ГЛАВА СЕДЬМАЯ
ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ НАДЕЖНОСТЬ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
1. КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОФОРМЛЕНИЕ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПАРОПРОВОДОВ
Паропроводы мощных энергоблоков 300, 500 и 800 МВт проектируются и изготовляются из толстостенных труб большого диаметра и крупногабаритной паровой арматуры, при этом для паропровода свежего пара применяются бесшовные трубы наружным диаметром 245—550 мм с толщиной стенки 45—115 мм, а для промежуточного перегрева горячей нитки как бесшовные трубы 426x22, 478X27 мм, так и штампосварные элементы (трубы, гибы) диаметром 630X40 мм. Корпуса арматуры изготовляются литыми и штампосварными из хромомолибденованадиевой теплоустойчивой стали марок 12Х1МФ, 15Х1М1Ф и
15Х1М1ФЛ. При сварке этой стали возникают известные трудности, связанные с реакцией основного металла на термодеформационный цикл сварки.
С увеличением габаритных размеров свариваемых труб усложняются технология сварки и термической обработки, а также изготовление и монтаж паропровода в целом.
Опыт эксплуатации показывает, что сварные соединения паропроводов из этой стали склонны к локальному повреждению по хрупкой или малопрочной прослойкам, которые возникают в процессе сварки и термической обработки [7-1]. В большей степени повреждению подвержены места приварки штуцеров, соединения труб с корпусами арматуры и сварные тройники, т. е. участки узлов с максимальной концентрацией напряжений.
Поэтому улучшение конструктивно-технологического оформления сварных соединений является актуальной проблемой.
Работы ведутся по многим направлениям (рис. 7-1). Комплексные исследования, эксперименты и расчеты, проведенные в последние годы, позволили разработать и внедрить ряд эффективных мероприятий.
В области усовершенствования конструкции сварных соединений можно отметить следующее.
Усовершенствована конструкция двухскосной разделки кромок стыков (снижен угол раскрытия, изменены форма и размеры корневой части стыка), обеспечивающая получение швов высокого качества при одновременном уменьшении на 20— 30% объема наплавленного металла и устранении при необходимости остающихся подкладных колец. Это нашло отражение в действующих РТМ-1С-63 [7-2] и инструктивных ведомственных материалах 1975— 1976 гг.
Рис. 7-1. Направления научно-исследовательских работ по улучшению конструктивно-технологического оформления сварных соединений паропроводов мощных энергоблоков.
Улучшена конструкция мест приварки штуцеров к трубам, предусматривающая применение чашеобразной утопленной разделки кромок и выполнение поверхности шва на галтель вместо углового сварного шва. Усовершенствованная конструкция учтена в действующих с 1975 г. РТМ-1С-73.
Установлена необходимость механической обработки поверхности сварных швов с целью устранения концентрации напряжений в местах приварки элементов разной толщины, в частности в соединениях труб с корпусами арматуры. Показано, что зачистка сварного шва до плавного сопряжения с основным металлом увеличивает долговечность в 1,6—1,8 раза за счет уменьшения концентрации напряжений [7-3].
В области улучшения технологических процессов достигнуто следующее.
Разработан комплексный подход к оценке работоспособности сварных соединений с учетом условий изготовления, монтажа и эксплуатации паропроводов по критериям хладостойкости, жаропрочности, циклической и хрупкой прочности. Процесс сварки оказывает существенное влияние на уровень свойств стали (рис. 7-2). Поэтому обеспечение высокой работоспособности сварного соединения достигается применением оптимальной погонной энергии сварки q/v, определяемой по предельно допустимым уровням выбранных критериев. Соответственно выбираются и оптимальные режимы термической обработки.
Усовершенствована технология ручной дуговой сварки неповоротных стыков паропроводов, в том числе:
разработана технология сварки стыков труб в узкую разделку кромок (общий угол раскрытия 12—16°) дугой пульсирующей электрической мощности частотой 4— 10 Гц с применением покрытых электродов диаметром 2,5—4 мм. Этот вариант сварки с пониженным и дозированным потоком теплоты позволяет получать сварные соединения с благоприятной структурой и требуемыми свойствами;
Рис. 7-2. Влияние погонной энергии сварки на жаропрочность. а\.и, хладостойкость ίκρ, малоцикловую усталость σ*τ и вязкость разрушения бс сварных швов паропроводов из хромомолибденованадиевой стали.
д. у — допустимый уровень; а-б, в-г — оптимальный диапазон погонной энергии сварки по комплексному показателю свойств.
разработана технология сварки «поперечной горкой», при которой каждый слой шва выполняется поперек разделки стыка сразу на всю толщину стенки свариваемой трубы. Этот вариант наиболее эффективен при сварке стыков толстостенных паропроводов (45—115 мм). При этом обеспечивается получение хорошей физической сплошности швов с высоким уровнем свойств всех зон соединения при одновременном снижении трудоемкости процесса на 20—30% по сравнению с обычной технологией сварки иеповоротных стыков.
Проведен комплекс исследований газоэлектрической сварки;
уточнена технология газоэлектрической полуавтоматической сварки, при которой разделка стыков должна выполняться многослойным способом: слоями строго заданной высоты 5—7 мм; установлено, что отклонение от этих размеров приводит к склонности шва к хрупкому разрушению;
уточнена технология автоматической аргонодуговой сварки пульсирующей и синхронизированной дугой, при которой стыки труб сваривают в щелевидную разделку кромок валиками ограниченного сечения. При этом обеспечивается исключительно высокое качество сварных соединений: благоприятная форма и чистота шва, минимальная зона термического влияния, высокий уровень свойств, в том числе по показателям циклической и длительной прочности.
Уточнены режимы высокого отпуска сварных соединений при местной термической обработке [7-2], в том числе:
впервые разработаны и внедрены требования по скоростям подъема температур в диапазоне 20-—750°С в зависимости от толщины стенки нагреваемых труб и способа нагрева. Регламентирование скоростей нагрева позволяет не допустить появления высокого уровня термических напряжений в зоне нагреваемого стыка и одновременно предупредить охрупчивание металла. В связи с введением в действие новых требований расширена . область применения электропечного способа иагрева и допущен индукционный вариант нагрева токами повышенной частоты (2500 Гц);
скорректированы температурные режимы отпуска до 740°С и сокращена продолжительность выдержки с 5 до 3 ч. Это позволило обеспечить требуемую релаксацию остаточных сварочных напряжений и одновременно предотвратить разупрочнение металла сварных соединений;
увеличена ширина зоны местного нагрева от 100 до 250 мм для термической обработки стыков толстостенных паропроводов, чем снижена опасность вредного влияния дополнительных термических напряжений в зоне нагреваемого сварного соединения.
