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1、会计学1焊接焊接(hnji)工艺调查工艺调查第一页，共31页。2023/2/721 1、概述、概述 2014 2014年年4 4月月4 4日，某厂日，某厂660MW660MW机组在运行时发现高中机组在运行时发现高中压缸下缸压缸下缸#3#3高压进汽插管焊缝泄漏。高压进汽插管焊缝泄漏。汽轮机为哈尔滨汽轮机厂设计制造的汽轮机为哈尔滨汽轮机厂设计制造的CCLN660-CCLN660-25/600/60025/600/600型超超临界凝汽式汽轮机。机组于型超超临界凝汽式汽轮机。机组于20092009年年6 6月投产，已运行月投产，已运行3.23.2万多小时。万多小时。高中压进汽插管材料高中压进汽插管材料
2、(cilio)(cilio)为为1Cr9Mo1VNbN 1Cr9Mo1VNbN(P91)(P91)，高中压外缸材料，高中压外缸材料(cilio)(cilio)为为ZG15Cr2Mo1(F22)ZG15Cr2Mo1(F22)。采用的是镍基焊材填充的手工电弧焊焊接工艺。采用的是镍基焊材填充的手工电弧焊焊接工艺。第1页/共30页第二页，共31页。2023/2/732 2、调查、调查(dio ch)(dio ch)分析分析 2.1 2.1 宏观检查宏观检查 泄漏处位于泄漏处位于#3#3高压高压(goy)(goy)进汽插管焊缝靠插管侧熔合线处，进汽插管焊缝靠插管侧熔合线处，是一条长约是一条长约3/43/
3、4圆周的裂纹，圆周的裂纹，1/41/4裂纹已贯穿，见图裂纹已贯穿，见图1 1。裂纹(li wn)图1#3高压进汽插管焊缝裂纹形貌 插 管缸体第2页/共30页第三页，共31页。2023/2/74图2 高压(goy)进汽插管结构图 进汽插管插 管 焊 缝(hn fn)接高压(goy)导汽管 高压外缸第3页/共30页第四页，共31页。2023/2/75图3 插管焊缝(hn fn)结构图 插管侧和缸体侧母材坡口上分别是约8mm和15mm的镍基焊条过渡层，焊缝中间(zhngjin)是用镍基焊材填充。焊缝裂纹具体处于插管镍基过渡层的熔合线上，焊接接头结构形式及裂纹位置图3。缸体中间(zhngjin)焊缝出
4、 现 裂纹处插管过渡层第4页/共30页第五页，共31页。2023/2/76 对其余对其余7 7个高中个高中(gozhng)(gozhng)压进汽插管的焊缝进行全面探伤检查，发现其余压进汽插管的焊缝进行全面探伤检查，发现其余7 7个个焊缝都存在多条宏观裂纹。裂纹的分布有沿两侧熔合线和焊缝上两种。高压进汽焊缝都存在多条宏观裂纹。裂纹的分布有沿两侧熔合线和焊缝上两种。高压进汽插管焊缝裂纹最长约插管焊缝裂纹最长约30mm30mm，中压进汽插管焊缝裂纹最长约，中压进汽插管焊缝裂纹最长约80mm80mm，位于中压，位于中压#4#4进汽进汽插管焊缝靠近缸体（插管焊缝靠近缸体（F22F22）侧焊缝表面。）侧焊
5、缝表面。2.2 2.2 表面表面(biomin)(biomin)探伤检验探伤检验第5页/共30页第六页，共31页。2023/2/77图4：中压#4进汽插管焊缝裂纹(li wn)形貌裂 纹(li wn)缸体插管第6页/共30页第七页，共31页。2023/2/78 对高中压进汽插管的焊缝对高中压进汽插管的焊缝(hn fn)全部进行金相检查，焊缝全部进行金相检查，焊缝(hn fn)金相组织均为金相组织均为胞状和柱状树枝晶，晶粒粗大。焊缝胞状和柱状树枝晶，晶粒粗大。焊缝(hn fn)均存在有晶间腐蚀倾向并存在微观沿晶裂纹。均存在有晶间腐蚀倾向并存在微观沿晶裂纹。图5：#1高压进汽插管焊缝(hn fn)
