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電站閥門用高合金耐熱鋼焊接的分析

[來源:原創] [作者:admin] [日期:14-01-02] [點擊:]

        1 概述
        隨著我國經濟的高速發展,社會用電需求量不斷增加,火力電站建設也在飛速發展。在火力發電汽輪機組中,超(超)臨界汽輪機具有效率高、煤耗低和污染物排放量低等優點,被國內外火力發電廠大量而廣泛地采用。超(超)臨界汽輪機(1000MW)主蒸汽參數為壓力25MPa,再熱蒸汽溫度600℃?;痣姍C組主蒸汽管道、再熱蒸汽管道熱段的使用材料由珠光體耐熱鋼的10CrMo910(DIN17175)、ASTMA335-P22發展到使用X20CrMoV121(DIN17175)、ASTMA335-P91、10Cr9Mo1VNb(GB5310-1995)等含有馬氏體的鐵素體耐熱鋼。與珠光體耐熱鋼管對焊連接的電站閥門鑄件是選用ZG20CrMoV、ZG15CrMo1V、WC6、WC9材料,通過機組常年運行證明,這些材料是完全可以滿足各方面技術性能要求的。1984年,ASME和ASTM將P91引入標準后,國際上P91材料在火電廠大容量機組的主蒸汽管道、再熱蒸汽熱段管道逐步被廣泛應用。P91材料的開發成功,使珠光體耐熱鋼和奧氏體耐熱鋼之間增加了新材料,填補了火電廠蒸汽管道在590~650℃溫度范圍內的材料空缺,使超臨界機組和超超臨界機組的發展有了相應的材料基礎。P91鋼相比珠光體耐熱鋼主要是減小了管道壁厚,如主蒸汽管道、再熱蒸汽管道壁厚減小約一半,電站閥門受壓件壁厚減小40%以上,產品自重減小65%以上,提高發電效率8%左右。
        早在70年代初,美國開始著手研究9Cr-1Mo鋼,且在不斷改進,直到1983年研制出改進型的9Cr-1Mo鋼,這是一種在9Cr-1Mo的基礎上加一定量的Nb、V、N等元素的合金。同年P91鋼被美國材料試驗學會(ASTM)和美國機械工程師學會(ASME)正式接受為鍋爐管道用材料。其材料級別為ASTM213-T91和ASME/SA335-P91。隨著P91材料的廣泛應用,我國的相關標準也進行了相應的補充和完善。如JB/T5263-2005中電站閥門鑄鋼件材料增加了C12A,GB5310-2008中增加了10Cr9Mo1VNbN和10Cr9MoW2VNbBN等。
        低合金耐熱鋼(15CrMo、20CrMo、12CrMoV、WC6、WC9等)在我國應用比較廣泛,其焊接性良好,只要采取合適的預熱溫度和焊后消除應力熱處理,可以得到滿足要求的優質焊縫。而P91/F91、P92/F92材料合金元素較高,焊接性明顯下降。電站閥門主要零部件采用C12A、P91/F91、P92/F92材料給閥門制造中的焊接工序帶來一定難度,選用合適的焊接工藝方法,適宜的填充材料,合理的焊接工藝規范是電站閥門制造的重要環節。本文僅就這類材料的鑄件補焊、結構焊接及耐磨堆焊等實施要點加以闡述。    
        2 鑄件的補焊
        在JB/T5263-2005和ASTMA217標準中均明確了可以采用補焊的方法對C12A鑄件的缺陷進行修復,并規定了具體的要求。
        ①補焊前應根據合同、圖樣或工藝要求對鑄件進行磁粉、滲透、射線或超聲波檢測,對檢測到的缺陷應進行清除,清除后方可對鑄件實施補焊。
        ②鑄件的補焊應在鑄件熱處理前按有關補焊工藝進行。
        ③補焊時應選用焊縫金屬與母材成分一致或相近的、力學性能等級相同的焊條進行補焊。
        ④當補焊是用來修補鑄件的水壓試驗泄漏或修補處的凹坑深度超過鑄件壁厚的20%或25mm(1in.)兩者中的較小值,或者該凹坑的面積超過65cm2(10in.2)時。補焊后應進行消除應力熱處理,并明確記錄焊后熱處理工藝。補焊后應對補焊部位采用檢驗鑄件的相同標準進行射線檢驗。
        ⑤鑄件同一部位缺陷的補焊次數不得超過2次。
        表1為ASTMA217-2002和JB/T5263-2005中C12A材料的化學成分與力學性能的比較。由表1可以看出,JB/T5263-2005中C12A鑄件的化學成分、力學性能與ASTMA217-2002中C12A鑄件的要求基本一致,只是S的含量有些偏差。


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