P91焊接技术要点详解

1、SA335-P91钢管工地安装焊接工艺控制发布时间: 2009-3-16  阅读次数: 1629 次  发布人: 中华焊工SA335-P91钢管工地安装焊接工艺控制张 杰（安徽电力建设第二工程公司，安徽淮南 232007）      摘要：通过对SA335-P91钢焊接性的分析，根据焊接工艺评定、T91/P91焊接工艺导则及相关资料，采取优选工艺参数，并结合火电安装的实际施工条件，为现场安装焊接施工的各个工序提供了依据，保证了最终获得合格的焊接接头。关键词：SA335-P91钢；工地焊接；热处理；力学性能

2、。     作者简介：张杰，男，1963年10月出生，江苏如皋人，安徽电力建设第二工程公司凤台项目部焊接专工，焊接高级技师，从事火电建设焊接专业技术质量管理工作。 0前言      近年来我公司承担安装的超临界机组工程有上海外高桥900MW机组一台、安徽境内600MW机组十台、福建福清电厂600MW机组二台；现在的超临界机组的主蒸汽管道、再热热段管道、高温过热器、后屏过热器等部件的集汽集箱的连络管、汇集集箱等均采用了SA335-P91材料。通过几年来的施工实践及学习先进的技术资料，对SA335-

3、P91材料的现场安装焊接工艺要求有了进一步的理解，感到有必要对施工安装焊接中过程控制要点进行探讨，形成一个SA335-P91钢现场安装焊接的工艺控制制度，以指导现场的SA335-P91材料的焊接，确保安装施工中的焊接质量。 1概述     SA335-P91钢具有良好的高温蠕变断裂强度和抗氧化耐腐蚀性。该钢是在9Cr-1Mo的基础上，适当地降低了C、S、P含量，添加微量的V、Nb、N元素，并严格调整了Si、Ni、Al元素的添加量，得到的一种改进型9Cr-1Mo钢。其化学成分和常温力学性能见表1、表2。 表1。 P91钢的化学成分（Wt

4、%）标 准CMnPSSiCrMoVNbNAlNiSA-335P910.080.120.300.600.020.010.200.508.009.500.851.050.180.250.060.100.030.070.040.04表2。P91钢的常温力学性能标  准屈服极限0.2(MPa)抗拉强度b(MPa)延伸率5(%)硬度（HB）SA-335P9141558520250        SA335-P91钢是低碳马氏体钢，允许在马氏体组织区焊接，预热温度和层间温度可以大大降低，其斜Y止裂预热温度是100150，由于S

5、A335-P91材料碳元素含量低，从而降低了硬度，降低了冷裂纹和应力腐蚀裂纹的敏感性，是比较容易焊接的一种材料；但在焊接过程中的工艺控制如不严格执行相关要求，其焊接接头的冲击韧性将会远远低于焊规要求的47J；现场安装焊接施工中应着重加强施焊人员及基层管理人员质量意识的提高，在施工中既要重视焊工的技艺，也要重视焊接工艺；焊工的技艺好，可以保证不出超标缺陷，可以得到射线检验的级片子；焊接工艺正确才能保证接头的性能，无损检验合格但工艺不对，金相组织不合格，可能短时间反映不出来，但在运行中出事故，造成的危害更大。纠正只要焊接接头无损检验合格质量就是合格了的概念，严格执行工艺规程保证焊接质量。 

6、;2焊接工艺特点2.1对焊接材料的选择要求比较高     相关资料表明，使用与母材相同成份范围的焊材而要满足最低冲击强度是不可能的，Ni、Mn元素含量超过母材规定的上限会显著提高接头的韧性，但由于它们对Ac1温度的影响所以必须考虑限制其含量，焊材的Ni、Mn元素含量之和应在1.5%以下。2.2对层间温度、焊接热输入量的控制要求比较高      为了获得满意的冲击韧性，层间温度应小于300，由于SA335-P91钢的导热系数比较小，焊接热量比较集中，如层间温度达到300350，冲击韧性会大大降低，必须采用低