6、组织形1002.3 2.3 微观组织微观组织(zzh)(zzh)检验检验图6：#2高压进汽插管焊缝裂纹形貌100第7页/共30页第八页，共31页。2023/2/79 图7：#4高压进汽插管焊缝(hn fn)裂纹形貌100图8：#3中压进汽插管焊缝(hn fn)晶间腐蚀形貌100第8页/共30页第九页，共31页。2023/2/710 图10：#4中压进汽插管熔合线及焊缝(hn fn)裂纹形100图9：#4中压进汽插管焊缝(hn fn)裂纹形貌100第9页/共30页第十页，共31页。2023/2/7112.4 2.4 焊接工艺焊接工艺(gngy)(gngy)调查调查 该型号机组为引进日本三菱公司技
7、术，高中压进汽插管焊接采用三菱公司提该型号机组为引进日本三菱公司技术，高中压进汽插管焊接采用三菱公司提供的镍基合金堆焊、整体镍基合金材料填充的焊接工艺。焊接工艺要点如下：供的镍基合金堆焊、整体镍基合金材料填充的焊接工艺。焊接工艺要点如下：1.1.在插管侧坡口用在插管侧坡口用ENiCrFe-1ENiCrFe-1焊条焊条(hntio)(hntio)堆焊约堆焊约15mm15mm的过渡层，堆焊前预热的过渡层，堆焊前预热200-250 200-250，堆焊后，堆焊后7401074010高温回火处理。高温回火处理。2.2.在缸体侧坡口用在缸体侧坡口用ENiCrFe-1ENiCrFe-1焊条焊条(hntio
8、)(hntio)堆焊约堆焊约8mm8mm的过渡层的过渡层,堆焊前预热堆焊前预热200-200-250,250,堆焊后未进行焊后热处理。堆焊后未进行焊后热处理。3.3.插管组装到缸体后，采用插管组装到缸体后，采用ERNiCr-3ERNiCr-3焊丝打底和焊丝打底和ENiCrFe-1ENiCrFe-1焊条焊条(hntio)(hntio)第10页/共30页第十一页，共31页。2023/2/712填充，焊前不再预热，采用冷焊法，要求层间温度不超过(chogu)150，焊后不再进行热处理。汽轮机厂家提供了过渡层堆焊的焊接工艺评定报告，从报告的内容看，评定的项目是齐全的，焊样经过外观检查、无损探伤、拉伸、
9、弯曲、金相、硬度等检测，也均合格。说明过渡层堆焊焊接工艺是有合格的工艺评定为依据的。未提供焊接接头镍基焊材填充的焊接工艺评定报告。同时未见到插管焊缝的焊接记录、焊后检验等资料。第11页/共30页第十二页，共31页。2023/2/7132.5 2.5 原因原因(yunyn)(yunyn)分析分析从所了解的焊接工艺来看，缺少镍基焊材填充(tinchng)的焊接工艺评定报告。从现场检查情况看，所有的焊缝都存在微观裂纹，有普遍性；从微观金相组织看，焊缝金属晶粒粗大，存在晶间腐蚀裂纹，说明焊接时规范较大、焊缝在“敏化温度区”停留时间较长。堆焊层与P91钢的强度(qingd)差别大，堆焊工艺执行效果不佳及
10、热处理效果不良，会导致P91插管侧镍基堆焊界面成为强度(qingd)薄弱部位。第12页/共30页第十三页，共31页。2023/2/714 综上所述，认为焊接时工艺控制不当，致使焊缝金属晶粒粗大及在敏化温度区停留时间过长而出现焊缝金属的晶间腐蚀倾向(qngxing)，造成高中压进汽插管焊缝出现普遍的沿熔合线的晶间腐蚀裂纹及焊缝晶间腐蚀裂纹。P91钢与镍基合金界面镍基焊缝金属(jnsh)与两侧母材金属(jnsh)的线膨胀系数差值较大，在机组启-停和变动负荷工况时，两侧母材与镍基合金界面区域形成的热应力相对较大。第13页/共30页第十四页，共31页。2023/2/715区域较大的热应力和结构残余应力
