火电厂高压管道国内外焊接标准比较
相春正 邬澍文
浙江省电力建设总公司 315010
概述:由于国内外对火电厂高压蒸汽管道焊接标准存在着区别,本文通过对国外提供的存在问题的管道焊缝进行试验分析,对国外标准进行客观的评价。 主题词:火电厂 高压管道
一 概况
浙江北仑电厂二期工程三台亚临界600MW 锅炉全套设备由日本石川岛播磨公司(IHI )提供,其中再热蒸汽冷段管道由IHI 公司向美国B.F.SHAW 公司采购。管道设计材料及运行参数分别为:内径997.3mm ,壁厚24.47mm ,材质ASME SA515Gr65,设计温度为361℃,设计压力为4.97MPa 。
管道到现场后,在检查中发现共有十三根再热蒸汽冷段管道存在如下问题:在管道端部有间距小于300mm 的两条焊缝,有的还用堆焊进行接长。
二 国内外标准比较
国内标准对火电厂高温高压管道焊接规定如下:管子两个对接焊缝的间离不宜小于管子外径。根据这一规定,上述十三根管子将被定为不合格,不能使用于本工程。但本工程合同规定采用ASME 标准,而ASME 标准对这类情况没有特别的规定。为此我们专门向美国ASME 委员会POWER PIPING分会咨询,他们认为:对动力管道用堆焊的方法局部接长以便管道对口是可以接受的。根据这一解释,该批管子是可以使用的。
三 试验
发现问题后,尽管有ASME 的上述解释,工地上仍及时对焊缝进行了检查、分析,检查的项目有焊缝的各区域及母材金属的金相组织、宏观硬度,同时还对工厂焊缝进行超声波检查。结果表明,焊缝各区域金相组织和硬度均属正常,超声波探伤也没有发现异常情况。 为确保工程质量,保证设备长期安全地运行,有必要在基建阶段消除所有隐患,因此工地上对该焊缝组织了更多的试验分析。
1、试验方案确定
在现场选择一条堆焊焊缝,在焊缝左右各1米处割下,用新的管子接上。在割下的2米管子左右各割下500mm 管段,用与工厂相同的焊接工艺焊成一个比较焊口(以下称“试验管”),剩下1米为工厂堆焊焊缝(以下称“堆焊管”)。两段管子送试验所进行对比试验,试验项目有:宏观检查、焊缝及母材金属化学成分分析、各区域常温/高温(361℃)抗拉强度试验、冲击韧性比较、热影响区缺口敏感性比较、焊缝热影响区残余应力比较、各区域金相组织比较、各区域硬度比较。
2、宏观检查
堆焊管实测壁厚为25mm ,焊接接头各区域的测量尺寸及取样位置分布见图一,截面宏观照片见照片一,照片证实了制造厂的说法,用堆焊进行管段端部壁厚加厚。试验管焊接接头的宏观照片见照片二。
3、化学成分分析
焊接标准
化学成分分析结果见表1 。
图一:堆焊管截面宏观示意图及力学、金相取样位置示意图
表一:化学成分分析结果
ASME 标准中关于SA-515Gr65的技术要求。
4、常温及高温拉伸试验
拉伸试验采取纵向取样,取样位置见图一,试样分析为光滑试样及带缺口试样二种。带缺口试样是为了确保断裂位置在热影响区。其试样包括了整个焊接接头区域及母材,主要为观察其断裂位置,以判断焊接各区域抗拉强度的相对薄弱区,试验结果见表二。 表二:常温及高温拉伸试验结果
5、常温及高温冲击韧性试验
冲击试样亦采取纵向取样,取样位置见图一,试验结果见表三。 表三:常温及高温冲击韧性试验结果
6、残余应力测试
残余应力测试采用盲孔电测法,测试位置见图二,测试结果见表四。 表四:残余应力试验结果
7、热影响区缺口敏感性(qe )
堆焊管及试验管的热影响区在常温、高温下对缺口的敏感性见表五。 表五:热影响区缺口敏感性(qe ) 图二:残余应力测点位置示意图
8、焊缝区域金相组织检查
金相检查部位为焊缝外表面,各金相检查点位置见图一,检查结果见表六。 表六:各区域金相组织一览表 照片号 对应位置 照片1 堆焊管焊接接头 照片2 试验管焊接接头 照片3 堆焊管安装焊缝
金相组织及说明 宏观照片,壁厚1/2处有明显热轧线 宏观照片
等轴铁素体和珠光体
图左为焊缝,树枝状结晶的铁素体和珠光体 图右为热影响区半熔化状铁素体和珠光体
照片4 堆焊管安装焊缝熔合区
照片5 堆焊管安装焊缝熔合区 同照片4 (不同放大倍数) 照片6 堆焊管安装焊缝热影响区 铁素体和珠光体
照片7
堆焊管堆焊焊缝 树枝状结晶的铁素体和珠光体 照片8 堆焊管堆焊焊缝熔合区 照片9 照片10 照片11 照片12
