鎳基高溫合金腐蝕劑

　　專欄：019期

在役火電廠大型重要設(shè)備構(gòu)件綠色焊接修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)研究與工程應(yīng)用

本文選自第八屆（2016年度）

全國電力職工技術(shù)成果獎(jiǎng)

該文榮獲一等獎(jiǎng)

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　　項(xiàng)目完成人信息

　　項(xiàng)目完成人：王淦剛、陳忠兵、孫志強(qiáng)、朱平、楊佳

　　所在單位：蘇州熱工研究院有限公司

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　　項(xiàng)目針對問題現(xiàn)狀

　　電站大型重要設(shè)備構(gòu)件如鍋爐汽包、集箱、汽輪機(jī)汽缸、葉輪、除氧器等，在溫度、壓力、介質(zhì)等服役環(huán)境因素的作用下，經(jīng)過一定周期的服役，難免會(huì)出現(xiàn)材料老化損傷甚至變質(zhì)，母材特別是焊接接頭的組織、成分、力學(xué)的不均勻及不連續(xù)性，在工作應(yīng)力、焊接殘余應(yīng)力及疲勞應(yīng)力的作用下會(huì)出現(xiàn)裂紋等缺陷，尤其是貫穿性缺陷，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的泄漏甚至爆炸，帶來重大的人員或財(cái)產(chǎn)損失。

　　為確保機(jī)組的安全運(yùn)行，當(dāng)檢測出設(shè)備構(gòu)件超標(biāo)缺陷（尤指裂紋如下照片），發(fā)電企業(yè)將面臨設(shè)備更換或修復(fù)的選擇。針對電站大型重要設(shè)備大面積缺陷的早期失效的更多選用更換設(shè)備構(gòu)件；也有采用返回制造廠修復(fù)或更多拆除安裝狀態(tài)，在現(xiàn)場地面焊接修復(fù)方式，但這種情況將帶來檢修工期長、材料、能源消耗大、費(fèi)用高；對大型設(shè)備構(gòu)件在安裝位置，采用先進(jìn)的焊接工藝，實(shí)現(xiàn)低耗、節(jié)能、快速的綠色修復(fù)技術(shù)顯得非常必要和重要。

　　通常低合金鋼、Cr-Mo耐熱鋼及馬氏體鋼等設(shè)備構(gòu)件大多采用同質(zhì)焊材的焊前預(yù)熱及焊后高溫回火消應(yīng)力焊接修復(fù)工藝；部分設(shè)備構(gòu)件早期失效采用異種金屬焊材的不預(yù)熱，免焊后熱處理的冷焊修復(fù)工藝；國外部分設(shè)備采用自動(dòng)焊修復(fù)技術(shù)，而國內(nèi)更多采用手工焊修復(fù)技術(shù)；國外不僅關(guān)注修復(fù)后的接頭質(zhì)量性能，而且開展修復(fù)后的安全性能評價(jià)；國內(nèi)更多關(guān)注修復(fù)后的質(zhì)量性能檢測，而對全面系統(tǒng)的運(yùn)行安全性評價(jià)不夠。

　　注：照片第一排鍋爐集箱角焊縫裂紋（左）、汽輪機(jī)葉片裂紋（中）、除氧器內(nèi)壁裂紋（右）；第二排汽輪機(jī)汽缸裂紋（左）、鍋爐汽包內(nèi)壁角焊縫裂紋（中）、主汽閥前異種鋼焊縫裂紋（右）。

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　　項(xiàng)目原理說明

　?。?）本項(xiàng)目針對焊接修復(fù)特殊工藝的“黑箱”特點(diǎn)，將“系統(tǒng)工程”的新思路運(yùn)用于大型設(shè)備的焊接修復(fù)，即全面系統(tǒng)的掌握失效機(jī)理與根本原因，利用原材料、設(shè)備制造、安裝、維修、運(yùn)行等技術(shù)經(jīng)濟(jì)信息全面優(yōu)化修復(fù)方案，采用針對性更強(qiáng)、技術(shù)更先進(jìn)綠色節(jié)能環(huán)保的全方位焊接工藝措施，確保修復(fù)焊接接頭的質(zhì)量和性能。