11、，是插管焊缝沿堆焊层熔合线开裂泄漏的主要原因。因此，所有焊缝已不能通过修复的方法来消除缺陷，需要：将焊缝全部清除，重新进行焊接。更换焊接工艺(gngy)，应尽量少用或不用镍基材料焊接。第14页/共30页第十五页，共31页。2023/2/7163 3、焊接工艺、焊接工艺(gngy)(gngy)方案方案 P91钢属于9Cr-1Mo高强度马氏体耐热钢，主要用于亚临界、超（超）临界机组(jz)壁温不超过600的高温集箱和蒸汽管道。该钢具有相当高的冷裂倾向，在不预热条件下焊接裂纹达100%，当预热200250时可避免冷裂纹的产生。在焊接过程中严格控制焊件的层间温度和控制焊接输入热量，焊接接头在焊后状态为
12、高硬度的不稳定组织，必须及时焊后热处理。3.1焊接(hnji)性分析第15页/共30页第十六页，共31页。2023/2/717 F22属于Cr及Mo固溶强化的贝氏体热强铸钢，具有良好的综合性能，主要用于工作温度566的汽轮机内缸、阀壳、喷嘴室等铸件。其碳当量为0.85-1.09%，同样具有较大的淬硬倾向(qngxing)，若焊后冷却速度稍高，极易产生冷裂纹。同时，还有一定的再热裂纹倾向(qngxing)，可通过焊前预热、控制好层间温度、低的焊接线量等措施来控制。第16页/共30页第十七页，共31页。2023/2/718一、采用(ciyng)同质材料作为填充金属（热焊法）P91钢与F22均属于B
13、类钢，焊接时：1）焊材一般按与F22匹配选择，焊丝可选用TIG-40、焊条E6015-B3（R407）。2）预热温度按P91钢、焊后热处理按与F22要求的上限温度来确定。优点：工艺成熟，焊接质量有保障，接头的化学成份和高温性能与母材相当。缺点：工作量大、工艺复杂、操作难度大。3.23.2焊接焊接(hnji)(hnji)工艺工艺第17页/共30页第十八页，共31页。2023/2/719二、采用镍基材料作为填充金属（冷焊(ln hn)法）镍基焊材含镍量大于60%，含有多量其它因素，耐高温、耐腐蚀。常用的是Ni-Cr-Fe系和Ni-Cr系列。镍基焊材的最大优点就是焊后不用热处理。高中导进汽插管与缸体
14、装配时，由于缸体体积和厚度较大，结构也比较复杂，焊后在局部加热较高温度的话，若工艺控制不当，很容易在加热部位造成较大应力，引起缸体变形。这就是汽轮机厂选用镍基材料焊接（冷焊(ln hn)法）、避免焊后高温回火处理的原因。第18页/共30页第十九页，共31页。2023/2/720存在的问题：1.焊缝具有较大的焊接热裂纹倾向，需严格控制热输入量，减少接头在高温停留时间。2.焊接接头的晶间腐蚀倾向大。3.镍基材料焊缝线膨胀(png zhng)系数大，在使用时与两侧母材金属的熔合线上产生较大的膨胀(png zhng)应力，容易引起焊缝熔合线处开裂。第19页/共30页第二十页，共31页。2023/2/7
15、214.焊后超声波探伤检验的问题。还没有相应检验标准。目前，电力行业焊接方面的规程还没有这方面的规定。综合以上两种工艺方案，为彻底消除插管焊缝缺陷隐患，决定采用(ciyng)同质材料工艺(工艺方案一）对焊缝进行处理，镍基焊材工艺(工艺方案二）可做为临时处理措施。第20页/共30页第二十一页，共31页。2023/2/7 4 4、处理情况、处理情况 全部焊缝同时采用方案一处理，难度大、工期长全部焊缝同时采用方案一处理，难度大、工期长 ，综，综合考虑合考虑(kol)(kol)，对，对#3#3、#4#4 高压进汽插管焊缝进行彻底处高压进汽插管焊缝进行彻底处理，其它理，其它6 6道焊缝先按工艺方案二进行
16、临时处理，以后再逐道焊缝先按工艺方案二进行临时处理，以后再逐步彻底处理。步彻底处理。4.1 4.1 彻底处理彻底处理(chl)(chl)措施措施工艺要点：1.将原焊缝的过渡层、填充层和两侧母材热影响区淬硬层全部打磨去除，靠近缸体侧焊缝底层留4mm,靠近插管侧焊缝底层留2mm，并圆滑过渡。（为防止打磨至焊缝根部，局部(jb)应力过大第21页/共30页第二十二页，共31页。2023/2/7 造成底部焊肉撕裂管道错位(cu wi)，可用钢板对称布置将两端母材临时“搭桥”点焊定位，插管侧点焊需加热处理防止裂纹产生。3.应按照P91钢的焊接操作工艺要点进行施焊。4.焊后热处理控制在74010，在保证焊缝