堆焊管堆焊焊缝熔合区 堆焊管母材(管材) 试验管焊缝 试验管焊缝熔合区
图左为焊缝:树枝状结晶的铁素体和珠光体
图右为热影响区半熔化段:粗大的魏氏组织
同照片8 (不同放大倍数)
铁素体和珠光体组织较粗大,图中为热轧线附近组织 等轴状的铁素体和珠光体
图右为焊缝:树枝状结晶的铁素体和珠光体
图左为热影响区半熔化段:魏氏体组织 照片13 试验管焊缝熔合区 同照片12 (不同放大倍数) 照片14 试验管焊缝热影响区 照片15 试验管母材
魏氏组织
铁素体珠光体
9、硬度分布
硬度测试采用里氏硬度法,再通过查表转换成硬度值。硬度测试为焊接接头的截面,管壁厚1/2处,测试结果见图3。
1为焊缝中心
10、试验结果分析
(1) 堆焊管与试验管与对应各区域的拉伸试验强度无明显区别,热影响区的性能前者略低于后者。
(2) 堆焊管各区域的常温冲击韧性与试验管大致相同,但堆焊管焊缝上部的冲击韧性比焊缝
中部低,高温性能前者比后者低,但其值在正常范围内。
(3) 堆焊管及试验管接头各区域残余应力的主应力分布较为合理,基本沿管道的切线方向,
堆焊焊缝热影响区二个测点测得的主应力值均大于母材的屈服强度。 (4) 堆焊管热影响区对缺口不敏感,与试验管情况相同。
(5) 堆焊管与试验管各对应区域的金相组织大致相同,均未发现异常组织。 (6) 堆焊管与试验管各对应区域的硬度变化趋势吻合得较好。
四 结论:
1、 通过对堆焊管与试验管各试验数据的分析比较,带有工厂堆焊焊缝的安装焊缝, 其各
项常规性能指标与试验管焊缝各对应区域比较并无大的差异, 也符合ASME 标准。
2、 国内标准对火电厂高压管道的要求明显高于ASME 要求,根据试验结果认为:对动
力管道用堆焊的方法局部接长是可以接受的,在不得已的情况下也是可以使用的。本文仅对此作简单分析,以供同类型问题参考。
参考文献:1、IHI 公司提供的管道设计、安装、图纸及手册。
2、电力建设施工及验收技术规范《管道篇》DL5031-94。 3、ASME 标准。
作者:相春正
男 1965年11月出生
长期从事电力建设管理工作
火电厂高压管道国内外焊接标准比较
相春正 邬澍文
浙江省电力建设总公司 315010
概述:由于国内外对火电厂高压蒸汽管道焊接标准存在着区别,本文通过对国外提供的存在问题的管道焊缝进行试验分析,对国外标准进行客观的评价。 主题词:火电厂 高压管道
一 概况
浙江北仑电厂二期工程三台亚临界600MW 锅炉全套设备由日本石川岛播磨公司(IHI )提供,其中再热蒸汽冷段管道由IHI 公司向美国B.F.SHAW 公司采购。管道设计材料及运行参数分别为:内径997.3mm ,壁厚24.47mm ,材质ASME SA515Gr65,设计温度为361℃,设计压力为4.97MPa 。
管道到现场后,在检查中发现共有十三根再热蒸汽冷段管道存在如下问题:在管道端部有间距小于300mm 的两条焊缝,有的还用堆焊进行接长。
二 国内外标准比较
国内标准对火电厂高温高压管道焊接规定如下:管子两个对接焊缝的间离不宜小于管子外径。根据这一规定,上述十三根管子将被定为不合格,不能使用于本工程。但本工程合同规定采用ASME 标准,而ASME 标准对这类情况没有特别的规定。为此我们专门向美国ASME 委员会POWER PIPING分会咨询,他们认为:对动力管道用堆焊的方法局部接长以便管道对口是可以接受的。根据这一解释,该批管子是可以使用的。
三 试验
发现问题后,尽管有ASME 的上述解释,工地上仍及时对焊缝进行了检查、分析,检查的项目有焊缝的各区域及母材金属的金相组织、宏观硬度,同时还对工厂焊缝进行超声波检查。结果表明,焊缝各区域金相组织和硬度均属正常,超声波探伤也没有发现异常情况。 为确保工程质量,保证设备长期安全地运行,有必要在基建阶段消除所有隐患,因此工地上对该焊缝组织了更多的试验分析。
1、试验方案确定
在现场选择一条堆焊焊缝,在焊缝左右各1米处割下,用新的管子接上。在割下的2米管子左右各割下500mm 管段,用与工厂相同的焊接工艺焊成一个比较焊口(以下称“试验管”),剩下1米为工厂堆焊焊缝(以下称“堆焊管”)。两段管子送试验所进行对比试验,试验项目有:宏观检查、焊缝及母材金属化学成分分析、各区域常温/高温(361℃)抗拉强度试验、冲击韧性比较、热影响区缺口敏感性比较、焊缝热影响区残余应力比较、各区域金相组织比较、各区域硬度比较。
