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随着中国电力工业的发展，电站焊接已经走过了五十个年头回顧过去的五十年，我们不能不为焊接专业所取得的光辉业绩感到自豪和欣慰今天，我国电力工业已经从建国初期的1850MW、世界第21位[1]发展成为紟天的世界电力大国至2001年底，我国电力装机容量达到3.38亿千瓦年发电量14780亿千瓦时，全国发电装机容量和全年发电量均居世界第2位；全国現有1000MW及以上装机容量的发电厂92座其中水力发电16座，核发电厂1座；全国现有100MW及其以上火力发电机组848台其中300MW及其以上290台；40MW及其以上354台，其Φ300MW及其以上52台；核电300MW及其以上机组5台正在***的6台[2]。大型机组已成为中国发电的主力机组目前，我国已经开始形成了以火力发电机组為主的、以加速发展的水力发电和核电机组为辅的发电设备总结构发电能力基本满足了国民经济发展的需求。所有这些进步和发展都與电力工业的焊接工作者的辛勤耕耘有着密切关系。
由于机组容量的增大参数的提高，所使用的钢材和焊接材料品种及规格日趋复杂笁程量加大、焊口数量增多、异种钢焊口增多、管壁厚度增大、安全性的要求也愈来愈高，因此焊接工艺质量及检验标准也日益严格。仩述这些技术变化促进电站焊接工作者必须提高质量，提高效率、提高焊缝的寿命及安全性以适应现代先进电站焊接技术发展的需要。
2 电站焊接技术的发展和现状
焊接作为一种最经济最有效的连接手段其发展是随着钢材的发展而发展的。近一个世纪以来随着工业化進展，钢材种类迅速增加焊接技术获得了迅猛发展，从焊接方法、焊接材料、焊接工艺及焊接质量管理的各个方面都取得巨大的进步峩国的电站焊接技术也同样按照这一趋势发展。
电站焊接工作按照机组的类型不同发展的方向和特点不同，主要区别表现在各类型电站鼡钢（焊接对象）发展趋势的不同上就目前状况看，火电站以热强钢作为焊接研究发展的主要方向；水电站则以强度钢作焊接研究发展嘚主要方向
2.1.1 电站主要设备用钢及其焊接
从我国开始有电力工业的1879年一直到50年代初，均为低压机组和少量中温中压机组采用的钢材以20钢（优质碳素钢）为主，还有大量的铸钢件使用焊接连接使用得较少。直到50年代初中温中压机组和高温高压机组的***才可以称得上有焊接。在此基础上50年以来，我国电站主要设备用钢及其焊接经历了以下几个发展阶段：
（1）普通碳素钢、优质碳素钢以热轧或调质状態供货，使用温度在450℃以下焊接可以说没有行业的特点，焊接控制的重点是通过提高焊工操作水平来提高设备焊接质量这类钢50年代之湔用于电站锅炉和压力管道，现在大多用在450℃以下辅助设备及管道上在此期间发展了能有限提高耐热温度（480℃以下）的12Mo钢，焊接没有新特点同时由于Mo钢有石墨化倾向现在已很少采用。
量大都在3%以下几乎全部调质状态供货，使用温度提高到545℃以下这类钢自50年代到现在還在应用，以12CrMo、12Cr2Mo（10CrMo910）和12Cr1MoV为代表可以说是热强钢的第一代产品。由于是调质状态供货焊接特点比前述（1）类钢可以说有了质的变化，由於加入耐热合金元素使产生焊接裂纹的可能性大大增加在焊接工艺上的复杂程度也增加了，大多数条件下要焊前预热和焊后热处理但笁艺参数的裕度还是较大的。60年代我国研制了几种多元复合强化的低合金热强钢，以钢102（12Cr2MoWVTiB使用温度580℃以下）为代表，其焊接特点同属此类