　?。?）大厚壁汽包裂紋內(nèi)壁裂紋的焊接修復(fù)及熱處理加熱工藝并控制應(yīng)力變形是關(guān)鍵技術(shù)，本項(xiàng)目內(nèi)壁采用框架輻射電阻加熱器、外壁采用履帶式加熱片分區(qū)加熱控溫，過程中溫恒溫消應(yīng)力，嚴(yán)控升溫速度，達(dá)到了控制汽包溫差防止變形的重大問題；采用理論計(jì)算及現(xiàn)場變形監(jiān)測，有效控制汽包變形；

　　（3）采用超低氫低強(qiáng)度高韌性焊接材料以期獲得抗裂性更好的高韌性焊縫金屬；采用焊后中溫+高溫回火消應(yīng)力新技術(shù)，有效解決Cr-Mo-V該類鋼的再熱裂紋問題；

　　(4)采用低溫預(yù)熱、免做焊后熱處理的冷焊工藝，并輔以堆焊鎳基過渡層、鑲焊碳鋼板，降低焊接熔敷量，對稱焊等技術(shù)有效解決了Cr-Mo耐熱鋼厚壁鑄件大面積穿透性裂紋補(bǔ)焊過程的開裂及剝離問題；

　　(5)設(shè)計(jì)專用加熱裝置及專用錘頭快速錘擊消應(yīng)力，有效解決了大厚壁構(gòu)件特別是冷焊的殘余應(yīng)力大而導(dǎo)致裂紋及變形等難點(diǎn)問題；

　　(6)進(jìn)行焊前焊接殘余應(yīng)力測試及模擬計(jì)算，為更富針對性的焊接修復(fù)工藝規(guī)范提供了降低應(yīng)力的依據(jù)；

　　(7)采用手工焊技術(shù)實(shí)現(xiàn)大型設(shè)備構(gòu)件不需拆卸在原安裝位置的焊接修復(fù)，解決了檢修工期長，重新安裝定位難、變形等發(fā)電企業(yè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)難題；

　　(8)采用系統(tǒng)全面的焊修后構(gòu)件的安全評估，為電站設(shè)備壽命預(yù)測、優(yōu)化檢修、金屬監(jiān)督、避免非計(jì)劃停機(jī)及惡性事故發(fā)生，確保機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)可靠運(yùn)行，提高發(fā)電企業(yè)經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益奠定了基礎(chǔ)。

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　　項(xiàng)目實(shí)施效果說明

　　（1）實(shí)用化程度

　　本項(xiàng)目以解決現(xiàn)場實(shí)際關(guān)鍵技術(shù)問題為目的，其實(shí)用化程度頗高。利用項(xiàng)目對各重大設(shè)備構(gòu)件失效機(jī)理及根本原因分析并進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)反饋，為防止同類問題產(chǎn)生及分析提供支持；其關(guān)鍵技術(shù)在電廠的安裝位置實(shí)現(xiàn)設(shè)備構(gòu)件的修復(fù)再制造，不僅解決了諸多重新拆裝的技術(shù)問題，同時(shí)節(jié)約了大量資源消耗。大厚壁汽包修復(fù)利用內(nèi)外壁不同加熱工藝關(guān)鍵技術(shù)不僅解決了溫度的均勻技術(shù)難點(diǎn)，而且有利于保證汽包修復(fù)過程的應(yīng)力與變形可控等設(shè)備的穩(wěn)定性問題；采用中溫+高溫回火處理有效防止Cr-Mo-V鋼產(chǎn)生再熱裂紋問題，冷焊修復(fù)對難以進(jìn)行焊后熱處理的大型鑄鋼件有很好的實(shí)用性。設(shè)備修復(fù)后安全性評估可用于同類設(shè)備的壽命評估、優(yōu)化檢修及維修策略。本項(xiàng)目不僅具有解決現(xiàn)場關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)用性，而且具有降低消耗、節(jié)約資源、提高經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的實(shí)用性。

