摘 "要：本文是針對，超超臨界（USC）鍋爐水冷壁在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)的泄漏、裂紋等問題，通過現(xiàn)場的勘察和理化試驗(yàn)分析從而對工藝改進(jìn)采用合金含量更高，熱強(qiáng)性更好的鋼材代替?zhèn)鹘y(tǒng)統(tǒng)的鐵素體-貝氏體耐熱鋼.。

關(guān)鍵詞：超超臨界;水冷壁;工藝改進(jìn);鋼材代替;

中圖分類號：P755.1 " " "文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A " " "文章編號：1674-3520（2014）-11-00-01

引言

在國內(nèi)普通的超臨界機(jī)組中，水冷壁出口的汽水溫度約為420℃，正常情況下它的金屬溫度可能達(dá)到450℃，通常選用T12、T11等均可以滿足使用要求?？墒浅R界（USC）鍋爐水冷壁的運(yùn)行壓力和溫度都有明顯的提高，因此，以往在亞臨界和普通的超臨界機(jī)組中采用的鋼材已不能滿足要求，需要采用合金含量更高，熱強(qiáng)性更好的鋼材，除此以外，這些鍋爐的水冷壁大多是膜式壁，由于鍋爐容量增大，為了提高效率，希望增大受熱面積，為此需要減小管徑，這樣就使水冷壁變成為更大更薄的結(jié)構(gòu)。如果仍采用傳統(tǒng)的鐵素體-貝氏體耐熱鋼，焊后就需要進(jìn)行焊后熱處理。對這樣大而薄的平面形構(gòu)件實(shí)施熱處理不僅難度很大，而且構(gòu)件在受熱后極易產(chǎn)生扭曲變形，且這種扭曲變形是極難矯正的。因此，從工藝要求出發(fā)，需要采用焊接以后不進(jìn)行熱處理的鋼材來制作?？梢姡糜赨SC鍋爐水冷壁的材料不僅應(yīng)該在550-570℃下具有足夠的蠕變斷裂強(qiáng)度，而且要求焊前不用預(yù)熱、焊后不必?zé)崽幚淼暮附有粤己玫匿摬?。T23鋼就是適應(yīng)這種要求的材料。

一、T23鋼簡介

T23鋼是在T22（2.25Cr-Mo）鋼的基礎(chǔ)上，通過降低碳含量和添加W（以便加強(qiáng)固溶強(qiáng)化的作用），添加V、Nb、B（起著微合金化和彌散析出強(qiáng)化作用）而獲得的材料。

二、T23鋼的焊接性

1、T23鋼對冷裂紋的敏感性很低，無裂紋傾向，預(yù)熱溫度為室溫20℃。2、T23鋼具有再熱裂紋傾向，敏感溫度區(qū)間為600～750℃。3、T23鋼具有時效傾向，時效傾向在550℃時最為明顯，溫度升高到600、650℃時時效傾向就消失了。4、T23鋼是細(xì)晶強(qiáng)韌型鐵素體耐熱鋼，焊縫韌性低以及焊縫韌性對焊接工藝參數(shù)具有敏感的特點(diǎn)。

三、T23鋼的焊接工藝評定

目前已做的T23鋼的焊接工藝評定項(xiàng)目 （焊材采用德國蒂森公司生產(chǎn)的UnionIP23焊絲和ThermanitP23焊條）

1、GTAW（Ws）預(yù)熱、不做焊后熱處理。2、GTAW（Ws）預(yù)熱、做焊后熱處理。3、GTAW/SMAW（Ws/Ds）預(yù)熱、不做焊后熱處理。4、GTAW/SMAW（Ws/Ds）預(yù)熱、做焊后熱處理。5、GTAW（Ws）預(yù)熱、緩冷。6、GTAW（Ws）不預(yù)熱、緩冷以上工藝評定后的各項(xiàng)性能指標(biāo)（拉伸、彎曲、硬度）都合格。

四、在工程上采用的T23鋼的焊接施工流程

對口檢查 →預(yù)熱→點(diǎn)焊→ 焊接 → 焊工自檢→熱處理→無損檢驗(yàn)→專檢。

五、T23鋼在工程應(yīng)用中暴露的問題

泄漏的部位有設(shè)備焊口、設(shè)備焊縫，水冷壁管鰭片焊拼縫等。其中水冷壁與鰭片焊縫接合部位焊縫引起泄漏約占60%以上。

T23鋼在工程應(yīng)用中會暴露出裂紋，泄漏點(diǎn)。

原因初析：省煤器懸吊管斷裂分析：據(jù)中試所對斷口形貌觀察發(fā)現(xiàn)微觀形貌上沒有韌窩撕裂特征，同樣無明顯塑性變形。斷口呈較為典型的脆性斷裂特征，人字花樣收斂于（裂源）懸吊管與鐵件連接焊縫近熱影響區(qū)。結(jié)論（1）表面硬度及金相組織顯示管材組織上存在有一定的不均勻性;（2）懸吊管材質(zhì)相對伸長率略低表明管材的抗塑性變形能力相對不高;（3）造成懸吊管斷裂的原因可能與斷裂處焊縫焊接影響有關(guān)。