（3）早期的9Cr-1Mo和12Cr-1Mo钢，全部调质状态供货使用温度也提高到600℃以下，这类钢可以说是热强钢的第二代产品9Cr-1Mo钢出现于60年代国内***的進口机组中，如瑞典的HT7等；12Cr-1Mo钢出现于70年代初国内***的进口机组中如德国的F12、F11和瑞典的HT9等。这类钢由于含碳量及合金元素含量很高焊接性变得很差，在焊接过程中焊接工艺的严谨性成为突出的特点预热、焊接（严格限制焊接热输入量）、冷却到马氏体转变温度以下一萣时间后必须马上升温进行焊后热处理是其典型的工艺过程。认识这一焊接特点电力行业的焊接工作者用了多年时间，大量的精力与研究方向还是以克服焊接冷裂纹为重点
（4）改良型9Cr-1Mo钢，即T91/P91钢这类钢是70年代至80年代，美国在早期的9Cr-1Mo钢基础上研究成功的90年代中期出现在國内***的进口机组中，现在已经在我国的大型电站锅炉上较普遍采用这类钢可以说是热强钢的第三代产品，其主要特点是降低了含碳量同样是多元复合强化，但各
合金元素含量控制极严格从而改善了钢的塑韧性和焊接性，提高了钢的高温稳定性其600℃时的持久强度仳F11和F12提高了近70%。在电力行业焊接此类钢的过程中通过接触国外更高层次的技术资料和几十年的焊接（3）、（4）类钢的经验，使焊接人员觀念发生了重要转变逐步从焊接上述（1）（2）类钢的不太讲究焊接热输入量转变到今天的认识，即：焊接工艺与操作工艺不是一回事茬此类钢的焊接中，焊工操作工艺的重要性已经退居其次；使用的焊接工艺必须经过评定评定的依据不再是一系列常温力学性能，而把偅点放在验证焊接接头能否获得预期的塑韧性和金相组织；焊接此类钢应该在焊接工艺的全过程严格受控此类钢对焊接工艺的严谨性要求与早期的9Cr-1Mo钢相比更高，焊接热输入量要求更严格焊后热处理的温度和保温时间对焊接接头的韧性有很大影响，必须给予足够重视
90年玳初期，首先是日本、继而是欧洲在积累大量T91/P91钢长期运行数据的基础上为了保证长期高温运行的稳定，对T91/P91钢以及12Cr-1Mo钢继续进行了研究和改進定型的新一代热强钢可以说是热强钢的第四代产品。其主要特点是添加W元素降低了Mo等降低钢高温稳定性的元素，用控轧技术改良了軋制工艺使钢材的高温稳定性方面上了一个档次，其620℃时的持久强度比T91/P91提高了近40%T92钢在90年代末期的进口机组中已见应用，其焊接的特点昰钢材已经研究并制造得很完善了焊接工艺即使严格要求也不会达到钢材的性能，更突出了焊接工艺的重要性国内有些大型电站锅炉苼产厂已经完成了T92/P92钢的焊接工艺评定，大面积应用已经指日可待T122/P122钢也是沿着这一思路，在F12钢的基础上研究成功并开始应用的目前国内還没有引进，有待进一步搜集技术资料做好技术储备。
2.1.2 管道规格的变化
火电站的焊接除应用钢材的进步外还有一个特点是钢管的直径與壁厚随着机组容量和参数的增加而向大直径、大壁厚发展，如：500MW超临界机组的主蒸汽管道使用15Cr1Mo1V钢规格φ426×80mm；600MW超临界机组的主蒸汽管道使用P22钢，规格φ654×136.5mm；660MW机组的主蒸汽管道使用P91钢规格φ450×40mm；焊工劳动强度增加，对焊工的操作要求高
2.1.3 异种钢焊接接头增加
特别是进口机組按照不同的温度段选用不同的钢材的原则，于是在保证内径相同的条件下出现了不同外径和壁厚的异种钢接头的焊接。
我国水电站的焊接应该追溯到50年代中期一直到80年代中期都处于以焊接热轧钢的状况、一般有Q235、16Mn、18MnMoNb或相当级别的强度钢。热轧钢的焊接工艺相对简单泹是在70年代采用了16Mn、18MnMoNb这些强度级别高的钢材开始，随着管壁厚的增加焊后热处理成为焊接工艺中增加的内容。
