高效超超临界锅炉T23材料膜式壁制造方法与流程

本发明涉及一种高效超超临界锅炉t23材料膜式壁制造方法，属于锅炉设备技术领域。

背景技术：

为了适应高效超超临界锅炉的发展，t23材料低合金高强度耐热钢，由于具有良好的抗高温蠕变强度性能以及合适的性价比，被广泛应用于高效超超临界锅炉锅炉膜式壁中。生产实践证明t23材料珠光体耐热钢焊后进行热处理是必不可少的重要工序，由于t23材料存在再热裂纹倾向，容易在热处理过程中产生再热裂纹，各个制造厂在t23材料高效超超临界锅炉膜式壁制造过程中产生大量的再热裂纹，这些再热裂纹发生在t23材料热影响区晶界中，采用普通无损检测方法无法发现，往往在锅炉安装工地上以及锅炉运行后发生再热裂纹的扩展，导致高效超超临界锅炉失效事故，由于目前各个锅炉厂还没有找到有效的解决方案，已考虑放弃t23材料制造高效超超临界锅炉膜式壁，改为选择成本更高的t91材料制造高效超超临界锅炉膜式壁。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术缺陷，提供一种能防止发生再热裂纹的高效超超临界锅炉t23材料膜式壁制造方法。

本发明是通过如下技术方案来实现的：一种高效超超临界锅炉t23材料膜式壁制造方法，其特征在于：包括一种采用了t23材料制造膜式壁的高效超超临界锅炉，该锅炉的炉膛由t23材料螺旋膜式壁加12cr1mov材料螺旋膜式壁组成，在t23材料螺旋膜式壁与t23垂直膜式壁转换部位，由t23材料垂直膜式壁与大量t23材料多通锻件以及t23材料螺旋膜式壁拼接而成，垂直膜式壁由t23材料膜式壁分别与t23材料y通锻件以及t23材料t通锻件组成，超长的螺旋膜式壁分别由两段t23材料螺旋膜式壁拼接而成，或者由一段t23材料螺旋膜式壁与一段12cr1mov材料螺旋膜式壁拼接而成，在所有t23材料膜式壁与t23材料多通锻件对接焊口的两侧，以及t23材料膜式壁与12cr1mov材料膜式壁对接焊口的两侧，需要安装大量的镶块结构密封板，在t23膜式壁上还需要开孔并装焊孔管以及焊接大量附件，面对高效超超临界锅炉t23材料膜式壁复杂的结构，以及t23材料焊缝存在再热裂纹倾向等技术难题，武汉锅炉股份有限公司对于t23材料膜式壁制造过程中产生再热裂纹的原因进行了大量的试验和分析，发现了t23焊缝再热裂纹发生的部位集中在t23材料焊缝热影响区中的粗晶区，热影响区粗晶区晶粒的周围包裹着较厚的碳化物，这些碳化物在550度-730度敏感温度下呈现极低的朔性，在高应力作用下容易形成再热裂纹，t23材料焊缝的热影响区不仅分布在焊缝于母材的交界处，对于多层多道焊缝，还会发生在最后一道盖面焊缝与之前焊缝的交界处，这些部位是t23再热裂纹的发源地；在t23膜式壁在进行730度热处理时，升温过程中必须经过再热裂纹敏感温度，当t23焊缝存在较大的应力(例如焊接产生的拘束应力，加热产生的热膨胀受阻应力，强制装配产生的外加应力)时，当t23焊缝温度升到再热裂纹敏感温度区时，多个因素(热影响区，高应力，敏感温度)的叠加，在焊缝热影响区极易产生rt，mt不可探测的晶间裂纹，随着晶间裂纹的扩展，会形成rt，mt可探测的裂纹；针对先进超超临界锅炉膜式壁制造过程中存在大量的镶块结构，尤其在膜式壁与膜式壁拼接成超长膜式壁时，膜式壁过渡段管屏与大量锻件多通装配焊接时都有大量的镶块焊接，生产实践和大量试验表明，位于管子对接焊缝以及管子与锻件多通对接焊口两侧的镶块结构的焊缝，存在很高的拘束应力，通过对不同宽度的镶块进行焊接试验以及应力测试试验表明，镶块越窄焊接拘束应力越大，镶块两侧开坡口焊接产生的拘束应力比镶块两侧不开坡口产生的拘束应力要大得多，因为拘束应力远高于一般应力，它是造成再热裂纹的重要因素，采用减小拘束应力的一糸列方法都能有效防止再热裂纹的发生，在高效超超临界锅炉t23材料膜式壁的制造过程中，控制焊态组织，减小焊缝热影响区，减小焊接拘束应力，避免多个因素的叠加，是防止发生再热裂纹，完成高效超超临界锅炉t23材料膜式壁制造的技术关键，采用适当提高焊前预热温度，焊后及时覆盖保温毯缓冷措施，有助于降低焊缝硬度以及减小裂纹发生概率。

