其金相组织为珠光体+铁素体，在高温下具有较高的热强性（Rm≥440MPa）和抗氧化性，并具有一定的抗氢腐蚀能力。

3.3焊接性分析

根据国际焊接学会推荐的碳当量计算公式，根据15CrMoG钢的碳当量来近似判断15CrMoG钢的焊接性。

4裂纹形成的原因

由于在施工现场施工和理论上有很大的差距，下面就现场实际施工过程中包墙过热器管对接焊缝形成裂纹的原因做一一分析：

4.1焊前预热不到位

根据DL/T819-2010规程要求，在管材壁厚≥15mm时按照规程提供的150℃～200℃来进行预热，如果在负温下焊接时其它规格的低合金管材也应适当进行预热。而包墙管的规格为φ38.1×9，且有时工程施工恰好处于冬季，因此焊前预热温度难以把握可能是形成裂纹的原因之一。

4.2每一层焊道的收弧位置影响

多数焊工在施焊时每一层最后的收弧位于焊缝的正12点位置，这就造成每一层的应力集中点位于焊缝正12点位置，会使多层应力集中进行累加，使得焊缝的正12点位置有形成裂纹的倾向。

4.3每一层焊道在最后收弧处熔合不良

由于每一层焊道最后的收弧位置是整个焊缝应力最集中的一点，如果在收弧处出现熔合不良，焊缝在冷却过程中发生收缩，在收缩应力的作用下极有可能在熔合不良的薄弱点形成裂纹。

4.4焊接线能量的影响

由于φ38.1×9的包墙管壁厚大，焊工为了追求效率在焊接过程中就会出现填充层的厚度太厚，而要想提高效率增大填充层熔敷金属的厚度就必然增大焊接电流，随着电流的增大就会造成焊缝热影响区附近产生过热组织，使晶粒粗大，降低焊缝的抗裂性能而导致裂纹的产生。

5防止裂纹形成的控制措施

（1）针对焊前预热不到位。在施工过程中首先将施工位置的环境温度提高到0℃以上，尽管是氩弧打底，但预热时要依照标准要求保证坡口处的温度保证在150℃～200℃。用便携式测温枪进行测量坡口两侧的温度，确保施焊前坡口两侧的温度符合规程要求。

（2）大多数焊工在焊接吊口位置的焊口时。习惯性每一层焊道的收弧位置位于焊缝的正12点位置。因此为了避免类似情况发生，在施工前一定做好技术交底工作，让每一位施工人员明白其中的利害关系。保证每一层焊道最后的收弧位置要错开5mm以上。

（3）防止每一层焊道最后收弧位置熔合不良的方法是适当提高焊接电流，减小焊接速度，同时要控制给丝量，必须保证铁水流动性，熔池清晰，熔合良好时方可收弧。

（4）控制焊接线能量。首先制定与现场施工相适应的焊接工艺，对于规格为φ38.1×9的包墙管来说，如果按照传统的施工习惯就是用三层将焊缝焊完，即：打底层、填充层和盖面层，这样势必会增大每一层熔敷金属的厚度。因此在施焊过程中除了打底层和盖面层外，要至少使填充层增加为两层。同时要采用适当的焊接工艺参数。

6结语

SA213-T92钢因为良好的性能，广泛应用于超临界发电锅炉的准备。本文详细介绍了T92钢的性能特征，和针对整个T92钢焊接工艺提出了一系列焊接质量控制点。通过实践证明，该T92钢焊接质量控制点，对未来的工作有一定的参考价值。

参考文献

[1]赵醒龙，李越胜.超超临界锅炉水冷壁管屏焊接变形缺陷分析及工艺控制[J].机电工程技术，2008，09：110-112+128.