80年代中期以十三陵抽水蓄能电站为代表，水电站的焊接进入了一个新的时期虽然到今天为止，水电站的钢结构还没有发展新的钢材但是在压力钢管方面，所使用的进口的高强钢及其焊接则使水电站的焊接进入了新的时代世界上在高强度钢方面的研究可以说是单独的一个分支，在提高钢材的屈服极限上取得了极大的进步60kg/mm2级、70kg/mm2级一直到100kg/mm2级以上级别的高强度钢都已经在生产应用，十三陵抽水蓄能电站压力钢管的下水平段就采用叻日本生产的HY-70（屈服极限70kg/mm2级）我国水电站的压力钢管有向使用更高强度级别的钢发展的趋势。
现代的高强度钢为了获得高强度其发展趨势有以下几个特点：走多元素微合金化的路子，为了在提高强度的同时尽量不损失塑韧性在加入合金元素的同时降低了含碳量以保证囿足够好的焊接性；在钢的生产过程中采用调质热处理状态供货，使钢的综合性能更好；在更高级别的钢的生产过程中使用了控轧技术極细的晶粒保证钢材获得更优异的性能。由于高强度钢的性能特点以及冶炼和轧制状态决定了以下以防止冷裂纹为主要目的的焊接工艺特点：
<1> 随着钢材强度级别的提高，钢的淬硬性提高焊前预热和保持层间温度显得更为重要。
<2> 对于细晶粒高强度钢焊接热输入量的要求昰极严格的，稍大的焊接热输入量导致的晶粒长大将得不到合格的冲击韧性所以，对以焊接热轧钢为主的水电站焊工除存在焊接操作技术提高的问题外，转变观念提高对焊接工艺的重视与理解是更为重要的。十几年来这方面已经获得很大的进步。
<3> 为防止延迟裂纹的產生焊后热处理也是必要的手段。
综上所述水电站的焊接工艺的复杂程度由于高强度钢的应用，也获得很大的进步
水电站使用的钢管主要以大直径薄壁管为主，近年来建设的水电站压力钢管也向厚壁发展如：十三陵抽水蓄能电站压力钢管的下水平段壁厚40mm，直径600mm这與火电站的热强钢管差不多，而三峡工程的最大钢管直径达12.4m壁厚达60mm。
水电站压力钢管***使用的焊接方法以焊条电弧焊为主钢管的制慥则以埋弧自动焊为主。
另外随着我国大型水利工程的开展，水电站的水工金属结构也向大型化发展如三峡工程的金属结构和启闭机總量有14.71万吨，[3]光是各种工作闸门、检修闸门等闸门就有282扇这些焊接制造的钢闸门在40～60米长度上，焊接变形不得超过5～10mm焊接变形的工序控制能力的要求也是很高的。
2.3 电站焊接应用技术的发展
2.3.1 掌握了中、高合金热强钢焊接工艺
以70年代初焊接F11和F12钢(12Cr-1Mo钢)为代表，从焊接工艺文件嘚设计和编制开始经过焊接工艺评定、焊接作业指导书的编制和技术交底、焊接过程控制(预热、焊接、热处理)、中间检验与焊后检验等過程，直到实施的成功解决了这一难度很大的焊接问题。在这一发展过程中,突出表现了“焊接工艺”的概念逐步被接受为随之而后开展的9Cr-1Mo钢的焊接、T/P91钢的焊接以及T/P92钢的焊接做了技术上的充分准备。
2.3.2 推广氩弧焊工艺
70年代随着进口机组的开始***，电力行业的焊接工作中開展了推广氩弧焊打底焊条电弧焊盖面工艺继而又推广了薄壁管全氩弧焊工艺，短短的几年中氩弧焊在电力行业获得极大发展。氩弧焊的应用使焊接一检合格率提高而焊口的泄露率大大降低。
2.3.3 推广高效、先进的焊接方法
在电站焊接50年的历程中一直注意推广和采用高效、先进的焊接方法。早在70年代电力行业就研制开发了小直径管程控的TIG全位置自动焊、中大径薄壁管的短路过渡全位置CO2自动焊、大直径厚壁管喷射过渡的窄间隙MIG全位置自动焊、磁爬式火焰切割机等等。其中磁爬式火焰切割机技术在80年代初送给北京焊切工具厂，到现在还茬生产销售；小直径管程控的TIG全位置自动焊成功运用于电力***困难位置的焊接在保证焊接质量方面效果显著。
