蔣林弟

摘? ?要：隨著火力發(fā)電機組不斷向高參數(shù)、大容量和節(jié)能環(huán)保方向發(fā)展，P92鋼越來越普遍應用于超超臨界機組的主蒸汽管道、鍋爐過熱器和再熱器集箱等關(guān)鍵部件。該文針對某電廠1 000 MW超超臨界機組P92鋼集箱焊縫存在不同程度超標缺陷的情況，經(jīng)過對現(xiàn)場各種影響因素分析以及相應的檢測檢驗，找出缺陷產(chǎn)生的原因，提出針對性的修復方案，對焊縫進行徹底的消缺處理，最終返修焊口和后續(xù)的P92鋼焊口全部合格，使焊接質(zhì)量得到有效控制。

關(guān)鍵詞：P92鋼;對接焊縫;缺陷分析

中圖分類號： TG441? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

P92鋼是以9Cr-0.5Mo-1.8W為主要成分，添加定量的強碳化物形成元素V、Nb，嚴格控制B、N含量而得到的新型馬氏體耐熱鋼，是蒸汽溫度580℃～620℃的超超臨界機組高溫受熱面和主蒸汽管道等關(guān)鍵部件的首選材料[1]。P92鋼屬低碳細晶強韌性熱強鋼，高溫強度高，具有優(yōu)異的高溫蠕變性能和優(yōu)良的抗氧化性能，熱物理參數(shù)也有很大優(yōu)勢。在焊接特性方面，P92鋼存在一定的焊接裂紋敏感性，具有明顯的淬硬傾向;具有明顯的時效傾向;P92鋼焊縫沖擊韌性偏低;P92鋼對焊接和熱處理規(guī)范參數(shù)非常敏感，對焊接熱輸入的控制、對預熱和層間溫度的控制要求都比較高。因此，P92鋼的特性決定了其焊接施工中必須嚴格執(zhí)行經(jīng)評定合格的焊接和熱處理工藝，才能確保獲得性能優(yōu)良的焊接接頭。

某電廠新建1 000 MW超超臨界鍋爐P92鋼集箱焊接期間，檢查發(fā)現(xiàn)部分集箱對接焊縫存在較多的超標缺陷，經(jīng)過缺陷焊縫現(xiàn)場解剖和對各種影響因素的深入分析以及相應的檢測檢驗，找出缺陷產(chǎn)生的原因，提出有針對性的修復技術(shù)方案，對焊縫進行徹底的消缺處理，以確保鍋爐集箱安全、可靠的運行。

1? P92鋼焊接概況

該1 000 MW超超臨界機組塔式鍋爐水壓范圍內(nèi)P92鋼焊口主要分布于高溫過熱器、高溫再熱器和屛式過熱器等高溫部件的出口集箱，在焊接施工期間，對已完成的P92鋼焊口進行超聲波檢測時，發(fā)現(xiàn)部分焊口存在較多的超標缺陷，初步判定為面積型缺陷：層間夾渣、氣孔等。經(jīng)過現(xiàn)場對缺陷焊縫車削解剖后，結(jié)果顯示缺陷多數(shù)為夾渣紋、弧坑裂紋和氣孔。缺陷發(fā)生的部位在坡口根部15 mm～20 mm以上和接近焊縫表面約20 mm以下區(qū)域，沿焊縫整個周長斷續(xù)或連續(xù)分布。

2 原因分析

2.1 材料因素分析

2.1.1 原材料情況分析和檢驗

集箱原材料P92鋼母材經(jīng)過表面質(zhì)量及內(nèi)部質(zhì)量檢查以及金相和硬度檢驗，符合相關(guān)規(guī)范要求;集箱上的設(shè)備焊口出廠前經(jīng)第三方檢測確認合格;P92鋼焊接材料，各個批號的焊材質(zhì)保書入場前已經(jīng)驗收確認，并進行了外觀質(zhì)量及標識檢查，焊材的復驗報告也符合要求;確認原材料合格。

2.1.2 P92鋼合金含量的影響

從P92鋼材料成分看，合金含量在10%以上，合金含量高，焊接熔池黏度高，容易產(chǎn)生氣孔、夾渣和未焊透等工藝缺陷;此外，P92鋼含有的鎢元素（1.8%）熔點較高，容易在收弧處富集，如果操作不當容易形成夾渣和弧坑裂紋。

