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超超臨界機組主蒸汽P92鋼的焊接過程質(zhì)量控制實踐

宮秀文

(遼寧省電力有限公司大連培訓(xùn)中心遼寧大連116023)

根據(jù)超超臨界機組主蒸汽管道P92鋼的現(xiàn)場焊接實踐，詳細介紹了P92鋼的焊接質(zhì)量控制要點。通過采用性能優(yōu)良的焊材。嚴格控制焊接熱輸入、預(yù)熱溫度和層間溫度，采用分區(qū)加熱的熱處理工藝，全過程旁站監(jiān)督控制，從而得到優(yōu)良的焊縫。

超超臨界機組；P92；溫度；焊接質(zhì)量控制

一、前言

現(xiàn)國內(nèi)60萬KW超超臨界燃煤發(fā)電機組，其主蒸汽壓力高達27.56Mpa、溫度605℃，鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量2950t/h，為了滿足高溫高壓蒸汽的要求，主蒸汽管道選用了美國材料試驗標準的P92鋼。其高溫強度、抗氧化性均優(yōu)于P91鋼，在世界上也僅有丹麥和德國等極少數(shù)工業(yè)發(fā)達國家在電站中使用，其焊接工藝尚不成熟?，F(xiàn)場焊接施工及質(zhì)量管理存在一定難度。

二、P92鋼簡介

P92鋼是日本制鐵在9%CrP91鋼的基礎(chǔ)上通過減Mo加W提高高溫強度得到的“鎢強化鋼”。P92鋼開發(fā)中將目前已知的強化手段全部用上。通過添加ω(W)=1.8%、ω(B)=0.0035%增加了其高溫強度，比P91鋼具有更高的抗蒸汽氧化性能、抗高溫腐蝕性能和較穩(wěn)定的高溫強度。P92鋼的主要化學(xué)成分、常溫力學(xué)性能分別如表1、表2所示。

表一 主要化學(xué)成分

表二 常溫力學(xué)性能

三、P92鋼的焊接質(zhì)量控制要點

P92鋼的焊接質(zhì)量控制，目的是要要防止和減少焊接缺陷的產(chǎn)生，使焊縫獲得最佳的金相組織，保證接頭的使用性能合格。為此，在現(xiàn)場焊接全過程中，重點控制焊接材料的選用，焊接工藝的實施以及焊后熱處理工藝，加強過程控制、旁站監(jiān)督檢查，綜合采用各種措施確保焊縫質(zhì)量達到要求。

(一)焊接工藝質(zhì)量控制

1.合適的焊接材料。根據(jù)母材的化學(xué)成分和力學(xué)性能，選擇了化學(xué)成分、力學(xué)性能與母材基本一致，并且沖擊韌性高、性能優(yōu)良、易操作的MTS616焊材。MTS616焊材的主要化學(xué)成分、力學(xué)性能如表3、表4所示。

表3 MTS616焊材主要化學(xué)成分

表4 力學(xué)性能

2.嚴格控制焊前預(yù)熱過程。P92鋼的氬弧焊預(yù)熱溫度和焊條電弧焊預(yù)熱溫度分別為150℃～200℃和200℃～250℃。采用電加熱，預(yù)熱前用儲能焊機仔細點焊熱電偶并用手輕輕拉扯以檢驗是否牢固，認真綁扎加熱器和保溫棉。加熱片和保溫棉的寬度必須滿足要求以保證預(yù)熱溫度。熱電偶的布置、加熱器和保溫棉綁扎工作由持證熱處理工在熱處理負責(zé)人的指導(dǎo)監(jiān)督下完成。水平管焊縫，保溫材料下部包厚一點，上面薄一點，以便溫度均勻。

3.焊接對口。焊接對口塞塊形狀為鍥形，材料采用低碳鋼，在表面用MTS616焊條進行堆焊，堆焊厚度不小于4mm，塞塊數(shù)量為4塊，具體布置及對口尺寸見圖1。

圖1 焊口固定塞塊示意圖

4.有效地充氬保護措施。P92鋼焊接為了防止根部焊縫金屬被氧化，氬弧焊打底和焊條電弧焊填充第一道時，在管子內(nèi)壁充氬氣進行保護。焊縫兩側(cè)用水溶紙做密閉氣室，坡口間隙用耐高溫膠布粘貼或者保溫棉堵塞，必須保證背面焊縫不被氧化。

5.控制焊接線能量。P92鋼焊接時應(yīng)可能采用小線能量，防止馬氏體晶粒長大，從而減小裂紋的產(chǎn)生、提高焊縫的沖擊韌性。P92鋼的焊接線能量不得大于20KJ/cm。

由焊接線能量公式E=60IU/V(I、U、V分別為焊接電流、電壓和焊接速度)可以看出，當I減小或V增大時，E變小。因此，可以通過減小焊接電流I或提高焊接速度V來降低線能量。

(1)減小焊接電流I。P92鋼填充和蓋面焊一律采用￠2.5mm和￠3.2mm的小直徑焊條，而不用￠4.0mm的大直徑焊條；焊接過程中旁站監(jiān)督，控制焊接電流在工藝要求范圍之內(nèi)，檢查和教育焊工不得隨意調(diào)到大電流焊接。在工藝上減小焊接電流，減薄焊層厚度和寬度。