2、宏观检查
堆焊管实测壁厚为25mm ,焊接接头各区域的测量尺寸及取样位置分布见图一,截面宏观照片见照片一,照片证实了制造厂的说法,用堆焊进行管段端部壁厚加厚。试验管焊接接头的宏观照片见照片二。
3、化学成分分析
焊接标准
化学成分分析结果见表1 。
图一:堆焊管截面宏观示意图及力学、金相取样位置示意图
表一:化学成分分析结果
ASME 标准中关于SA-515Gr65的技术要求。
4、常温及高温拉伸试验
拉伸试验采取纵向取样,取样位置见图一,试样分析为光滑试样及带缺口试样二种。带缺口试样是为了确保断裂位置在热影响区。其试样包括了整个焊接接头区域及母材,主要为观察其断裂位置,以判断焊接各区域抗拉强度的相对薄弱区,试验结果见表二。 表二:常温及高温拉伸试验结果
5、常温及高温冲击韧性试验
冲击试样亦采取纵向取样,取样位置见图一,试验结果见表三。 表三:常温及高温冲击韧性试验结果
6、残余应力测试
残余应力测试采用盲孔电测法,测试位置见图二,测试结果见表四。 表四:残余应力试验结果
7、热影响区缺口敏感性(qe )
堆焊管及试验管的热影响区在常温、高温下对缺口的敏感性见表五。 表五:热影响区缺口敏感性(qe ) 图二:残余应力测点位置示意图
8、焊缝区域金相组织检查
金相检查部位为焊缝外表面,各金相检查点位置见图一,检查结果见表六。 表六:各区域金相组织一览表 照片号 对应位置 照片1 堆焊管焊接接头 照片2 试验管焊接接头 照片3 堆焊管安装焊缝
金相组织及说明 宏观照片,壁厚1/2处有明显热轧线 宏观照片
等轴铁素体和珠光体
图左为焊缝,树枝状结晶的铁素体和珠光体 图右为热影响区半熔化状铁素体和珠光体
照片4 堆焊管安装焊缝熔合区
照片5 堆焊管安装焊缝熔合区 同照片4 (不同放大倍数) 照片6 堆焊管安装焊缝热影响区 铁素体和珠光体
照片7
堆焊管堆焊焊缝 树枝状结晶的铁素体和珠光体 照片8 堆焊管堆焊焊缝熔合区 照片9 照片10 照片11 照片12
堆焊管堆焊焊缝熔合区 堆焊管母材(管材) 试验管焊缝 试验管焊缝熔合区
图左为焊缝:树枝状结晶的铁素体和珠光体
图右为热影响区半熔化段:粗大的魏氏组织
同照片8 (不同放大倍数)
铁素体和珠光体组织较粗大,图中为热轧线附近组织 等轴状的铁素体和珠光体
图右为焊缝:树枝状结晶的铁素体和珠光体
图左为热影响区半熔化段:魏氏体组织 照片13 试验管焊缝熔合区 同照片12 (不同放大倍数) 照片14 试验管焊缝热影响区 照片15 试验管母材
魏氏组织
铁素体珠光体
9、硬度分布
硬度测试采用里氏硬度法,再通过查表转换成硬度值。硬度测试为焊接接头的截面,管壁厚1/2处,测试结果见图3。
1为焊缝中心
10、试验结果分析
(1) 堆焊管与试验管与对应各区域的拉伸试验强度无明显区别,热影响区的性能前者略低于后者。
(2) 堆焊管各区域的常温冲击韧性与试验管大致相同,但堆焊管焊缝上部的冲击韧性比焊缝
中部低,高温性能前者比后者低,但其值在正常范围内。
(3) 堆焊管及试验管接头各区域残余应力的主应力分布较为合理,基本沿管道的切线方向,
堆焊焊缝热影响区二个测点测得的主应力值均大于母材的屈服强度。 (4) 堆焊管热影响区对缺口不敏感,与试验管情况相同。
(5) 堆焊管与试验管各对应区域的金相组织大致相同,均未发现异常组织。 (6) 堆焊管与试验管各对应区域的硬度变化趋势吻合得较好。
四 结论:
1、 通过对堆焊管与试验管各试验数据的分析比较,带有工厂堆焊焊缝的安装焊缝, 其各
项常规性能指标与试验管焊缝各对应区域比较并无大的差异, 也符合ASME 标准。
2、 国内标准对火电厂高压管道的要求明显高于ASME 要求,根据试验结果认为:对动
力管道用堆焊的方法局部接长是可以接受的,在不得已的情况下也是可以使用的。本文仅对此作简单分析,以供同类型问题参考。
参考文献:1、IHI 公司提供的管道设计、安装、图纸及手册。
2、电力建设施工及验收技术规范《管道篇》DL5031-94。 3、ASME 标准。
作者:相春正
男 1965年11月出生
长期从事电力建设管理工作