CN102581435A - 高压加热器疏冷段中低合金钢管板的焊接工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压加热器疏冷段中低合金钢管板的焊接工艺，在管板正面带极堆焊形成正面堆焊层；其焊接工艺包括以下步骤：在管板上沿筋条中心线对称钻两盲孔，采用感应加热器对管板预热；在管板上焊接低碳钢筋条；对管板两盲孔处进行手工电弧焊堆焊；对两盲孔堆焊处的焊缝进行后热处理；打磨两盲孔堆焊处，对两盲孔堆焊处做MT、UT探伤，并同管板正面堆焊层一起做消除应力的热处理；在管板背面机加焊缝根部为U型的环形槽，在两盲孔处形成焊接结构；装疏冷段顶板，管板两盲孔的堆焊层与疏冷段顶板R处相焊，筋条与疏冷段顶板相焊。使用本焊接工艺，实现低合金钢管板大锻件后序焊接不需要局部预热，而不会产生焊接裂纹；保证焊接质量。

Description

高压加热器疏冷段中低合金钢管板的焊接工艺

技术领域

本发明涉及低合金钢管板的焊接工艺，尤其涉及一种高压加热器疏冷段中厚度δ≥200mm的大锻件低合金钢管板的焊接工艺，属于焊接技术领域。

背景技术

电站辅机如300-1000MW高压加热器管板的材质为低合金钢管板，通常是20MnMoNb、20MnMo等，低合金钢管板与疏冷段顶板的焊接，此焊缝是疏冷段焊缝的一部分，要求密封焊，以形成疏冷段的密封，避免蒸汽进入疏冷段而降低换热效率。

20MnMoNb管板为低合金高强钢锻件，其抗拉强度σb=610-780MPa，屈服强度为σs≥460MPa；20MnMoNb管板的化学成分见表1：

表1：管板20MnMoNb化学成分和组织  

20MnMoN管板的碳当量CE为0.552%左右，该值处于焊接性差的范围，若焊接冷却速度过大将形成淬硬的马氏体产生，产生冷裂纹；由于20MnMoNb低合金钢管板焊接性差，焊前需预热120-250℃，但该管板厚度达δ400-700 mm，使得散热快，焊接过程中，非常容易造成开始焊接时温度就达不到预热温度而产生冷裂纹，焊接过程中产生冷裂纹一直是焊接行业内的一大难点。

根据高压加热器的运行情况，要求所有高压加热器疏冷段焊缝都要采用密封焊，否则蒸汽一旦进入疏冷段，便会影响高压加热器的下端差。高压加热器下端差达不到设计值，其中较多的是下端差偏离设计值10℃以上，从而大大降低了高压加热器的换热效率，严重影响电厂的节能降耗。另外，疏冷段进入蒸汽后成为汽液两相，换热管很容易腐蚀；换热管一旦腐蚀便将影响高压加热器的使用年限。

在应用过程中，2009年某电厂600MW亚临界3#高压加热器在运行168小时后因蒸汽进入疏冷段而出现故障，该高压加热器返厂后对管系做灌水试验，发现疏冷段有较多水漏出，经检查后发现管板与疏冷段顶板R处存在焊缝泄漏，该焊缝泄漏导致整个高压加热器不能使用，带来极大的经济损失。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种高压加热器疏冷段中低合金钢管板的焊接工艺，解决管板环形槽与疏冷段顶板R处焊缝泄漏的技术问题，从而能有效的解决上述现有技术中存在的问题。

本发明目的通过下述技术方案来实现：一种高压加热器疏冷段中低合金钢管板的焊接工艺，包括疏冷段及其中的管板，在管板正面带极堆焊形成正面堆焊层，其焊接工艺包括以下步骤：