7、的焊接输入热量的焊接工艺施焊，才能控制层间温度小于300，对于壁厚大于80mm的厚壁接头，应该适当采取冷却措施。 2.3焊件焊后必须冷却到马氏体终止转变温度以下       焊接接头在热处理之前冷却到马氏体终止转变温度以下是非常重要的，这样可以通过随后的热处理使全部的马氏体得到回火；SA355-P91熔敷金属马氏体终止转变温度为120，所以要求焊后至少冷却到100，保温一定时间然后才能进行焊后热处理。2.4焊后去氢处理     当壁厚大于70mm时焊接工艺要求做根层探伤检验，即在焊缝厚

8、度到25mm左右时停止焊接进行RT检验，为了避免氢致冷裂纹，应在焊件冷却到室温之前进行去氢处理，即在焊后直接加热到300350保温23小时覆盖保温材料缓冷。综合焊接工艺评定（APCC-WGQ-PQR-012、5-033-005A）及相关资料，SA335-P91材料施工现场安装焊接的焊接热循环控制曲线如下（图1）：  图1焊接热循环控制曲线 3施工过程中的控制点      由于P91材料焊接工艺特性的要求，QC1对其焊接的整个过程进行旁站控制是很有必要的，在对口、预热、点固焊、GTAW封底焊接、SMAW焊接、层间温度

9、、层间厚度、根层探伤、外观检查、最终热处理、无损检验等十二道工序进行控制，是对既定工艺落实的关键措施，在安装施工过程中应特别注意以下环节的控制：3.1对口准备型式为双V型，参考图如下（图2）：  图2。坡口图    对口前应将坡口面及内外侧各15-20mm范围内用角向砂轮机或电磨头进行打磨清理，除去油漆、氧化物等至露出金属光泽。    坡口钝边不宜过厚，正常情况不宜超过1.5mm，由于材料合金含量高，熔池流动性差,钝边过厚易造成根部未熔合。    控制好对口间隙，间隙最好控制在34mm

10、之间，间隙过小易造成未焊透或间断性根部未熔合，间隙过大使操作困难并使根部高低不平。3.2对口点固    对口点固采用3-4个与管件材质相同或相近材质的定位块进行点固，点固前应对点固区域进行局部预热100150，可用火焰进行加热，见下图（图3）：    图3。点固示意图     对口点固结束，应对对口间隙、平直度等进行检查，符合要求后进行预热和钨极氩弧焊封底焊接。    钨极氩弧焊封底结束后，电焊填充至少10mm以上，用磨光机磨掉定位块，并打磨点固焊缝处，可

11、用放大镜对该处进行检查，以确认母材是否有裂纹等缺陷。    3.3充氩保护     由于SA335-P91为高铬合金钢，焊接时根部焊缝易氧化，因此在对口前必须做好根部充氩保护的措施。在坡口两侧约300mm的位置封堵，形成气室，封堵物用一铁丝系牢，焊接结束后，从管道开口端取出；可采用如图4方法加工堵板，岩棉尺寸略大于管道内径；焊缝坡口内用岩棉撕成条状封堵，以减少氩气的溢出。焊接前预先通入氩气515分钟，以排尽管道内空气。开始流量可为20-30L/min以排尽气室内空气，施焊过程中流量应保持8-10L/min（流量应根据情况适当

12、调整）。           图4充氩装置示意图3.4热处理     SA335-91钢焊接应用电脑温控仪全过程跟踪控温，以确保质量，层间温度不低于预热温度下限且不超过300。采用K型镍铬电阻合金热电偶，热电偶布设于管道外侧，5G、6G位置，设于12点及6点两只热电偶；2G位置，两只热电偶，对称布置，如下图所示；预热、全过程控温及脱氢处理时热电偶距焊缝坡口边缘30mm，最终热处理时热电偶设在焊缝中间。预热温度到达后应恒温0.5小时，以保证厚度方向