17、及热影响区热处理温度的同时，保证缸体母材温度不超过710，要在缸体侧布置一个热电偶实时监控缸体温度。新焊口经过表面探伤、超声波探伤、金相组织和硬度检查。第22页/共30页第二十三页，共31页。2023/2/7 工艺要点：1.打磨裂纹(li wn)，对打磨深度超过5mm的采用冷焊法补焊，未超过5mm的可圆滑过渡，不用补焊。2.层间温度小于1503.小电流、短弧焊、断续、分散、对称焊。补焊部位经过表面探伤检查。4.2 4.2 临时临时(ln sh)(ln sh)处处理措施理措施第23页/共30页第二十四页，共31页。2023/2/7255.1 5.1 焊缝形式焊缝形式(xngsh)(xngsh)目
18、前已检查目前已检查1010台同类型机组，发现高中压进汽插管台同类型机组，发现高中压进汽插管焊缝共有三种形式焊缝共有三种形式(xngsh)(xngsh)：1 1）P91P91插管与插管与F22F22缸体对接，采用镍基焊材。缸体对接，采用镍基焊材。2 2）P91P91插管与插管与F22F22缸体对接，采用同质焊材。缸体对接，采用同质焊材。3 3）F22F22插管与插管与F22F22缸体对接，缸体对接，采用镍基焊材。采用镍基焊材。5 5、同类型、同类型(lixng)(lixng)机组检查情况机组检查情况第24页/共30页第二十五页，共31页。第3种插管形式(xngsh)如下图。图11：第3种插管形式
19、(xngsh)图2023/2/726过渡(gud)段进汽插管 外 缸第25页/共30页第二十六页，共31页。不同之处：在P91插管上设计加装了一段P22材质(ci zh)的过渡段，与缸体对接时成为P22同种钢焊接，仍采用镍基合金堆焊、整体镍基合金材料填充的焊接工艺。适用于额定蒸汽温度566的超临界机组。同时，焊接方法改为自动焊，易于控制焊接规范。272023/2/7第26页/共30页第二十七页，共31页。5.25.2检查情况检查情况 ：1 1）第）第1 1种类型的共种类型的共4 4台机组，检查时发现台机组，检查时发现(fxin)(fxin)焊缝表焊缝表面普遍存在无规律分布小裂纹，金相检验发现面
20、普遍存在无规律分布小裂纹，金相检验发现(fxin)(fxin)焊焊缝组织晶粒粗大，并存在微观裂纹。缝组织晶粒粗大，并存在微观裂纹。2 2）第）第2 2种类型的共种类型的共2 2台机组、第台机组、第3 3种类型的共种类型的共4 4台机组，检台机组，检查均未发现查均未发现(fxin)(fxin)表面裂纹，金相组织也正常。表面裂纹，金相组织也正常。2023/2/728第27页/共30页第二十八页，共31页。6.结束语：结束语：焊接工艺控制不当造成了高中进汽插管焊缝的开裂。应重视焊接工艺控制不当造成了高中进汽插管焊缝的开裂。应重视高中进汽插管焊缝的监督检查高中进汽插管焊缝的监督检查(jinch)，首先要查明焊缝的结，首先要查明焊缝的结构形式和焊接工艺，同时在机组检修期间，要做好焊缝的金属构形式和焊接工艺，同时在机组检修期间，要做好焊缝的金属检验工作（主要是金相组织检查检验工作（主要是金相组织检查(jinch)和表面无损检查和表面无损检查(jinch)），对发现有问题的应查明原因并进行处理，保证设），对发现有问题的应查明原因并进行处理，保证设备的安全运行。备的安全运行。第28页/共30页第二十九页，共31页。谢谢谢谢(xi xie)！第29页/共30页第三十页，共31页。2023/2/7感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)。第30页/共30页第三十一页，共31页。