电站660MW机组TP347H焊接质量控制
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[摘 要]本文介绍了印度纳佳660mw高温超临界燃煤机组，末级再热器现场焊接的管子是tp347h材质，其焊接是印度现场首次接触的新钢种焊接。通过本工程控制TP347H焊接的整个过程,治理印度施工方遇到的各类问题，完善焊接工艺方法，研究专项焊接的质量控制方式和焊接的管理模式。在施焊全过程严格的监督控制，从而获得了良好的焊接质量。
[关键词] 高温超临界机组TP347H奥氏体钢焊接工艺 质量控制
中图分类号：O231文献标识码： A
1.概述
印度纳佳现场2×660MW机组一期工程，锅炉末级再热器蛇形管排焊口，材质为TP347H，规格为φф60×4.5和ф57×4.5mm，共有2005道焊口。
为了保证接头的“使用性能合格”,避免在运行中提前失效，在现场焊接全过程中，我们严谨管理，加强过程控制，旁站监督检查。严格的控制焊接工艺和操作手法，保证了焊缝无损检验一次合格率。
2. 焊接问题及原因分析
2.1 TP347H钢的主要性能和强化方式
TP347H 钢是奥氏体不锈钢，属于高碳含铌Cr-Ni奥氏体不锈钢，相当于我国的1Cr19Ni11Nb。该钢种比316系具有更高的高温强度和更好抗高温氧化性能；由于含稳定化学元素Nb,其耐晶间腐蚀和耐多硫酸晶间应力腐蚀性能良好，在酸、碱、盐等腐蚀介质中其耐蚀性与含Ti的18-8 奥氏体不锈钢相近；由于此类钢组织为单相奥氏体，因此焊后无淬硬倾向。使用温度是≤650℃。
2.2.1TP347H中的Nb作为合金元素加入到钢中，与C生产的碳化物可生成沉淀硬化弥散作用。
2.2.2化学成分见表1
表1 TP347H钢的化学成分
2.3 焊接这TP347H钢的主要问题是：容易出现晶间腐蚀、应力腐蚀开裂和焊接热裂纹。
2.3.1避免晶间腐蚀，现场采用焊材中加入一些稳定碳元素的合金元素Nb；
2.3.2 Cr-Ni 奥氏体钢最容易发生应力腐蚀的温度范围是50℃~300℃，需要重视的是防止其发生应力腐蚀。尤其要重视防止接头焊接以后到锅炉升温运行的这段时间发生应力腐蚀。焊后固溶处理和杜绝焊后及固溶处理后的冷作变形可以防止发生应力腐蚀。
2.3.3 TP347H的焊接热裂纹敏感性，可通过选择杂质含量低的焊材、采用降低焊接热输入和层间温度的方法来防止裂纹，降低热输入量最直观的控制方法是尽可能减薄每层焊道的厚度。
2.4 选用的焊材及焊接工艺参数
2.4.1焊接方法采用全手工钨极氩弧焊（GTAW），焊接材料为焊丝AWS A5.9 ER347，化学成分如表2
表2焊材的化学成分
2.4.2TP347H焊接工艺参数
2.5焊接质量问题及产生原因
2.5.1 开始地面组合的焊接过程中出现缺陷有气孔、未熔合、未焊透、焊缝外观颜色较差 。
2.5.2 未熔合和未焊透：焊接时充氩保护采用的是从焊缝充氩，这就导致在撤掉充氩后封底处出现根部缺陷，为了使撤掉氩气后内部压力和纯度接近充氩时的状态，现场采取增大保护气室空间的措施，焊缝每侧保持在400mm以上的距离。焊速过快,过分强调焊接线能量的控制,忽略了对熔合要求。
2.5.3气孔: 氩气进入现场经过抽检纯度均达到99.99%的要求，排除氩气的影响；合适的焊工手法和焊接线能量的控制，焊接施工中挡雨措施到位，这些主观的人为因素加强了控制。
2.5.4层间温度较高，表面金属被氧化，从而焊缝和母材颜色较暗（深紫色），正常的外观颜色是浅黄色。
综上所述可知,TP347H奥氏体类钢合金含量较高,熔化金属流动性差等，因此，焊接这种材料时，对焊接规范、焊工操作技能以及焊口组对的要求就更高、更严格。
3．工艺措施
3.1严格对口质量要求
3.1.1坡口角度
坡口角度为30～35°，钝边0.5～1mm，间隙2.5～3.5mm，间隙太小容易造成未焊透；间隙过大，填充金属量大，焊接速度相对减慢，热输入量增加，从而造成焊层间温度难以控制。加强设备坡口尺寸的检查。
3.1.2坡口清理
管口在组对前应对母材的内外壁侧10～15mm范围内清理，把油污、漆、锈等清理干净，直到发出金属光泽。焊工在焊接前要对焊口进行100%的自查。对焊接清理不合格管口的焊工，责令其下岗半天反省。
3.2层间温度