13、上的温差小于50。焊后热处理的恒温时间控制要求如下： 表3。焊后热处理的恒温时间控制要求恒温温度恒温时间升降温速率控制760+0-105min/m且3h300×25/且150/h，降温时300以下不控制    焊后热处理的加热宽度至少应为焊缝厚度的6倍，且应达到150mm。加热宽度应以焊缝中心为基准向两侧计算。      SA335-P91冷却后等温时间根据焊口管壁厚度（t）的控制原则如下： 表4。SA335-P91冷却后等温时间根据焊口管壁厚度（t）的控制原则 壁

14、厚时间备注：对厚壁管焊口，等温时间的控制原则为厚度每增加25 mm，时间增加至少一小时。t30mm60mint>30mm120min 3.5焊接施工过程控制 每层道的热输入量严格控制在25KJ/cm内，焊接电流选用不超过下表的最大值，焊接速度不小于规定值。 焊条（丝）规格mm电流A电压V焊接速度cm/min层间厚度mm热输入量KJ/cm2.4100-12010-14>43<252.590-10020-25>63<253.2110-13020-25>83<254.0140-16020-25>94<25 

15、 表5。各层道的焊接规范 根层GTAW焊接：需注意管道内部氩气充满且稳定后方可进行根层焊接，以防止根层氧化。打底焊接时要注意不能象一般钢材焊接，送丝一定要均匀，不能靠送焊丝的力量来突出根部，这样容易造成根部焊缝未熔焊丝头的产生。收弧时特别要注意把焊接电流衰减下来，填满弧坑后移向坡口边沿收弧，防止产生弧坑裂纹。 层间清理和检查：注意层间清理检查，上层检查合格后及时进行次层焊接；SMAW焊接时注意两侧坡口要熔合良好，避免未熔合缺陷的产生；注意接头收弧质量，在熔池边缘处收弧，并保证填满弧坑，以避免弧坑裂纹的产生。焊接参数的选用应在保证熔合良好的前提下选用小的规范，不可偏

16、面强调小规范。 提高焊接速度是降低热输入量的有效途径。提高了焊接速度也就控制了层间厚度，必须保证不同直径的焊条施焊的单道厚度不大于焊条直径。单焊道的摆动宽度4倍焊条直径。 焊接时应注意对称施焊，5G位置焊口的焊接顺序更应引起重视：由于热量总是向上传递的，焊接时一焊工从六点位置顺时针方向焊接，另一焊工应从三点位置逆时针方向焊接，不可两焊工同时在平焊位焊接，当平焊位层间温度大于300时应停止施焊，待温度降至300以下再进行焊接。 退火焊道的焊接,填充焊接至坡口面12mm后方可进行盖面层焊接，盖面焊接前应仔细检查填充焊的平整度，如局部有低于坡口面2mm的应进行补焊，以利

17、盖面层的焊接保证焊缝外观工艺。不同位置接头的盖面层焊接顺序如图5所示： 图5。退火焊道排列示意图焊后外观检查,焊后焊工应认真进行外观检查，焊缝外观不得有裂纹、气孔、夹渣、焊瘤及低于母材等缺陷，发现缺陷及时处理，以避免热处理后补焊重复进行焊后热处理。无损检验,按相关规程规范及合同要求进行焊后无损检验。 4结束语      P91钢虽具有一定淬硬和冷裂纹倾向，但只要严格按焊接工艺规程执行，正确理解它的焊接工艺特点，切实把焊接工艺参数控制在规定的范围内，完全可以获得满意的焊接质量从而保证焊接接头的运行寿命。 参考文献：1

18、.      中国机械工程协会              焊接手册. 1992年版2.      瓦卢瑞克·曼内斯曼钢管公司            T/P91手册3.      牛明安