本发明高效超超临界锅炉t23材料膜式壁制造方法为：包括以下方法和步骤：

方法和步骤1：通过优化t23材料膜式壁制造工艺方法，对于分别由两段t23材料膜式壁拼接而成超长螺旋状膜式壁，或者由一段t23材料膜式壁与一段12cr1mov材料拼接而成的超长螺旋状膜式壁，改变常规的工艺方法，采用先将光管用自动焊方式接长为超长管子，采用自动热丝tig焊方法焊接对接焊口，焊材类型er90s-g(23)，规格焊接电流150-240a，焊接电压9-14v，预热温度150度，层间温度小于300度；然后对自动焊完成的对接焊口进行局部热处理，采用电加热箱式局部退火炉方法退火，电加热箱式局部退火炉可同时处理多根超长管的对接焊口，可安排在焊接场地附近实施退火，由于对接焊口应力水平比拘束应力低，可直接升温到730度保温一小时，消除应力和改善热影响区组织，使热影响区粗晶区内晶粒周围较厚的碳化物得到充分扩散之后，再采用光管加扁钢方式上膜式壁生产线焊接成超长膜式壁，优化工艺方法可减少70％镶块结构，从而大幅度减少产生再热裂纹的风险，又大幅度提高了生产效率。

方法和步骤2：对于埋弧焊焊剂提前进行300～350度烘干2小时之后进行保温，保温温度≥150度，每次施焊前，将埋弧焊焊机焊剂桶中的焊剂清理干净，从烘干机中取出温度≥150度的热焊剂倒入埋弧焊焊机焊剂桶中，然后打开埋弧焊焊机焊剂桶中的电加热器，维持焊剂温度在130度以上，每次开始焊接前，排空焊剂输送管中的冷焊剂，确保出口处的焊剂温度≥100度才能开始焊接。

方法和步骤3：采用箱式天然气加热炉对t23材料管子和扁钢以及t23材料膜式壁进行焊前预热，箱式天然气加热炉两端有便于工件穿过的开口，箱式天然气加热炉下方有数排火焰加热器，t23材料管子和扁钢以及t23材料膜式壁从箱式天然气加热炉中通过实现连续加热，预热温度≥120度，采用连续红外测温装置监测管屏表面温度，采用数字仪表实时显示温度，操作者可以通过调整加热器的阀门控制预热温度120-200度，较高的预热温度有利于彻底去除t23材料管子以及扁钢表面的露水，提高整个膜式壁的基础温度为实现焊后缓冷创造条件，采用多头膜式壁埋弧焊机时，管t23/板sa-387mgr12，焊材类型eb2+sj501，规格焊接电流340-440a，焊接电压26-30v，预热温度120度，针对管屏正面焊接时容易出现磁干扰现象，管屏的正面焊接采用交流模式，管屏的反面焊接采用直流模式，焊接完正面之后应及时在生产线上翻面，继续进行预热和焊接反面，无论是正面焊接还是反面焊接都需要边焊接边用保温被覆盖缓冷。