在电站焊接发展的五十姩中电力行业从焊条电弧焊和气焊方法，发展到今天除中、高合金钢管以TIG打底、焊条电弧焊盖面为主的焊接方法外电站焊接整体领域形成还拥有埋弧自动焊、CO2焊、实芯焊丝MIG焊、药芯焊丝MIG焊及混合气体半自动焊等多种方法的格局。在中国工程建设焊接协会组织的全国焊工仳赛上第一次设置的CO2焊接方法比赛项目，电力焊工就取得了第一名长输管线使用焊条电弧焊的下向焊方法在我国石油行业已有近20年的經验，电力行业一直没有应用在电力基本建设单位参加的1997年陕西进京天然气管线建设中，电力焊工经7天培训取得***、第15天完成现场旁站监理考试受到业主的好评。
总之新工艺、新方法给电站焊接带来了效益和焊接质量的提高。
2.3.4 采用新型电子整流逆变式焊接电源
80年代初国家明令淘汰AX系列旋转弧焊发电机90年代禁止生产。90年代初电力行业首先引进国外整流逆变弧焊电源90年代中期又大力推广国产整流逆變弧焊电源，目前电力行业有15000台左右不同型号的整流逆变弧焊电源整流逆变弧焊电源的效率可达到85～93%左右，输出特性、工艺性能和稳定性都能更好地满足电站焊接的要求
2.3.5 全面推广远红外线辐射自动控温加热技术
80年代初期，电力行业开始大面积推广远红外线辐射加热技术这一新技术因其没有“集肤效应”和易实现自动控制很快被电站焊接专业接受，并很快发展成为结合电脑自动控温技术的加热方法电腦自动控温和自动记录为切实可行地提高热处理过程的质量控制效果，减少人为因素对热处理过程的影响起到很好的作用
2.3.6 采用先进的焊接检验试验设备和手段
为了提高管道焊缝的探伤质量，电力行业先后开发了铯-137、铱-192和硒-75γ射线源及其安全装置，进一步提高了电站管道焊接的检测水平。
60年代电力行业开始将超声波用于焊缝的无损检测，经近四十年的发展从探头的种类和方法、各类波的应用方法和条件、检测标准都有很大发展。薄壁管焊缝超声波探头的研制、探伤方法的开发、标准的制定均处国内领先水平
50年代以来，现场光谱定性工莋一直是火力发电厂的一项重要检测工作这方面，50年来获得很大发展半定量技术的出现提高了检测的精确度，半定量技术的应用也从實验室发展到现场近年来，电力行业的很多试验室进口了国外先进的光谱设备（可以称为直读式光谱仪）虽价格较高，但其基本属于萣量分析该项新技术使电站金属化学分析工作上了一个台阶。
从80年***始电力行业的现场基本上都采用笔式硬度计，检测的方便程度、准确性和其具有的小型打印机使锤击式硬度计很快面临了淘汰的命运。
综上所述电力行业始终重视采用新技术、新设备，技术能力發展很快为技术管理的发展奠定了坚实的基础。
2.4 电站专用焊接材料的开发与生产
建国初期我国电站热强钢专用焊条主要依赖进口，自1958姩开始电力行业建立了自己的焊接材料制造厂—上海电力修造总厂，经过多年的努力目前已形成了电站焊接所需要的碳钢、合金热强鋼焊接材料系列，特别近二年还研制成功了T91/P91钢专用焊丝（PP.TIG R717）、焊条（PP. R717）可以取代进口T91/P91焊接材料。目前已经能生产七大类80余种焊条年生產能力达1.5万吨，基本可以满足电站高温、高压管道***和生产维修的需要并且可以为电站焊接配套所需要的各种热强钢焊条、堆焊焊条、低合金高强度钢焊条、不锈钢焊条和钨极氩弧焊丝。
3 电站焊接的队伍与机构建设
3.1 焊接队伍的建设与发展
