(浙江省电力建设有限公司 浙江宁波 315000)
摘要：本文以国内某新建2×660MW火电机组为例，对火电机组建设中焊接工艺新材料的应用及工艺难点进行详细介绍与分析，并提出相应的工艺优化措施。
关键词：火电机组；焊接工艺；新材料应用
引 言
近些年，随着电力工业的迅猛发展，高参数、大容量的超超临界机组逐渐成为当代火电机组的主要发展趋势，这也对工程建设中焊接材料及焊接工艺提出了更高要求，尤其是过热器、再热器等关键承压部位，对钢材的耐热性及力学性能要求显著提高。目前，世界主要先进国家普遍开始采用新型细晶奥氏体耐热钢和新型细晶强韧化铁素体耐热钢（如本文主要介绍的Super304H钢），它们普遍表现出抗氧化性良好、组织稳定性好、强度高及耐高温等优良特性，足以满足火电机组不同部件对材料的要求。
一、 工程概况
1.1该机组锅炉为超超临界参数、螺旋炉膛、前后墙对冲燃烧、一次中间再热、平衡通风、固态排渣、全钢构架、紧身封闭布置、无启动循环泵的Π型锅炉，锅炉出口蒸汽参数为28.4MPa(a)/605℃/612℃；汽轮机所采用型式为高效超超临界、一次中间再热、单轴、三缸两排汽、七级回热抽汽、凝汽式间接空冷机组，汽机的主要参数为27MPa(a)/600℃/610℃，额定功率为660MW(TRL工况)。
1.2焊接主要工作量及特点：本工程锅炉侧焊接工作主要包括锅炉本体焊接（焊口数共计48114道）、锅炉杂项管道焊接（焊口数共计2020道）、中大径管焊接（焊口数共计820道）及钢结构焊接；本工程汽机侧焊接工作主要包括高压大口径焊接（焊口数共计583只）、中低压管道焊接（焊口数共计11568只）及其它设备焊接。
与许多传统火电机组相比，本工程引入了Super304H、SA-213T92、SA-335P92等多种新型钢材，每种新型钢材均在现场布有数量不一的焊口；同时本工程在热力系统中使用了大量的合金钢。据统计，除省煤器采用碳钢外，其余机组主要部件皆采用合金钢构造，其中锅炉热力系统的合金钢用量更是占到钢材总量的80%以上。
二、焊接工程主要施工工艺及技术要点
焊接前应确定合理的焊接方法，并控制焊接电流与焊接速度。焊接电流是影响焊接质量的关键因素之一，在焊接时，应注意严格控制焊接电流。当焊接电流过大时，将导致焊接线能量输入较大，焊缝金属在高温形态停留时间过长将促使金属层间晶粒长大变脆，使得焊缝韧性降低、合金元素容易烧毁；但应注意焊接电流也不应太低，尤其是在高合金钢焊接时，由于熔池的铁水温度高、流动性差、粘稠度高，过低的焊接电流容易在焊缝局部造成未焊透、夹渣等缺陷，从而影响焊接质量。
2.1重要合金钢的焊接。在进行T91、T92等重要合金钢的
焊接时，需要注意以下几点。
（1）在排管焊接对口前，需要检查管道内的清洁度。在准备气室时，管内应注意只用水溶纸封堵排管一侧，并注意使局部气室离管口距离保持约20～30cm。
（2）确保充氩效果。在实际操作中，许多焊接缺陷往往是由于冲氩封堵不严实、漏气、气体不纯等原因所造成。所以在充氩前应确定合适的充氩方案，在充氩封堵后必须要认真检查，确保焊口处能够得到充氩保护，避免焊缝根部受到氧化。
（3）焊口温度应控制在160～200℃左右，焊后热处理应参照T92钢热处理工艺进行，即在保温棉内冷却至室温，待焊接完毕后及时采用专用电加热器进行焊后热处理。
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2.2四大管道的焊接。四大管道焊接主要包括 SA-335P92、WB36等材料 ，主要采用的是钨极惰性气体保护焊（下文简称GTAW）与手工电弧焊（下文简称SMAW）相结合的焊接方法，并需要注意以下几点。