方法和步骤4：在龙门式埋弧焊机进行t23材料膜式壁拼宽焊接时，由于t23材料膜式壁小管屏存在一定刚性以及旁弯现象，在拼宽焊接过程中会产生较大的强制装配应力以及焊接过程中容易产生收缩受阻应力，在龙门式埋弧焊机进行t23材料膜式壁拼宽焊接时容易产生裂纹，因此焊前需要对小管屏旁弯度进行检查，必要时先进行旁弯校正，手工打磨抛光拼宽焊接部位见金属光泽，将龙门式埋弧焊焊机焊剂桶中的焊剂清理干净，从烘干机中取出温度130度左右的热焊剂倒入埋弧焊焊机焊剂桶中，然后打开埋弧焊焊机焊剂桶中的电加热器，维持焊剂温度在130度以上，每次开始焊接前，排空焊剂输送管中的冷焊剂，确保出口处的焊剂温度≥100度；采用安装在龙门式埋弧焊机上的天然气火焰加热器对管屏进行预热，天然气火焰加热器为多个可调节火焰强度的加热器组成，保证预热温度≥120度，采用龙门埋弧焊机焊接t23膜式壁时，管t23/板sa-387mgr12，焊材类型eb2+sj501，规格焊接电流340-440a，焊接电压26-30v，预热温度≥120度，边焊接边用保温被覆盖缓冷。

方法和步骤5：t23材料管子与t23材料管子对接焊接，t23材料膜式壁管子与t23材料锻件多通焊接，t23材料膜式壁管子与t23材料y通锻件焊接，t23材料膜式壁管子与t23材料t通锻件对接焊接时，采用手工tig焊方式焊接，焊材类型er90s-g(23)，规格焊接电流90-130a，焊接电压10-18v，预热温度≥150度，层间温度小于300度，焊接过程中对管内通99.999％氩气保护，氩气流量为9～11l/min，焊后及时用保温被覆盖缓冷。

方法和步骤6：针对t23材料膜式壁与12cr1mov材料膜式壁对接焊口，t23材料膜式壁与t23材料多通锻件对接焊口，t23材料膜式壁与t23材料y通锻件对接焊口，t23材料膜式壁与t23材料t通锻件对接焊口焊接之后，在装配焊接镶块结构密封板之前，预先对t23材料膜式壁与t23材料多通锻件对接焊口以及t23材料膜式壁与12cr1mov材料对接焊口进行730度保温一小时热处理，采用电加热箱式局部退火炉或者采用台车式退火炉方法退火，采用阶梯方式升温，升温到520度-550度时保温2小时消除部分应力，使热影响区晶界中碳化物部分扩散，然后再升温越过再热裂纹敏感温度到730度保温一小时，消除对接焊缝焊接应力以及使焊缝热影响区粗晶区内晶粒周围较厚的碳化物得到扩散，可以有效避免上线进行管子加扁钢埋弧焊过程中产生的敏感温度以及焊接应力导致再热裂纹的发生，也可以避免镶块焊接过程中产生的敏感温度以及拘束应力导致再热裂纹的发生。

方法和步骤7：对于镶块结构密封板的外形结构进行优化设计，仅在镶块结构密封板的两端开坡口，镶块结构密封板与管子接触部位不开坡口，镶块结构密封板装配时控制镶块结构密封板与管子装配间隙尽可能小，改进后的镶块结构密封板焊接之后可较大幅度降低应力水平。

方法和步骤8：控制镶块结构密封板焊缝质量，采用小的焊接热输入，多层多道焊接，以及采用分散跳焊方式焊接镶块结构密封板，其焊接顺序为先用手工tig焊完成镶块结构密封板坡口部位与膜式壁扁钢的对接焊缝焊接，然后完成镶块结构密封板与一侧管子的角焊缝焊接，最后完成另一侧镶块结构密封板与管子的角焊缝焊接，对于多个镶块结构密封板焊接，采用间隔跳焊方式分别对多个镶块进行焊接，有利于分散焊接热输入，控制层间温度，减小焊接应力，改善焊缝质量，采用手工tig焊方法焊接镶块结构密封板开坡口端时对，焊材类型er80s-b2，规格焊接电流90-140a，焊接电压10-18v，预热温度150度，层间温度小于300度，焊后及时用保温被覆盖缓冷；采用手工焊条电弧焊方法焊接镶块结构密封板角焊缝时，焊材类型e7018-b2l，规格焊接电流70-100a，焊接电压20-24v，预热温度150度，层间温度小于300度，焊后及时用保温被覆盖缓冷，控制焊道层间温度，提高焊前预热温度，采用焊后及时用保温面覆盖缓冷措施，这些措施均有利于提高焊缝质量，减小焊接应力，减小热影响区厚度以及减小晶粒度，使焊缝获得理想的组织和综合机械性能，有利于减少再热裂纹发生风险。