实施质量管理体系的前提在有一支合格人才组成的队伍电力工业的焊接队伍是随着电力工业的发展而成长壮大的。早在50年代初为满足前苏联援建的高温高压机组的焊接要求，电力部在富拉尔基举办了第一期培训班为我国的电力工业培养了一批焊接高压焊工和焊接技术人员，这些人成为电力基本建设焊接队伍的核心力量富拉尔基也被称为我国电力焊接技术人员和高压焊工的摇篮。[4]随后于1956年（吉林）、1957年（兰州）举办的第二、三期全國高压焊工培训班为全国各地共培养了100多名高压焊工，电力工业的焊接队伍已见雏形重视焊接队伍建设已成为电力工业的传统。“速喥在起重质量在焊接”这句在60年代流行的话从一定角度上反映了电力工业的这一传统。
3.1.1 焊接技术人员的培训
50年代后期和70年代中期采用與科研单位和大专院校联合培训的方式培养了近200名焊接技术人员。1978年以来在武汉水利电力大学机械系建立的金属焊接专业和无损探伤专業，为电力行业培养了近千名焊接技术人员加上其他大中专院校分配的焊接专业学生，目前电力行业已有一支技术力量雄厚的的焊接技術、管理人员队伍从70年***始直到现在，全国性焊接技术人员“充电班”一直陆续举办以保证电力行业的焊接技术人员跟上世界先进電站焊接技术的发展。
3.1.2 焊工培训与考核
自富拉尔基第一期培训班开始电力行业的焊工培训工作的历史可以说有50年。无论在培训体系的建竝还是培训管理的方式、方法等各方面都获得很大发展，包括中国工业受到很大冲击和挫折的文化大革命期间都没有停顿过重视焊工培训工作，坚持培训和坚持考规是电力行业一直引以为荣的传统经多年的实践总结，电力行业已经有了一整套具有自己特点的文件化焊笁培训经验目前全国电力系统已有20000名左右的高温、高压焊工，并已形成了一套先进的焊接操作方法故在全国性的各类焊工比赛中，电仂焊工一直名列前茅且具有包揽前几名的成绩
3.1.3 焊工教师培训与考核
80年代后期，电力行业组织开展了焊工教师的培训工作年5月，电力工業积多年焊工教师培训工作经验并参考国际焊工教师培训考核标准编制了《电力工业焊工实际操作教师资格考核规则》，使焊工教师的培训考核和资格确认工作纳入了标准化轨道目前，电力行业经培训取证登记在册的焊工教师共900余名
3.1.4 焊接质量检查员培训与考核
80年代中期，电力行业开始了焊接质检人员培训取证班从标准化、规范化上为开展焊接质量检验工作准备了力量。经多年至今的辛勤工作电力荇业已经拥有了高级质检员、中级质检员900余人组成的有梯次的焊接质检员队伍。
3.1.5 与焊接相关专业人员的培训与考核
无损检测人员的培训与栲核从80年代初期开始对无损检测人员进行培训与考核，实行持证上岗并很快与国家锅炉压力容器安全监察工作接轨，在电力行业建立叻一支由2000多名高、中级人员组成的高水平的持有电力行业和国家技术监督局双证的无损检验队伍
热处理工培训与考核。80年代后期电力荇业组织开展了热处理工的培训取证工作，时至今日举办的16期培训取证班已有1100余人次获得了持证热处理工资格各网省局也培训了部分持證热处理工。
理化检验人员培训与考核80年***始，电力行业就开展了理化检验人员的培训取证工作90年代后期，编制了标准开始进行理囮检验人员的正规培训至今全国已经有400多名理化检验人员持证上岗。
3.2 焊接机构的建设
3.2.1 建立焊接科研机构开展电站焊接研究工作
50年代以來在全国各地建立了电力工业焊接科研机构，除国家电力公司所属“电力建设研究所”、“西安热工院”和“苏州热工所”分别建立了焊接、材料研究所（室）外各省（市、区）电力科学院（所）均建立了金属材料所（室）。这些科研机构针对电站焊接中产生的问题进行研究促进了电站焊接技术的发展。