第一步，在管板上沿筋条中心线对称钻两盲孔； 

第二步，采用感应加热器对管板预热；

第三步，在管板上焊接低碳钢筋条；

第四步，对管板两盲孔处进行手工电弧焊堆焊，采用J507R焊条焊满，焊前保持预热温度；

第五步，对两盲孔堆焊处的焊缝进行后热处理；

第六步，打磨两盲孔堆焊处，对两盲孔堆焊处做MT、UT探伤，并同管板正面堆焊层一起做消除应力的热处理；

第七步，在管板背面机加焊缝根部为U型的环形槽，在两盲孔处形成焊接结构；

第八步，装疏冷段顶板，管板两盲孔的堆焊层与疏冷段顶板R处相焊，筋条与疏冷段顶板相焊。

作为一种优选方式，在第一步中，所述盲孔的直径为Ф60-70 mm，钻设在偏离环形槽中心的管板上。

作为一种优选方式，在第二步中，对管板预热温度为120-250℃。

作为一种优选方式，在第五步中，后热温度为250-450℃，时间3-4h。

作为一种优选方式，对第六步探伤合格后的堆焊层与管板正面堆焊层一起热处理，热处理要求为：600±10℃/6.5-8h，出入炉温度≤450℃，升降温量≤80℃/h。

作为一种优选方式，第八步中：采用超低氢J507RH焊条，焊前不预热，对该焊缝进行MT探伤。

本发明部分结构的作用为：

环形槽：实现管板与过热段筒节的对接。

筋条：用于与疏冷段顶板相焊。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、整个过程与传统工艺相比，增加了钻孔、手工焊堆焊及探伤工序，实现了低合金钢管板之间的焊接；

2、环形槽焊缝根部为U型，根部的残余应力较小，外加管板正面堆焊层的热处理，从而消除了孔在堆焊层部分的焊接残余应力，进而保证了疏冷段顶板与管板焊接的焊接质量；

3、通过钻孔、盲孔的堆焊与管板环形槽机加后的结合而形成新的焊接结构，解决了此处的焊缝泄漏，减少了高压加热器因焊缝泄漏，蒸汽进入疏冷段而降低其换热效率的影响；

4、使用本发明的焊接工艺，降低了换热管的腐蚀程度，从而增加高压加热器的使用寿命。

附图说明

图1为管板及环形槽的位置示意图；

图2为管板盲孔堆焊层及管板正面堆焊层局部示意图。

图中：筋条-1，  环形槽-2，  堆焊层-3，   盲孔-4，  正面堆焊层-5。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了相互排斥的特质和/或步骤以外，均可以以任何方式组合，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换，即，除非特别叙述，每个特征之一系列等效或类似特征中的一个实施例而已。

一种高压加热器疏冷段中低合金钢管板的焊接工艺，包括疏冷段及其中的管板，在管板正面带极堆焊形成正面堆焊层；其焊接工艺还包括以下步骤：

第一步，在管板上沿筋条中心线对称钻两盲孔，所述盲孔的直径为Ф60-70 mm，钻设在偏离环形槽中心的管板上；

第二步，采用感应加热器对管板预热，对管板预热温度为120-250℃；

第三步，在管板上焊接低碳钢筋条；

第四步，对管板两盲孔处进行手工电弧焊堆焊，采用J507R焊条焊满，焊前保持预热温度；

第五步，对两盲孔堆焊处的焊缝进行后热处理，后热温度为250-450℃，时间3-4h；

第六步，打磨两盲孔堆焊处，对两盲孔堆焊处做MT、UT探伤，并同管板正面堆焊层一起做消除应力的热处理，热处理要求为：600±10℃/6.5-8h，出入炉温度≤450℃，升降温量≤80℃/h；

第七步，在管板背面机加焊缝根部为U型的环形槽，在两盲孔处形成焊接结构，该焊接结构解决此处的焊缝泄漏，减少高压加热器因焊缝泄漏，蒸汽进入疏冷段而降低其换热效率的影响；

第八步，装疏冷段顶板，管板两盲孔的堆焊层与疏冷段顶板R处相焊，筋条与疏冷段顶板相焊，采用超低氢J507RH焊条，焊前不预热，对该焊缝进行MT探伤。

实施例1：

一种高压加热器疏冷段中低合金钢管板的焊接工艺，包括以下步骤：

在管板正面带极堆焊形成正面堆焊层5，此堆焊过程为常规手段，形成正面堆焊层以后，依次进行一下步骤，当然也可根据实际情况在第一步钻设盲孔后再对管板正面进行正面堆焊层，对整个焊接过程不影响。