方法和步骤9：镶块结构密封板焊接之后的热处理，采用电加热箱式局部退火炉或者采用台车式退火炉方法退火；热处理工艺为520度-550度保温两小时热处理，既可避免t23材料焊缝热处理升温过程中经过再热裂纹敏感温度，又可有效去除镶块结构密封板焊缝焊接应力75％以上，还能使t23焊缝热影响区中粗晶区内晶粒周围较厚的碳化物得到充分扩散，使其失去再热裂纹敏感性，防止再热裂纹的发生。

本发明的有益效果在于：(1)、通过对t23材料焊缝再热裂纹的研究，找到了再热裂纹发生的部位，找到了不同因素对于产生再热裂纹的影响以及多因素叠加对于产生再热裂纹的影响。(2)、本发明提供了一种能克服现有技术缺陷，防止发生再热裂纹的高效超超临界锅炉t23材料膜式壁制造方法。(3)本发明提供的高效超超临界锅炉t23材料膜式壁制造方法，可为锅炉制造企业带来可观的经济效益。

附图说明

图1为本发明涉及的一种采用了t23材料制造膜式壁的高效超超临界锅炉示意图

图2为本发明涉及的t23材料前墙螺旋膜式壁示意图

图3为本发明涉及的t23材料前墙垂直膜式壁示意图

图4为本发明涉及的t23材料前墙螺旋膜式壁与垂直膜式壁过渡段示意图

图5为本发明涉及的t23材料前墙膜式壁拼接接长以及镶块密封结构局部放大示意图

图6为本发明涉及的t23材料螺旋膜式壁与垂直膜式壁与多通锻件装配焊接以及镶块密封结构局部放大示意图

图7为本发明涉及的t23材料垂直膜式壁与t23材料y通锻件装配焊接以及镶块密封结构局部放大示意图

图8为本发明涉及的t23材料垂直膜式壁与t23材料通锻件装配焊接以及镶块密封结构局部放大示意图

图9为本发明涉及的t23材料管子对接焊接示意图

图中：1-高效超超临界锅炉，2-t23材料前墙膜式壁，3-t23材料螺旋膜式壁，4-12cr1mov材料螺旋膜式壁，5-t23材料多通锻件，6-镶块结构密封板，7-t23材料膜式壁与12cr1mov材料对接焊口，8-t23材料膜式壁与t23材料多通锻件对接焊口，9-t23材料y通锻件，10-t23材料t通锻件，11-12cr1mov材料膜式壁与t23材料t通锻件对接焊口，12-t23材料膜式壁与t23材料y通锻件对接焊口，18-t23材料管子，19-t23材料垂直膜式壁。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步明。

一种高效超超临界锅炉t23材料膜式壁制造方法，包括一种采用了t23材料制造膜式壁的高效超超临界锅炉(1)，如图2所示该锅炉的炉膛由t23材料螺旋膜式壁(3)加12cr1mov材料螺旋膜式壁(4)组成，如图3图6所示在t23材料螺旋膜式壁(3)与t23材料垂直膜式壁(19)转换部位，由t23材料垂直膜式壁(19)与大量t23材料多通锻件(5)以及t23材料螺旋膜式壁(3)拼接而成，如图4图7图8所示t23材料前墙膜式壁(2)由t23材料膜式壁(19)分别与t23材料y通锻件(9)以及t23材料t通锻件(10)组成，如图5所示超长的螺旋膜式壁，分别由两段t23材料螺旋膜式壁(3)拼接而成，或者由一段t23材料螺旋膜式壁(3)与一段12cr1mov材料螺旋膜式壁(4)拼接而成，在所有t23材料螺旋膜式壁(3)与t23材料多通锻件(5)对接焊口(8)的两侧，以及t23材料膜式壁(3)与12cr1mov材料膜式壁(4)对接焊口(7)的两侧，需要安装大量的镶块结构密封板(6)，在t23材料膜式壁(3)上还需要开孔并装焊孔管以及焊接大量附件，本发明高效超超临界锅炉t23材料膜式壁(3)制造方法为包括以下方法和步骤：