　　（2）應(yīng)用范圍

　　本項(xiàng)目主要用于常規(guī)火電廠大型主要設(shè)備低合金鋼、耐熱鋼部件的現(xiàn)場安裝位置的失效焊接修復(fù)，而且也可用于核電廠常規(guī)島重大設(shè)備同類部件的修復(fù)；同時(shí)也可用于石油化工、各種工程機(jī)械設(shè)備早期失效的焊接修復(fù)，實(shí)現(xiàn)裝備在原安裝位置的現(xiàn)場“綠色再制造”。

　?。?）經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益

　　與國外修復(fù)比較器修復(fù)設(shè)備投入可以節(jié)約50%～60%。采用設(shè)備原安裝位置就地焊接修復(fù)減少拆裝消耗80%～90%。采用設(shè)備修復(fù)再制造恢復(fù)其設(shè)備功能性能，避免更換新設(shè)備，可節(jié)省總投入90%～95%。由于采用焊接修復(fù)的綠色再制造技術(shù)，使材料、能源、機(jī)械、人工等降低到最小程度，從而實(shí)現(xiàn)了低耗、節(jié)能、綠色、環(huán)保的社會(huì)效益；確保了設(shè)備安全可靠運(yùn)行，最大程度降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。由于采用焊接修復(fù)縮短了檢修工期，實(shí)現(xiàn)了發(fā)電企業(yè)新增發(fā)電量，不僅增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，而且為社會(huì)提供了急需的電力資源，促進(jìn)了社會(huì)和諧。

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　　項(xiàng)目推廣前景描述

　　本項(xiàng)目的科技成果近年來得到了良好的推廣應(yīng)用。不僅在本項(xiàng)目中應(yīng)用于大唐馬頭電廠汽包修復(fù)、淮北電廠氣缸修復(fù)、國華盤山電廠主汽閥修復(fù)、常熟電廠轉(zhuǎn)子葉片修復(fù)，而且推廣應(yīng)用于廣西來賓電廠汽包修復(fù)、大唐石門電廠汽包修復(fù)、國華寧海電廠氣缸及葉片修復(fù)、蒲城電廠轉(zhuǎn)子葉片修復(fù)，國華綏中、伊敏、余姚電廠主汽閥修復(fù)等項(xiàng)目。同時(shí)將Cr-Mo-V鋼防止再熱裂紋產(chǎn)生的低匹配焊材及中溫+高溫回火技術(shù)推廣應(yīng)用于12Cr1MoVG及15Cr1Mo1VG（俄羅斯鋼號15X1M1Φ）管道、集箱、鍋爐部件等的焊接修復(fù)，獲得頗高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

　　由于該項(xiàng)目具有技術(shù)先進(jìn)、節(jié)能環(huán)保、低耗高效、恢復(fù)或提高設(shè)備構(gòu)件給您和性能的綠色再制造等優(yōu)勢，可推廣應(yīng)用于火電站大型重要設(shè)備的汽包、汽缸、葉輪葉片、管道、集箱、等構(gòu)件的安裝位置的缺陷修復(fù)，因此不僅可在電力行業(yè)全面推廣，而且可以在其他行業(yè)的機(jī)械設(shè)備缺陷修復(fù)中推廣應(yīng)用，必將帶來頗大的市場和經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益的前景。

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　　創(chuàng)新點(diǎn)、效果歸納

　　1.創(chuàng)新點(diǎn)