第一步，在管板上沿筋条1中心线对称钻设两盲孔，所述盲孔4的直径为Ф60 mm，具体钻设在偏离环形槽2中心的管板上，可预先设定环形槽的位置，并确定其中心，再钻设盲孔。

对钻孔尺寸的要求：首先，如疏冷段顶板厚度为16mm的，对经过测量与计算找出管板表面上堆焊层边缘到顶板右下角处的最短距离为5mm，以此点画φ5mm的圆，计算出孔径约为61mm的圆正好与φ5mm的圆内切；再根据钻头尺寸选定φ62mm的钻头钻孔，计算出该点剩余堆焊层为5.44mm，然后在孔内部圆弧处，堆焊层为最薄处，设定该处堆焊层为7mm为宜，经计算此时孔最深处应为42mm；之所以设定堆焊层的尺寸大于计算所得尺寸，是为了避免因钻孔深度存在的误差。

第二步，在焊接筋条1时，采用感应加热器对管板进行大面积预热，对管板预热温度为120-250℃。

第三步，在管板上焊接低碳钢筋条1，筋条的作用是用于与疏冷段顶板相焊。

第四步，待筋条1焊接完后，立即对两孔处进行手工电弧焊堆焊，采用J507R 焊条焊满，焊接过程中应保持预热温度，每焊接一层将焊渣清理干净。

对堆焊层厚度的要求：如果堆焊层厚度不够，会造成管板的强化元素如Mo、Nb较多进入堆焊层内，增加疏冷段顶板与管板孔的堆焊层焊接时的焊接难度；如堆焊层厚度增大，孔深就要加大，孔的直径就也要增大，否则孔的手工堆焊时焊渣不易清除，容易产生夹渣等焊接缺陷；孔深的加大，这势必会对管板的有效厚度或强度造成影响。因此，通过堆焊后，在管板的环形槽剩余堆焊层应至少大于5mm才能满足后面的焊接要求。

第五步，对两孔堆焊处的焊缝进行后热处理及打磨，后热温度为250-450℃，时间3-4h,打磨采用砂轮打磨，打磨至与管板面平齐；

第六步，对两孔堆焊处做MT、UT探伤（UT是Ultrasonic test 超声波探伤的英文缩写）（MT是Magnetic test磁粉探伤的英文缩写）。

对第六步探伤合格后的堆焊层3与管板正面堆焊层5一起热处理，热处理要求为：600±10℃/6.5-8h，出入炉温度为400℃，升降温量为75℃/h。

第七步，在管板背面机加焊缝根部为U型的环形槽，在两盲孔处形成焊接结构；由于两孔堆焊处即两盲孔处的大部分在环形槽内，两盲孔处机加后，在两盲孔形成的焊接结构如附图2所示。

第八步，装疏冷段顶板，管板环形槽的堆焊层3与疏冷段顶板R处相焊，如附图1、附图2所示，筋条1与疏冷段顶板相焊，采用超低氢J507RH焊条，焊前不预热，对该焊缝进行MT探伤。

钻孔堆焊层对管板强度的影响：钻孔后孔最深处管板厚度最小，此处堆焊层厚度为12mm，而在管板厚度计算时留有足够的余量（远大于12mm）。按照复层当量厚度的相关标准计算方法：σc=[σ]₂ ^t /[σ]₁ ^txσ1，经计算得出此处堆焊层当量厚度为σc≈570/700x12=9.26mm，相当于只减薄了此处管板约3mm，在管板设计厚度范围内，对管板强度无影响。

钻孔堆焊层对管板与过热段筒节环缝强度的影响：有部分管板孔的堆焊层进入了管板与过热段筒节环缝的根部，钻孔堆焊层对管板与过热段筒节环缝强度无影响，因为过热段筒节材料为15CrMo（σb≥485MPa），而堆焊层焊条J507R熔孵金属的σb=490-590 MPa。