（1）焊接打底及填充：焊接前必须先升温预热，同时开始充氩，在此期间须检查各项焊前准备工作，并调节焊接电压、电流。待预热温度达到约150℃后，开始进行点口工作，点口完毕后须注意卸除对口夹具。在预热时，热电偶应注意布置在加热区以内。在正式施焊开始前，焊接单位质检员应采用红外线测温枪测量焊缝温度，施焊焊工应采用测温笔对焊接坡口进行局部测温，待温度均达到要求后方可开始正式施焊。为提高焊接质量，必须严格控制层间焊接温度（GTAW为150～200℃，SMAW为200～250℃）及焊层厚度（GTAW前两层焊层的厚度控制在 4mm 以内，第三层焊层厚度约为 3mm 左右，其他焊层焊接厚度控制在4mm左右），同时在焊接时须测定并控制焊接电流，防止因电流过大而击穿焊层。
（2）坡口清理：在焊接时应时刻注意对坡口上的油、漆、水份等进行及时清理，以免产生气孔等缺陷。
（3）中间探伤：对于壁厚大于70mm的P91、P92等重要合金钢，必须进行中间探伤以确保焊缝根部质量。具体操作方法是待焊口焊到约20～25mm时停止焊接，并在保温层内缓冷至90～120℃，然后进行持续2h的恒温保护，待晶体内残留奥氏体全部转变为马氏体后，再升温至 310～350℃并进行恒温3h的后热处理，最后待焊口温度降至室温时进行中间探伤。
（4）热处理：主蒸汽、热段及高压给水管道均要求每道焊口在焊接前和焊接过程中进行预热处理，并在焊口施焊完毕后及时进行焊后热处理。此外，热电偶必须对称布置在各指定位置，并且要绑扎牢固。
三、Super304H钢的介绍及焊接施工要点
（1）Super304H钢是由日本住友金属株式会社和三菱重工在TP304H钢的基础上，添加了3%Cu、0.4%Nb和一定量的N而开发出的新型不锈钢，该钢种的特点是具有极高的蠕变断裂强度。此外，Super304H的组织性能和力学性能较为稳定，是目前火电超超临界机组各重要部位的首选材料。
（2）在施焊过程中，由于Super304H不锈钢管相对较易产生热裂纹，必须严格控制焊接线能量及层间温度，焊接时注意采用低电流、快速焊等方法控制焊接线能量。同时，为保证焊接接头和母材之间的匹配性，焊接材料宜选用ERNiCr-3，焊接电流控制在75～90A左右，焊接电压控制在9～12V左右，焊接速度控制在 60～90mm/min左右，并保证每层填充金属厚度不大于2mm。
（3）Super304H钢具有导热率低、散热慢的特性，若按传统施焊方式，即待一只口焊完后再焊第二只口的话，将导致焊接效率低下，可能对施工进度造成影响，因此Super304H钢应采用多管同时充氩并同时进行焊接的方式，提高焊接效率。
四、结束语
焊接工程是火电机组建设过程中的核心工艺之一，关系到机组能否正常如期运行投产。我们必须严抓其中的技术要点，积极引入新材料，加强质量管理，不断对各施工工艺进行进一步控制及优化，提高机组整体的安全性及经济效益。
参考文献:
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[2] 刘云朋.超级奥氏体不锈钢904L的焊接[J].河南化工，2006，23（12）.
[3] DL/T 869—2012.火力发电厂焊接技术规程[S].
[4] DL/T 819—2010.火力发电厂焊接热处理技术规程[S].
论文作者:陈文熙
论文发表刊物:《电力设备》2018年第34期
论文发表时间:2019/5/17
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