　?。?）采用現(xiàn)場勘查、取樣試驗(yàn)、宏觀微觀、經(jīng)驗(yàn)反饋、理論分析、模擬計(jì)算、理化性能、運(yùn)行環(huán)境、材質(zhì)評估、應(yīng)力測試、技術(shù)資料分析等技術(shù)集成研究各設(shè)備構(gòu)件的失效機(jī)理，分析其產(chǎn)生缺陷的根本原因，為修復(fù)技術(shù)方案制定及防治同類設(shè)備早期失效提供科學(xué)依據(jù)。

　?。?）采用超低氫、低配、高韌性的焊接材料，中溫+高溫回火處理有效防止Cr-Mo-V鋼的產(chǎn)生再熱裂紋問題。

　?。?）對難以進(jìn)行焊后熱處理的大型鑄鋼件，采用鎳基焊接材料、冷焊技術(shù)現(xiàn)場安裝位置修復(fù)大面積貫穿性裂紋，實(shí)現(xiàn)低耗、節(jié)能、環(huán)保、綠色再制造。

　　（4）采用內(nèi)外壁不同加熱方法，解決了大厚壁構(gòu)件預(yù)熱及焊后熱處理技術(shù)關(guān)鍵，有效控制設(shè)備修復(fù)的應(yīng)力和變形，確保了設(shè)備構(gòu)件的尺寸穩(wěn)定性。

　?。?）集成焊接工藝及接頭性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)，檢測修復(fù)焊接接頭的金相組織、力學(xué)性能（如硬度等）、無損檢測、焊接殘余應(yīng)力的測試及計(jì)算的結(jié)果，結(jié)合材料評價(jià)、運(yùn)行的工況等對焊接修復(fù)后的構(gòu)件接頭進(jìn)行安全可靠性評估，為優(yōu)化維修、壽命評估及機(jī)組安全運(yùn)行提供技術(shù)依據(jù)。

　　2.效果歸納

　　本項(xiàng)目采用系統(tǒng)全面的檢測試驗(yàn)、進(jìn)行設(shè)備構(gòu)件早期失效的根本原因分析，采取正對性更強(qiáng)的低耗、節(jié)能、高效、環(huán)保、綠色的焊接技術(shù)，對電站大型重要設(shè)備構(gòu)件的早期失效實(shí)現(xiàn)在安裝位置的缺陷修復(fù)的再制造，恢復(fù)或提高其設(shè)備構(gòu)件的功能和性能，修復(fù)后進(jìn)行設(shè)備構(gòu)件的安全可靠性及壽命評估，從根本上解決了在役電站大型設(shè)備構(gòu)件在不返廠情況下安裝位置的修復(fù)關(guān)鍵問題，具有頗高的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

　　?往期專欄

　　【專欄】018期：超臨界機(jī)組蒸汽管道與聯(lián)箱焊接關(guān)鍵技術(shù)研究

　　【專欄】017期：新能源接入條件下備自投裝置和線路保護(hù)誤動(dòng)解決方案研究和應(yīng)用

　　【專欄】016期：數(shù)模一體化電能質(zhì)量監(jiān)測終端自檢平臺

　　【專欄】015期：智能電能表庫房管理自動(dòng)分揀與回收裝置

　　【專欄】014期：電能表自動(dòng)化基本檢定單元研制與應(yīng)用

　　【專欄】013期：配電自動(dòng)化EPON與LTE230雙模通信系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用

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　　【專欄】011期：基于循環(huán)六氟化硫氣體的組合電器微水密度在線監(jiān)測系統(tǒng)

　　【專欄】010期：電力變壓器抽檢理論及模式策略研究

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　　?重要通知倒計(jì)時(shí)

　　?關(guān)于EPTC

　　全國輸配電技術(shù)協(xié)作網(wǎng)，縮寫“EPTC”，由中電聯(lián)和中電協(xié)共同組建，致力于為電力技術(shù)工作者職業(yè)發(fā)展提供服務(wù)、為專家智庫搭建溝通平臺、為產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新協(xié)作構(gòu)建渠道，目前已建立了六大職能服務(wù)體系。

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