對策：1、T23鋼焊接工藝的改進(jìn)。（1）水冷壁管焊接工藝宜改為：焊接方法GTAW，火焰加熱，預(yù)熱溫度為100～150℃，層間溫度≤300℃，蓋面層為多道焊，焊后緩冷。① 焊前適當(dāng)加寬預(yù)熱溫度范圍和時間以確保焊接區(qū)域的預(yù)熱溫度為100～150℃，冬季作業(yè)環(huán)境溫度偏低，預(yù)熱溫度應(yīng)適當(dāng)提高。② 層間及蓋面層焊接應(yīng)嚴(yán)格控制熱輸入量和層間溫度，以提高焊縫的韌性。 ③ 焊后用保溫棉覆蓋整個焊縫使焊接接頭均勻冷卻。

（2）對焊縫成型要求。① 焊縫外觀成型要求圓滑過渡無咬邊缺陷。焊縫的蓋面宜一層多道，可克服咬邊缺陷，避免T23鋼對焊趾尖角缺陷的敏感。② 管內(nèi)根部焊縫成型力爭平整，不宜過透。USC鍋爐水冷壁管的溫度和壓力高，管內(nèi)根部焊縫過透會導(dǎo)致介質(zhì)通流截面減小，引起水冷壁超溫而爆管。

2、改進(jìn)水冷壁拼縫和水冷壁管與剛性過渡梁設(shè)計結(jié)構(gòu)的合理性，在保證強(qiáng)度的前提下，盡量減少焊接工作量。（1）其中水冷壁與鰭片焊縫接合部位焊縫引起泄漏約占60%以上，其原因與結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理有關(guān)。建議鍋爐廠在保證部件強(qiáng)度的前提下;盡量減小焊接工作量。（2）水冷壁密封嵌條鍋爐廠供給現(xiàn)場只有一種規(guī)格，裝配時容易引起裝配間隙多大，導(dǎo)致焊接填充金屬量大，焊接熱輸入量也隨之增大，這對T23鋼十分不利同時易造成焊接缺陷，這也是引發(fā)泄漏的重要原因。建議鍋爐廠提供多規(guī)格的密封嵌條，以減小現(xiàn)場裝配間隙，確保密封件的焊接質(zhì)量。

3、密封鐵件的焊接工藝。在施工過程中對水冷壁密封鐵的裝配工藝和焊接工藝一直不重視，施工工藝十分粗糙。而超超臨界機(jī)組的水冷壁溫度和壓力高。與水冷壁連接的拼縫和與剛性過渡梁之間的鐵件焊縫其特點(diǎn)是焊接工作量大，焊縫布置密集有的又交叉重疊，而T23鋼對熱輸入量十分敏感。故必須對密封鐵件的焊接工藝提出更高的要求：（1）水冷壁密封鐵件焊應(yīng)執(zhí)行分散多點(diǎn)焊的原則，焊接時宜采用分段焊工藝，以減少焊接區(qū)的熱輸入量，降低焊接殘余應(yīng)力和減少焊接變形。（2）焊前對焊接區(qū)域適當(dāng)預(yù)熱，宜采用小直徑焊條，與T23管側(cè)的焊縫應(yīng)無咬邊缺陷焊縫應(yīng)圓滑過渡。（3）密封嵌條裝配時應(yīng)與管填實(shí)，嚴(yán)格控制裝配間隙尺寸以減小焊接時對T23鋼管側(cè)的熱輸入量和焊接缺陷。

總結(jié)：通過對工藝的改進(jìn)采用合金含量更高，熱強(qiáng)性更好的T23鋼，此鋼用于USC鍋爐水冷壁的材料時在550-570℃下具有足夠的蠕變斷裂強(qiáng)度，而且要求焊前不用預(yù)熱、焊后不必?zé)崽幚淼暮附有粤己眯阅堋?/p>

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作者簡介：劉志晨 男 （1986年--）大專學(xué)歷，助理工程師。主要從事火力發(fā)電機(jī)組工程焊接專業(yè)技術(shù)管理工作。