方法和步骤1：优化t23材料螺旋膜式壁(3)制造工艺方法，对于分别由两段t23材料膜式壁(3)拼接而成超长螺旋状膜式壁，或者由一段t23材料膜式壁(3)与一段12cr1mov材料(4)拼接而成的超长螺旋状膜式壁，改变常规的工艺方法，采用先将t23材料管子(18)用自动焊方式接长为超长管子，采用自动热丝tig焊方法焊接对接焊口，焊材类型er90s-g(23)，规格焊接电流150-240a，焊接电压9-14v，预热温度≥150度，层间温度小于300度；然后对自动焊完成的t23材料管子(18)对接焊口进行局部热处理，采用电加热箱式局部退火炉方法退火，电加热箱式局部退火炉可同时处理多根超长管的对接焊口，可安排在焊接场地附近实施退火，由于对接焊口应力水平比拘束应力低，可直接升温到730度保温一小时，消除应力和改善热影响区组织，使热影响区粗晶区内晶粒周围较厚的碳化物得到充分扩散之后，再采用光管加扁钢方式上膜式壁生产线焊接成超长膜式壁，优化工艺方法可减少70％镶块结构密封板(6)，从而大幅度减少产生再热裂纹的风险，又大幅度提高了生产效率。

方法和步骤2：对于埋弧焊焊剂提前进行300～350度烘干2小时之后进行保温，保温温度≥150度，每次施焊前，将埋弧焊焊机焊剂桶中的焊剂清理干净，从烘干机中取出温度≥150度的热焊剂倒入埋弧焊焊机焊剂桶中，然后打开埋弧焊焊机焊剂桶中的电加热器，维持焊剂温度在130度以上，每次开始焊接前，排空焊剂输送管中的冷焊剂，确保出口处的焊剂温度≥100度才能开始焊接。

方法和步骤3：采用箱式天然气加热炉对t23材料管子(18)和扁钢以及t23材料膜式壁(3)进行焊前预热，箱式天然气加热炉两端有便于工件穿过的开口，箱式天然气加热炉下方有数排火焰加热器，t23材料管子(18)和扁钢以及t23材料膜式壁(3)从箱式天然气加热炉中通过实现连续加热，预热温度≥120度，采用连续红外测温装置监测管屏表面温度，采用数字仪表实时显示温度，操作者可以通过调整加热器的阀门控制预热温度120-200度，较高的预热温度有利于彻底去除t23材料管子(18)以及扁钢表面的露水，提高整个膜式壁的基础温度为实现焊后缓冷创造条件，采用多头膜式壁埋弧机焊接时，焊材类型eb2+sj501，规格焊接电流340-440a，焊接电压26-30v，采用箱式天然气加热炉进行焊前预热，预热温度≥120度，边焊接边用保温毯覆盖缓冷。

方法和步骤4：在龙门式埋弧焊机进行t23材料膜式壁(3)拼宽焊接时，由于t23材料膜式壁(3)小管屏存在一定刚性以及旁弯现象，在拼宽焊接过程中会产生较大的强制装配应力以及焊接过程中容易产生收缩受阻应力，在龙门式埋弧焊机进行t23材料膜式壁(3)拼宽焊接时容易产生裂纹，因此焊前需要对小管屏旁弯度进行检查，必要时先进行旁弯校正，手工打磨抛光拼宽焊接部位见金属光泽，将龙门式埋弧焊焊机焊剂桶中的焊剂清理干净，从烘干机中取出温度130度左右的热焊剂倒入埋弧焊焊机焊剂桶中，然后打开埋弧焊焊机焊剂桶中的电加热器，维持焊剂温度在130度以上，每次开始焊接前，排空焊剂输送管中的冷焊剂，确保出口处的焊剂温度≥100度；采用安装在龙门式埋弧焊机上的天然气火焰加热器对管屏进行预热，天然气火焰加热器为多个可调节火焰强度的加热器组成，保证预热温度≥120度，采用龙门埋弧焊机焊接时，焊材类型eb2+sj501，规格焊接电流340-440a，焊接电压26-30v，采用箱式天然气加热炉进行焊前预热，预热温度≥120度，边焊接边用保温毯覆盖缓冷。

