新型耐热钢主蒸汽SA335―P91钢焊接工艺浅析.docx

新型耐热钢主蒸汽SA335P91钢焊接工艺浅析 摘要：本文主要介绍了新型耐热钢SA335-P91钢具有良好的高温综合性能，近十几年来在我国大型发电站的主蒸汽管道中得到了广泛应用。通过我公司这几年承接的300MW以上机组施工安装过程中积累的实践经验、数据和技术资料对P91钢的焊接工艺方法进行分析与探讨。 下载 关键词：SA335-P91；主蒸汽管；焊接工艺；探讨 引言 为了适应我国大型、高效、环保型超（超）临界火电燃煤机组建设发展的需要，火电机组正在向大容量、高参数、大型化发展。全球能源危机和人们环保意识的提高，加速发展洁净煤技术的超（超）临界火电燃煤机组作为能源节约、保护环境、促进社会经济可持续发展的重要战略。 我公司开展了针对主蒸汽管道P91钢的焊接工艺的试验研究工作，对P91钢的焊接性能，做了充分的研究和分析，制定了详细的焊接工艺评定和热处理工艺方案，通过主蒸汽管道P91钢的评定工作，积累了丰富的经验和数据资料。依据评定方案进行焊接施工的超（超）临界火力机组主蒸汽管道P91钢的焊接性能达到标准规定，为推动超（超）临界火电机组采用新型钢做出了重大贡献。 一、SA335-P91钢焊接工艺原理： SA335-P91钢是在9Cr-1Mo钢基础上加入微量元素V、N、Nb等形成的变质新钢种。它是高合金马氏体耐热钢，具有良好的抗氧化性，较好的耐高温强度和耐硫化氢腐蚀性及具有较好的冷变形性能。 该钢种由于C，P，S等元素含量低，纯净度高，并且具有高的韧性，焊接冷裂倾向相应降低。但它的合金总含量已大于10%，可焊性相对是较差的，尤其焊接时具有强烈的脆硬敏感性。鉴此于，焊接前必须先做行之有效的焊接工艺评定，严格执行各项工艺纪律才能保证P91钢的焊缝质量。 SA335-P91钢具有优良的常温及高温力学性能由于其良好的综合性能，在火电站建设中得到广泛的应用，其使用温度在500650左右。SA335-P91钢的化学成份和常温机械性能如表1、2所示。 表1 P91钢的主要化学成分（Wt%） 表2 P91钢的常温力学性能 P91钢已列入ASEM 、JIS和GB标准中。P91钢材尽管焊接性优于F11、F12钢，但它的淬硬倾向仍然是大的，容易产生再热裂纹和冷裂纹。 冷裂纹产生的因素有三个：一是P91钢属于空冷马氏体钢，在组织上有较大的冷裂敏感性；二是在焊后的马氏体转变中，氢以过饱和状态残留在马氏体中，促使该区域进一步脆化；三是由于焊后的马氏体相变，使接头处的组织应力增大。这三个因素的共同作用，使P91钢对冷裂纹较为敏感。因此，P91钢焊接时应采取相应的措施。 二、SA335-P91焊接特性： （一）焊接接头在焊后状态均为高硬度的不稳定组织，焊后必须作相应的热处理。 （二）对焊接输入热量的控制要求比较高，实践经验证明，采用较小的焊条直径、比较低的层间温度和较小的焊接线能量，冲击韧性可以大大提高。 （三）在焊接过程中严格控制焊件的层间温度，使其保持在预热温度或更高的温度是首要的任务。其次要十分注意从层间温度冷却至焊后热处理开始的时间间隔。 三、SA335-P91钢焊接施工工艺流程及操作要点： （一）施工工艺流程如下所示： 对口前检查 设置充氩装置对口检查点固前预热点固焊前预热充氩氩弧打底层间焊接盖面焊接焊后自检、专检热处理金属实验室检测。 （二）焊前准备及施工操作要点： 1、SA335-P91钢焊接工艺采用：GTAW+SMAW； 2、焊接设备：ZX7400ST型逆变焊机。 3、焊接材料：焊丝采用WCrMO91（型号ER90S-B9规格2.4mm），焊条采用CROMOCORD9M（型号E9015-B9 规格3.2mm、4.0 mm）。 4、对口前检查：坡口尺寸和对口间隙应符合火力发电厂焊接技术规范（DL/T869-2004）。 5、坡口加工：坡口采用机械加工，坡口应平滑均匀，尺寸符合要求，对口前需认真检查，发现不合格者必须用磨光机等工具修磨至合格。清理坡口内外壁两侧1520mm范围内的铁锈、油污等污物，直至露出金属光泽。 6、焊前预热：采用电脑温控设备，对焊口进行跟踪预热，热电偶对称布置，热电偶与管件应接触良好，氩弧焊预热温度为100150，焊条电弧焊预热为200300，预热宽度从坡口中心每侧不少于3倍的管壁厚计算。 