2.2 工藝因素分析

2.2.1 焊前預熱和層間溫度控制

P92鋼具有明顯的淬硬傾向，焊前預熱可有效防止焊縫產(chǎn)生冷裂紋。但是預熱溫度過高或過低均會對焊接接頭產(chǎn)生不利影響，過高則焊縫晶粒長大變脆沖擊韌性降低，過低則容易產(chǎn)生夾渣[2]?，F(xiàn)場P92鋼焊接預熱時，大口徑厚壁管內(nèi)外壁溫差很大，焊前預熱的溫度范圍又比較苛刻，外壁達到預熱溫度，內(nèi)壁往往還沒達到，預熱溫度偏低容易使焊縫產(chǎn)生氣孔和夾渣;而層間連續(xù)施焊時，溫度急劇升高，層間溫度很容易超過規(guī)定的上限，過高的層間溫度使焊縫金屬高溫停留時間長，晶粒長大變脆，焊接接頭沖擊韌性降低，也是產(chǎn)生裂紋的一個主要因素。

2.2.2 焊接規(guī)范參數(shù)

P92鋼焊接規(guī)范參數(shù)要求小線能量、多層多道、寬擺薄層焊，控制焊接熱輸入對保證P92鋼焊接接頭沖擊韌性至關(guān)重要。但是如果焊接過程控制不當，造成焊接電流過小，使焊接熔池溫度偏低，鐵水黏度大，流動性差，易產(chǎn)生未焊透、夾渣等焊接缺陷[3]。

2.2.3 焊工技能欠佳和執(zhí)行工藝不嚴

從現(xiàn)場實際對缺陷焊縫解剖情況看，焊縫中產(chǎn)生氣孔、夾渣和弧坑裂紋，主要是由于焊工實際焊接時，多層多道焊操作技能不佳、焊接工藝規(guī)范執(zhí)行不嚴格，以及焊接中不良的工作習慣造成。過程中焊縫層道間清理不佳容易引起夾渣和氣孔，收弧操作不當弧坑未填滿容易引起弧坑裂紋。而缺陷基本都出現(xiàn)在距根部20 mm以上和近表面約20 mm以下區(qū)域的情況，則反映了焊工交接班過程中重新焊接時預熱溫度偏低，使焊縫產(chǎn)生氣孔和夾渣。

2.2.4 焊工疲勞施焊

P92鋼大口徑厚壁管焊口焊接時間過長，平均都要24 h以上，安排不當焊工長時間連續(xù)焊接作業(yè)，強度大、易疲勞，增加缺陷發(fā)生的概率。

3 缺陷修復

由于P92鋼的特性決定了其對于焊接工藝和熱處理規(guī)范參數(shù)的高度敏感，此次的超標缺陷又都處于大厚度焊縫較深的部位，因此焊縫返修不僅要徹底清除缺陷，補焊過程中更要嚴防缺陷的再次產(chǎn)生。返修的焊接及焊后熱處理工藝不僅要依據(jù)焊接工藝評定嚴格執(zhí)行，更要針對焊工實際操作中存在的問題，采取相應的措施。

3.1 P92鋼焊縫超標缺陷修復技術(shù)難點

3.1.1 防止裂紋產(chǎn)生

P92鋼具有一定的冷裂紋和熱裂紋傾向，同時還存在焊縫金屬的時效和脆化的問題，因此在焊接、熱處理過程中應采取措施防止產(chǎn)生冷裂紋、熱裂紋和焊縫金屬脆化。

3.1.2 防止產(chǎn)生過大的焊接應力和管系位移

P92鋼大口徑厚壁管結(jié)構(gòu)尺寸大，焊接過程易產(chǎn)生較大的拘束應力，應采取相應的措施。對管系位移的問題，需要分析管系結(jié)構(gòu)，設(shè)計安裝臨時支架，降低附加應力，防止產(chǎn)生位移及變形。

3.1.3 關(guān)注二次熱處理后焊接接頭硬度指標

考慮焊接接頭已經(jīng)過一次焊后熱處理，需要關(guān)注返修后再次焊后熱處理是否會導致焊接接頭特別是近焊縫熱影響區(qū)的硬度指標異常，母材硬度低于標準下限。

3.1.4 消缺打磨工作量大

該次檢出的超標缺陷基本處于大厚度焊縫較深的部位，而且是沿整個周長分布，徹底清除打磨工作量很大，即使是整圈環(huán)切消缺，還須打磨掉淬硬層。

3.2 P92集箱焊縫超標缺陷修復技術(shù)要點

圍繞上述修復技術(shù)難點，專項編制了《P92鋼集箱焊縫超標缺陷處理及焊接修復方案》，明確與返修相關(guān)的人員、材料、設(shè)備、作業(yè)流程、缺陷清除、焊接、熱處理、檢驗等方面的要求。仔細復核每個返修焊口超標缺陷的性質(zhì)和位置，在修復方案中規(guī)定每個返修焊口切割的范圍、打磨的深度和熱處理保溫時間。