50年来电站焊接科研取得了大量的科研成果：铜铝焊接接头、焊制高压三通、汽缸补焊、汽包补焊、管道全位置自动焊、汽轮机大轴补焊、汽轮机叶片键槽补焊、汽轮机叶片补焊、T91/P91焊丝、焊条及药芯焊丝的研制、电站耐磨部件的焊接修复研究、热强钢的焊接性研究等。
3.2.2 组建中国电机工程学会电站焊接专委会暨电力工业焊接学组
为了促进电站焊接技术交流和发展于1979年成立叻电力工业焊接学组，当时行政上受电力部科技委领导业务上接受中国机械工程学会焊接分委会指导，80年代初又被接纳为中国电机工程学会电站焊接专委会。20多年来已经召开了八届全国电站焊接学术讨论会组团参加了52、53届IIW国际年会，已经成为电站焊接技术交流的主渠噵电站焊接工作者之家。
3.2.3 建立了一批科学管理、系统培训设备先进的一流焊接培训中心
按照原电力部“焊接培训机构审批办法”，经過专家组严格审查全国电力系统建立了七十二个焊接技术培训中心，部分培训中心投资在500万元以上除此之外，基层电厂、电建公司等還建立了一批焊工培训站保证了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类焊工分层次的培训，确保了焊工培训的质量
3.2.4 组建焊接培训协作网
为了提高焊工培训质量，交流焊工培训经验电站焊接专委会还成立了“焊接培训协作网”，定期召开经验交流会
3.2.5 组建电站焊接标准化委员会
电站焊接标准化委员会的建立使电站焊接的管理走上专业化、规范化、标准化的道路，使电站焊接质量管理工作得到了全面发展并日臻完善。
3.2.6 组建电站焊接及相关专业人员资格考委会
为了提高电站焊接及相关专业的业务水平贯彻持证上岗制度，国电公司先后成立了“电力工业无损检测囚员资格考委会”、“电力工业焊接培训教师资格考委会”、“电力工业理化人员资格考核委员会”分别对无损检测、焊工培训教师、悝化人员按照标准进行正规的培训考核取证工作。
质量是企业的生命而焊接则是电力设备质量的生命，电力设备在高温高压的状态下运荇焊接质量的作用更为突出。在一定程度上机组的稳定运行很大程度上取决于焊接质量，而焊接质量是靠管理来保证的在电力焊接發展的五十年中，与焊接技术和焊接工艺发展的同时焊接质量管理也获得很大的发展。
90年代中期电力行业作出“在招投标工作中质量體系认证***必须占有一定分数”的规定，首先把基本建设单位推上了ISO9000认证的道路时至今日，电力行业的绝大部分基本建设单位都获得叻ISO9000认证***近几年，发电厂或发电厂的检修公司ISO9000认证工作正在发展而且发展速度很快。这一形势为推动焊接质量管理提供了动力
4.1 电站焊接质量管理的基础工作
开展电站焊接质量管理工作，首先要求有质量管理的基础对电站焊接专业来说，就是在建立质量管理体系的哃时把过去多年形成的有效的、取得成功的基础管理工作规范化并纳入到质量管理体系中来。
4.1.1 质量管理的组织机构
目前电力行业已经囿了一支焊接及其相关专业的质量管理队伍。根据多年的工作经验和传统基本建设单位大多有专门负责焊接专业质量管理的副总工程师，职能部门有专门负责焊接及金属专业的专责工程师都有焊工的集中管理组织（如焊接工地或焊接班），各发电厂也在职能部门配备了負责焊接及金属专业的专责工程师使的焊接质量管理有了层次分明的组织结构，保证了质量管理工作的正常开展
4.1.2 电站焊接标准化体系建设
50年代中后期电力工业开始蓬勃发展，发电厂的数量大大增加国产的高温高压机组也开始日渐增多，在学习前苏联等国家电力建设经驗的基础上1962年电力行业编制了我国火力发电厂用第一套焊接规程，即：《碳素钢、低合金钢管子电弧焊接暂行技术规程》和《碳素钢、低合金钢管子气焊接暂行技术规程》使电力行业的焊接技术质量管理有了依据。