表3 SA335-P91钢焊接工艺参数表 7、施焊时按照焊接工艺参数表3进行；打底层焊接，当预热温度达到规定温度并均匀后，焊丝选用ER90S-B9规格 2.4mm采用直流正接由两人对称焊接，第一层和第二层焊缝均采用氩弧焊。打底层焊时，采用内送丝法，要注意根部熔合良好，厚度控制在2.83.2mm范围内。 8、氩弧焊打底过程中，用聚光手电筒仔细检查根部焊缝，确保无跟不可看缺陷，打底完成并经目测检查合格后，立即进行次层的焊接。为防止根部焊缝金属氧化，应在主蒸汽管子内充氩保护。 9、充氩保护可参照下列要求进行： （1）充氩装置工具如图1所示。可先在对口前，在焊口每侧使用贴粘两层水溶纸，焊口间隙用耐高温胶带粘牢，充氩可使用6mm1.5mm的铜管，将铜管的一端加工成宽度为8mm，厚度为3mm的扁状体，再用1mm的钻头在上面钻46个小孔，保证充氩时气体流量均匀。然后将其插入焊缝坡口内充氩。 （2）根层及近根层焊接时，管内必须进行充氩保护，一般应持续2层以上。 （3）用点燃的打火机或火柴放至焊缝间隙附近，当火焰熄灭时，说明内部空气已排空，可进行氩弧焊打底焊接。 （三）氩弧焊打底完成后，将预热温度升至200300、开始层间与盖面焊采用焊条电弧焊（SMAW）方法；焊条选用E9015-B9 3.2mm、4.0mm。 1、采用直流反接法、两人对称焊接。由于P91钢焊接时，熔池铁水粘度大，流动性差，焊接规范又小，因而容易出现夹渣，层间未熔合等缺陷，因此为避免大的缺陷产生及保证焊接接头的综合机械性能，必须采用多层多道. 2、焊接过程中应将每层焊道接头错开1015mm，同时注意尽量焊得平滑，便于层间焊渣清理和避免出现死角。 3、每层焊完后，必须把熔渣清理干净，尤其是两侧沟槽中的熔渣，应用磨光机或钢丝刷等将焊渣、飞溅等杂物清理干净，经自检合格后，方可焊接次层。 4、焊接过程中，认真观察熔化状态，应特别注意焊接接头和收弧质量，收弧时应将熔池填满，避免以避免出现弧坑裂纹。 5、焊缝外表焊接完毕，要求焊工立即进行清理自检，发现外表成形不好的马上补焊，严禁在焊缝冷却后再直接补焊。 6、为了控制层间温度、每层可采用间歇式焊接，必要时可加大每层停留时间，焊接时焊口应配有监温装置。 （1）焊后自检：.焊口焊接完成后，应及时将焊缝表面的焊渣、飞溅物等清理干净，对超标的外观缺陷进行打磨、补焊，补焊时的工艺要求与焊接时相同，并且在同一位置上的挖补次数一般不得超过两次。 （2）自检合格后应及时填报焊接自检记录表，以利于下道工序的进行。 （四）焊后热处理： 1、焊后热处理和后热处理的加热方法、加热范围、保温要求和测温要求等按照火力发电厂焊接热处理技术规程（DL/T819-2002）有关规定执行。 2、对于SA335-P91钢，在焊接过程被迫停止或焊后未能及时进行热处理，应在200300的温度范围内停留10min才可在保温中自冷。重新焊接时，按照原工艺要求进行施焊。 3、P91钢预热温度：氩弧焊打底预热温度为100150，电焊盖面预热温度为200300。层间温度：200250。 4、焊后热处理温度：76010、恒温时间34小时、升降温速度140/h。 主蒸汽SA335-P91大径管焊接处理曲线如图2所示。 图2 主蒸汽 P91大径管焊接处理曲线图 5、加热宽度按DL/T-819-2002规程要求。 6、保温材料，如硅酸铝、石棉布、矿砂棉（或石棉绳）等由热处理人员根据实际情况选用（切记不能影响工作）。 （五）SA335-P91钢焊后检测；焊缝质量检验焊缝质量按I类焊缝的验收标准检验，检验内容及要求为： 1、外观检验按DL/T8692004火力发电厂焊接技术规程，I类焊缝外观的质量标准验收； 2、无损检验按JB4730对焊缝进行100%超声波（UT）、磁粉（MT）探伤，I级合格； 3、硬度，热处理完毕后，做100%硬度测定，硬度值小于350HB； 4、光谱，对焊缝金属合金成分进行100%光谱分析复查。 四、总结 通过选择以上施工工艺，以及严格的技术、质量管理措施，越南广宁热电厂期2300MW工程两台机组的主蒸汽管道焊缝的外观质量、接头表面硬度全部符合标准要求、无损探伤一次合格率达到100%。另外，从电厂主蒸汽管道水压试验和投入运行以来的情况来看，焊缝质量正常。因此，P91钢管道采用上述焊接工艺是行之有效的。目前，在大型火力发电机组中采用P91钢已成为一种必然的趋势。 参考文献： 新型耐热钢