采用坡口加工機、砂輪機等機械方法進行缺陷清除和坡口制備。缺陷整圈切割后，將兩側(cè)原焊縫及熱影響區(qū)打磨清除干凈，并使坡口底部圓滑過渡。打磨缺陷時，與檢測人員共同研判，將一些非超標的記錄缺陷也一并處理掉，防止再次焊接時非超標缺陷延伸成超標缺陷。打磨完成后，由無損檢測人員進行全面的PT檢測，確認缺陷已經(jīng)徹底清除。

3.3 焊接工藝要點

因P92鋼的焊接工藝和熱處理規(guī)范參數(shù)范圍都比較窄，而且非常敏感，因此對P92鋼的焊前預熱、層間溫度控制、線能量選擇、熱處理溫度控制等現(xiàn)場操作工藝必須嚴格按照經(jīng)評定合格的焊接工藝執(zhí)行。對參與返修的焊工，重新進行焊前交底，并加強過程中的監(jiān)督檢查。同時，合理安排焊接時間，避免疲勞作業(yè)。全程采用Φ3.2mm焊條補焊，控制適當?shù)暮附与娏?，既保證鐵水流動性，又使焊接電流盡量小，控制焊層和焊道厚度在2.5 mm左右，以控制焊接熱輸入。

返修焊接采用兩人對稱焊，以減少焊接應力和變形;焊道接頭應錯開10 mm～15 mm，避免缺陷產(chǎn)生;焊道之間盡量平滑過渡;收弧時，注意把弧坑填滿，對起弧和收弧的部位都須進行打磨處理，防止產(chǎn)生裂紋。P92鋼焊接層間清理非常關(guān)鍵，應特別強調(diào)焊接過程中的清渣，焊道之間、焊層之間的藥皮、飛濺經(jīng)機械打磨干凈方能進行下一道焊縫的焊接。

3.4 熱處理工藝要點

焊前預熱采用電加熱的方式進行，每側(cè)預熱加熱寬度按熱處理工藝卡執(zhí)行。由于都是大口徑厚壁管，當管道外壁達到預熱溫度時，應保溫足夠長的時間以確保坡口根部溫度達到要求。預熱和層間溫度控制在200℃～250℃。施焊過程中如果焊工休息、換班，中間暫停焊接時，應持續(xù)保持預熱和保溫，控制在預熱溫度范圍內(nèi)。

返修焊接完成后，降溫至80℃～100℃恒溫2 h進行馬氏體轉(zhuǎn)變，再升溫至350℃恒溫2 h進行后熱處理。后熱完成后，降溫至環(huán)境溫度進行超聲波檢測，合格后進行焊后熱處理。嚴格按熱處理工藝卡進行焊后熱處理，恒溫溫度（760±10）℃，恒溫時間根據(jù)返修厚度逐一確定。熱處理結(jié)束對焊接接頭進行硬度檢驗。

3.5 質(zhì)量驗收

焊后將焊縫表面余高打磨至與母材圓滑過渡，然后進行100%外觀檢查，100%UT 檢測，100%硬度和金相檢驗。硬度檢驗合格標準：P92 鋼母材金屬硬度180 HB～250 HB，焊縫金屬硬度180 HB～270 HB，焊縫硬度不應低于母材硬度的90%。本次返修完成，對所有返修焊口檢測檢驗全部合格。對本次返修焊接全過程實施監(jiān)控，并規(guī)范做好全部相關(guān)記錄，為今后的資料整理和問題分析提供依據(jù)。

4 結(jié)語

自P92鋼在超超臨界機組得到應用以來，大家已經(jīng)了解了P92鋼的性能，其焊接和熱處理工藝也十分成熟，在以往的工程中，P92鋼焊口質(zhì)量普遍較好，返修焊口很少。針對此次P92鋼部分集箱焊縫存在較多超標缺陷的情況，我們通過對現(xiàn)場各種影響因素進行分析和相應的檢測檢驗，找出原因并采取措施，對焊縫進行徹底的消缺處理。針對焊工隊伍技能不穩(wěn)定的情況，增加技術(shù)水平高的優(yōu)秀焊工，加強技術(shù)交底，加強過程監(jiān)控，最終返修焊口和后續(xù)的P92鋼焊口所有檢測檢驗結(jié)果全部合格，焊接質(zhì)量得到了有效控制。

參考文獻

[1]聶銘，楊伶俐，張健，等.T/P92超超臨界機組鍋爐用鋼壽命預測[J].熱加工工藝，2014，43（10）：70-75.

[2]謝雪新.P92鋼厚壁大管徑焊接工藝優(yōu)化[J].焊接技術(shù)，2017，46（3）：91-93.

[3]侯志強.P92鋼焊接接頭易出現(xiàn)的問題和焊接工藝要求[J].機電信息，2011（30）：116-117.