在管板环形槽筋条中心线上钻两个对称的的孔，对两孔手工焊堆焊，两孔的堆焊层经管板的环形槽机加后，剩余堆焊层与疏冷段顶板R处焊接，整个过程在现有技术的基础上只增加了钻孔、手工焊堆焊和探伤工序，把原来低合金高强钢与低碳钢的焊接，变成了低碳钢之间的焊接，同时借用了环形槽焊缝根部为U型，根部的残余应力较小，也借用了管板正面堆焊层的热处理，消除了孔的堆焊层部分的焊接残余应力，更好的保证了后面的疏冷段顶板与管板焊接的焊接质量。

应用实施例：

工号为19-115、118神华神东电力店塔电厂两台660MW超临界高压加热器上的运用。

工号为19-115、118的两台660MW超临界高压加热器，采用以上工艺通过钻孔、堆焊与管板环形槽的结合形成的新的焊接结构，解决了管板（材质20MnMoNb）与疏冷段顶板的R处焊接难题。

19-115、118产品管板正面堆焊完后，在管板偏离环形槽中心1.5mm的筋条中心线上钻两个对称的Ф60 mm的孔，焊接筋条时，采用感应加热器进行预热，待筋条焊接完后，立即进行两孔的手工电弧焊堆焊，焊条J507焊满，堆焊后UT、MT探伤一次合格，孔的堆焊层3与管板正面堆焊层5一起热处理；管板与过热段筒节环缝探伤合格后，装疏冷段顶板，管板环形槽的堆焊层与疏冷段顶板R处焊接，采用J507RH焊条，焊前不预热，对该焊缝MT探伤一次合格；产品19-118管板热处理后，对钻孔处手工焊堆焊层进行UT、MT复探，复探合格，说明工艺能够达到要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高压加热器疏冷段中低合金钢管板的焊接工艺，包括疏冷段及其中的管板，在管板正面带极堆焊形成正面堆焊层，其特征在于：其焊接工艺包括以下步骤：

第一步，在管板上沿筋条中心线对称钻两盲孔；

第二步，采用感应加热器对管板预热；

第三步，在管板上焊接低碳钢筋条；

第四步，对管板两盲孔处进行手工电弧焊堆焊，采用J507R焊条焊满，焊前保持预热温度；

第五步，对两盲孔堆焊处的焊缝进行后热处理；

第六步，打磨两盲孔堆焊处，对两盲孔堆焊处做MT、UT探伤，并同管板正面堆焊层一起做消除应力的热处理；

第七步，在管板背面机加焊缝根部为U型的环形槽，在两盲孔处形成焊接结构；

第八步，装疏冷段顶板，管板两盲孔的堆焊层与疏冷段顶板R处相焊，筋条与疏冷段顶板相焊。

2.如权利要求1所述的高压加热器疏冷段中低合金钢管板的焊接工艺，其特征在于：在第一步中，所述盲孔的直径为Ф60-70 mm，钻设在偏离环形槽中心的管板上。

3.如权利要求1或2中任一权利要求所述的高压加热器疏冷段中低合金钢管板的焊接工艺，其特征在于：在第二步中，对管板预热温度为120-250℃。

4.如权利要求3所述的高压加热器疏冷段中低合金钢管板的焊接工艺，其特征在于：在第五步中，后热温度为250-450℃，时间3-4h。

5.如权利要求4所述的高压加热器疏冷段中低合金钢管板的焊接工艺，其特征在于：对第六步探伤合格后的堆焊层与管板正面堆焊层一起热处理，热处理要求为：600±10℃/6.5-8h，出入炉温度≤450℃，升降温量≤80℃/h。

6.如权利要求5所述的高压加热器疏冷段中低合金钢管板的焊接工艺，其特征在于：第八步中：采用超低氢J507RH焊条，焊前不预热，对该焊缝进行MT探伤。

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