(2)提高焊接速度V。焊接時，在保證焊縫熔合良好的情況下，提高焊接速度可以減小熔池體積、降低熔池溫度、減小一次結(jié)晶的晶粒尺寸。當焊速為15cm/min，最佳時一根￠3.2mm焊條施焊長度為165mm(厚度2mm、寬度8mm)。

(3)控制焊層厚度和焊道寬度。由于焊層厚度和焊道寬度是焊接線能量的直觀反映，在焊接過程中，每焊完一層后測一次焊縫厚度和擺動寬度，嚴格控制焊層厚度不得超過焊條直徑、擺動寬度不大于焊條直徑的3倍。

6.嚴格控制層間溫度。過高的層間溫度會使焊縫金屬在高溫(1100℃以上)停留時間長，晶粒長大變脆，致使焊縫金屬韌性降低。P92鋼的層間溫度為200℃-300℃，焊接過程中由持證的熱處理人員用遠紅外測溫儀現(xiàn)場測溫并做好記錄，焊接技術(shù)員監(jiān)督檢查。當溫度超過，立刻停焊，待緩冷到300℃以下后再進行焊接；如果溫度低于200℃，則用石棉布把焊縫包好等溫度升到200℃以上再進行焊接。

7.其他要求。(1)工器具準備齊全，儀表儀器經(jīng)計量檢驗合格都在有效期內(nèi)。(2)防風(fēng)防雨保溫棚。施焊區(qū)域周圍和上部用苫布遮嚴，不得進風(fēng)漏雨，盡量使現(xiàn)場的施焊環(huán)境接近做工藝評定的環(huán)境。(3)焊材的驗收使用。采取現(xiàn)場焊材入庫必須經(jīng)過項目部焊接主管及以上人員驗收。嚴禁不合格的焊材進入倉庫、流入施焊現(xiàn)場。施焊前，焊接材料嚴格按使用說明書的要求進行烘焙，施焊時應(yīng)放人80℃～110℃的便攜式保溫筒內(nèi)隨用隨取。(4)焊接時采取兩人對稱焊、多層多道焊接。兩人的焊接電流、焊接速度保持一致。

(二)焊縫熱處理溫度

當P92鋼焊縫硬度在180～250HB時才能保證焊縫的使用性能，這對熱處理提出了很高的要求：P92鋼的焊后熱處理溫度為750℃～770℃，在均溫過程中的最大溫差不得超過40℃，這些是在設(shè)備的極限誤差范圍內(nèi)，稍有不慎將會導(dǎo)致硬度不合格，因此熱處理前應(yīng)嚴格把關(guān)檢查熱處理的各個環(huán)節(jié)，采取一切措施來減小誤差，熱處理時嚴格按照焊接工藝評定進行。P92鋼熱處理溫度曲線如圖2所示。

圖2 P92鋼熱處理溫度曲線

1.計量校驗減小儀器設(shè)備誤差。記錄儀表、補償導(dǎo)線、熱電偶等經(jīng)過校驗并標出系統(tǒng)誤差值，在設(shè)定溫度時扣除相應(yīng)的數(shù)值。

2.合理布置熱電偶和補償導(dǎo)線。熱電偶絲壓焊牢固，避免在安裝加熱器時碰落或移位；補償導(dǎo)線單獨設(shè)置成一路，不得有小曲率半徑彎曲、冷加工和過度繞卷，不得受到機械、加熱、潮濕環(huán)境造成損傷。補償導(dǎo)線和熱電偶絲連接時必須采用接線座。

3.采取分區(qū)加熱控溫。為了減小上下之間以及管道內(nèi)外壁的溫度梯度，熱處理時分三個區(qū)域加熱(在ll：00、l：00、6：00位控溫)，并在離焊縫邊緣一倍壁厚處裝一個監(jiān)控?zé)犭娕肌?/p>

4.合理布置加熱帶和保溫層，盡可能減小管道內(nèi)外壁、管道上下之間的溫度梯度

加熱器和保溫材料的覆蓋寬度必須滿足加熱寬度要求；垂直管加熱器的加熱中心適當下移，60%布置在焊縫的下部；保溫材料厚度大于等于50mm。

四、結(jié)論

通過制定合理的焊接技術(shù)，采取嚴格的質(zhì)量控制措施，使主蒸汽管道P92鋼焊縫結(jié)果理想：外觀成形美觀；超聲波檢驗一次合格率100%，焊縫硬度在180～250HB；焊縫金相組織為回火馬氏體。符合焊接工藝規(guī)范和《DL/T5007-2004》要求。

P92鋼焊接技術(shù)難度大，工藝要求高。焊接時必須在工藝、人員、設(shè)備、環(huán)境方面都做好充分的準備工作，通過加強過程質(zhì)量控制，確保焊接工藝切實有效的實施。

[1]李亞江.材料的焊接性.北京：機械工業(yè)出版社，2007

[2]張文鉞.焊接冶金學(xué).北京：機械工業(yè)出版社，2004