方法和步骤5：t23材料管子(18)与t23材料管子(18)对接焊接，t23材料螺旋膜式壁(3)管子与t23材料锻件多通(5)焊接，t23材料垂直膜式壁(19)管子与t23材料y通锻件(9)焊接，t23材料垂直膜式壁(19)管子与t23材料t通锻件(10)对接焊接时，采用手工tig焊方式焊接，焊材类型er90s-g(23)，规格焊接电流90-130a，焊接电压10-18v，预热温度≥150度，层间温度小于300度，焊接过程中对管内通99.999％氩气保护，氩气流量为9～11l/min，焊后及时用保温毯覆盖缓冷。

方法和步骤6：针对t23材料螺旋膜式壁(3)与12cr1mov材料螺旋膜式壁(4)对接焊口(7)，t23材料垂直膜式壁(19)与t23材料多通锻件(5)对接焊口(8)，t23材料垂直膜式壁(19)与t23材料y通锻件(9)对接焊口(12)，t23材料垂直膜式壁(19)与t23材料t通锻件(10)对接焊口(11)焊接之后，在装配焊接镶块结构密封板(6)之前，预先这些对接焊口进行730度保温一小时热处理，采用电加热箱式局部退火炉或者采用台车式退火炉方法退火，采用阶梯方式升温，升温到520度-550度时保温2小时消除部分应力，使热影响区晶界中碳化物部分扩散，然后再升温越过再热裂纹敏感温度到730度保温一小时，消除对接焊缝焊接应力以及使焊缝热影响区粗晶区内晶粒周围较厚的碳化物得到扩散，可以有效避免上线进行管子加扁钢埋弧焊过程中产生的敏感温度以及焊接应力导致再热裂纹的发生，也可以避免镶块焊接过程中产生的敏感温度以及拘束应力导致再热裂纹的发生。

方法和步骤7：对于镶块结构密封板(6)的外形结构进行优化设计，仅在镶块结构密封板(6)的两端开坡口，镶块结构密封板(6)与管子接触部位不开坡口，镶块结构密封板(6)装配时控制镶块结构密封板(6)与管子装配间隙尽可能小，改进后的镶块结构密封板(6)焊接之后可较大幅度降低应力水平。

方法和步骤8：控制镶块结构密封板(6)焊缝质量，采用小的焊接热输入，多层多道焊接，以及采用分散跳焊方式焊接镶块结构密封板(6)，其焊接顺序为先用手工tig焊完成镶块结构密封板(6)坡口部位与膜式壁扁钢的对接焊缝焊接，然后完成镶块结构密封板(6)与一侧管子的角焊缝焊接，最后完成另一侧镶块结构密封板(6)与管子的角焊缝焊接，对于多个镶块结构密封板(6)焊接，采用间隔跳焊方式分别对多个镶块结构密封板(6)进行焊接，有利于分散焊接热输入，控制层间温度，减小焊接应力，改善焊缝质量，采用手工tig焊方法焊接镶块结构密封板开坡口端时对，焊材类型er80s-b2，规格焊接电流90-140a，焊接电压10-18v，预热温度≥150度，层间温度小于300度，焊后及时用保温被覆盖缓冷；采用手工焊条电弧焊方法焊接镶块结构密封板角焊缝时，焊材类型e7018-b2l，规格焊接电流70-100a，焊接电压20-24v，预热温度≥150度，层间温度小于300度，焊后及时用保温被覆盖缓冷，控制焊道层间温度，提高焊前预热温度，采用焊后及时用保温面覆盖缓冷措施，这些措施均有利于提高焊缝质量，减小焊接应力，减小热影响区厚度以及减小晶粒度，使焊缝获得理想的组织和综合机械性能，有利于减少再热裂纹发生风险。

方法和步骤9：镶块结构密封板(6)焊接之后的热处理，采用电加热箱式局部退火炉或者采用台车式退火炉方法退火；热处理工艺为520度-550度保温两小时热处理，既可避免t23材料焊缝热处理升温过程中经过再热裂纹敏感温度，又可有效去除镶块结构密封板(6)焊缝焊接应力75％以上，还能使t23材料焊缝热影响区中粗晶区内晶粒周围较厚的碳化物得到充分扩散，使其失去再热裂纹敏感性，防止再热裂纹的发生。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。