小径管在焊接过程中，焊口温度容易升高，因热量不易散失，尤其是奥氏体不锈钢导热性较差，层间温度不宜下降。采用降低焊接热输入和层间温度的方法来防止热裂纹。因此每层焊道的厚度需要按照焊接工艺要求的厚度焊接，选择二层填充焊口焊接。现场采用100℃测温壁来测量层间温度，当笔放到焊缝上不熔化，即说明温度已经降到100℃以下，进行下层焊接，既可以提高焊缝质量又可以提高焊接效率。
3.3充氩保护
采用坡口处充氩的方法，点固前应当对焊口进行充氩保护,焊口两侧采用可溶纸进行封堵（卷成漏斗状）。氩气流量开始充时可以为15～25L/min逐渐减少。当内部氩气充满（以打火机在焊口不能打火为准），然后进行点焊与打底。（充氩工具是自制的蜂窝充氩扁铜管,这样充入的氩气密度较大,对焊缝内壁的保护效果比较好。）
3.4改进操作技术
3.4.1根据国内施工单位的经验教训，我们采取了现场焊材入库必须经过项目部焊接主管及以上人员验收。认真检查质保书、批号、数量、合金成分以及力学性能等，并进行光谱复查验收。严禁不合格的焊材进入仓库、流入施焊现场。为防止焊材用错，焊前做了统一的标识。TP347焊材用蓝色标识，管子与焊材一样做相同颜色的标识。在焊材上做标识时，标在焊丝的两个端部，在管子上距坡口处500mm处做标识。焊工在焊接前认真检查焊丝是否有锈蚀等缺陷，并及时更换。
3.4.2将铈钨棒WCe-20锥度磨成15°,较尖的钨极电弧更集中，温度集中有利于熔池形成和提高焊接速度，防止层间温度过高。
3.4.3用工具将打底封口的冷端加工成斜坡状，可以有效防止未熔合。
3.4.4焊层不宜太厚，采用多层焊，以减少焊缝的热输入量，从而降低层间温度，避免焊缝氧化。
3.4.5选用全氩焊接的方法，不仅焊缝外观美观，更有利的保证焊口的内部质量。
3.4.6为了严格控制层间温度，每个焊工带一支测温笔测量温度，来控制层间温度不超过100℃。
测温笔电流调节器
4.焊接工艺的实施
4.1 焊接方法
手工钨极氩弧焊焊接,直流正接。现场配备计量合格的就地电流调节器，方便于焊工及时的调节电流。
4.2焊接材料
焊丝牌号为：AWS A5.9 ER347H(Φ2.4)；氩气纯度≥99.99% 。
4.3焊接设备使用孟买ador焊接公司的直流焊机supergen-320。
4.4焊接顺序
我们从焊口下部平焊位置开始焊接，按照1,、2、3、4的标注顺序依次焊接。
4.5焊前练习
现场严格执行焊前练习鉴定规定,练习合格后方可上岗,焊前练习间设有模拟练习架,全部是模拟的实际焊接位置。
4.6坡口清理
管口在组对前应对母材内外壁每侧10～15mm范围内的油、水、漆、锈等清理干净，直到发出金属光泽。尤其是外层氧化膜打磨干净。
4.7层间温度
焊接过程中，要保证层间温度在100℃以内。
4.8焊接工艺参数严格执行公司焊接工艺评定的各项参数。
4.9焊层设计
焊接时，根部焊缝不宜过厚和过薄，根部过薄时容易烧穿，过厚时，热输入量增加，层间温度升高，焊缝易被氧化。根层厚度控制在2～3mm，盖面层控制在2～2.5mm范围内。
5.焊接质量
采用以上焊接工艺，末级再热器共2005道焊口，经射线检验，一次合格率达90%以上。
6.结论
6.1 焊接工艺的执行情况直接决定了焊接质量的好坏,严格按照焊接工艺施工是保证焊接质量的前提。
6.2 在施工前确定影响焊接质量较大的因素,把各种影响焊接质量的因素降到最低,可以提高施工进度并且减少焊接缺陷,超前的策划是保证施工进度和焊接质量的重要环节;
6.3 培养焊工的素质,提高焊工的责任心,激发焊工的积极性,高质量的焊接,需要高素质的焊工,只有焊工的自身素质提高了,焊接质量也一定会提高.
6.4焊接过程中，派设了专人进行旁站监督，对每一个环节加强监督控制，严格控制层间温度，严格控制每层的焊缝宽度和厚度。通过对焊接全过程进行完整的监督、控制，使作业的每道工序符合要求，从而获得了良好的质量。
参考文献
[1]《火力发电厂焊接技术规程》（DL/T869-2012）
[2]《奥氏体不锈钢焊接材料匹配与接头性能研究》朱平、赵建仓、柴晓岩等
[3]《TP347H钢焊接接头微观组织及断口形貌分析》张哲峰、王文先、洪卫
[4]天津电力建设公司工艺评定
作者简介
姓名:靳学鹏 性别:男 年龄:36 工作单位:天津电力建设公司职务:焊接主管 职称:工程师专业领域:焊接专业