火電廠A335P91鋼管道的焊接工藝及質(zhì)量控制

A335P91鋼(簡稱P91鋼)具有高溫強度高、抗氧化性能和抗蠕變性能好以及具有相對高的熱傳導性與低的熱膨脹率等特點。該鋼近年來在我國許多大型火力發(fā)電站機組主蒸汽管道中的到了廣泛應用，采用該鋼使得焊件具有較小的截面尺寸，有效地降低了焊件壁厚，減少了材料用量，降低了管道熱應力，減少了熱疲勞裂紋的危險。

一 P91鋼的焊接性分析

1、鋼材的化學成分分析

A335－P91鋼的化學成分如下表：

從上述表中可以看出，此鋼屬于中合金耐熱鋼。

2、P91鋼的焊接特性

由于P91是中合金鋼，它具有相當高的冷裂傾向，在不預熱條件下焊接裂紋達100％，當預熱200-250℃時可避免冷裂紋的產(chǎn)生；在焊接過程中嚴格控制焊件的層間溫度，使其保持在預熱溫度或更高的溫度是首要的任務。其次要十分注意從層間溫度冷卻至焊后熱處理開始的時間間隔；對焊接輸入熱量的控制要求比較高，實踐經(jīng)驗證明，采用較小的焊條直徑、比較低的層間溫度和較小的焊接線能量，沖擊韌性可以大大提高；焊接接頭在焊后狀態(tài)均為高硬度的不穩(wěn)定組織，焊后必須作相應的熱處理。

3、P91鋼的焊接方法選擇

P91鋼有較高的淬硬傾向，對焊接冷裂紋很敏感，可采用鎢極氬弧打底和低氫型焊條填充和蓋面的焊條電弧焊焊接。

二 P91鋼的焊接施工工藝

1、焊前準備

焊材選擇焊絲ER90S－B9，焊條E9015－B9。坡口采用機械加工，坡口應平滑均勻，尺寸符合要求，對口前需認真檢查，發(fā)現(xiàn)不合格者必須用磨光機等工具修磨至合格。清理坡口內(nèi)外壁兩側15～20mm范圍內(nèi)的鐵銹、油污等污物，直至露出金屬光澤。應采用專用的對口卡具，不得強行組對，對口時應做到內(nèi)壁齊平，如有錯口，其錯口量不超過壁厚的10％，且不大于1mm；對口前應仔細檢查坡口處母材是否有缺陷，如有應另行處理。

2、焊前預熱

采用電腦溫控設備，對焊口進行跟蹤預熱，熱電偶對稱布置，熱電偶與管件應接觸良好，氬弧焊預熱溫度為150～200℃，焊條電弧焊預熱為200-250℃，預熱寬度從坡口中心每側不少于3倍的管壁厚計算。

3、打底層焊接

采用WS－400焊機，直流正接。當預熱溫度達到規(guī)定溫度并均勻后，大徑管由兩人對稱焊接，第一層和第二層焊縫均采用氬弧焊。打底層焊時，采用內(nèi)送絲法，要注意根部熔合良好，厚度控制在2.8～3.2mm范圍內(nèi)。為防止根部焊縫金屬氧化，應在管子內(nèi)充氬保護。充氬保護可參照下列要求進行：

充氬保護范圍以坡口中心為準，每側各200～300mm處，以可溶紙或其它可溶材料，用耐高溫膠帶粘牢，做成密封氣室。

采用“充氣針”從坡口間隙或“探傷孔”中插入進行充氬，開始時氬氣流量背面為10～25L／min，第二遍背面為4-8L／min，焊槍為8～12L／min。用點燃的打火機或火柴放至焊縫間隙附近，當火焰熄滅時，說明內(nèi)部空氣已排空，可進行氬弧焊打底焊接。

4、焊條電弧焊填充、蓋面層焊接

氬弧焊完成后，將預熱溫度升至200～250℃，開始電弧焊；采用直流反接法、兩人對稱焊接。由于P91鋼焊接時，熔池鐵水粘度大，流動性差，焊接規(guī)范又小，因而容易出現(xiàn)夾渣，層間未熔合等缺陷，因此為避免大的缺陷產(chǎn)生及保證焊接接頭的綜合機械性能，必須采用多層多道、小規(guī)范進行焊接，焊層厚度盡量薄，每層焊道厚度不超過4mm；擺動焊接時，焊條擺幅不超過焊條直徑的4倍，每層焊道必須清理干凈，尤其注意清理接頭及焊道兩側，焊縫外表焊接完畢，要求焊工立即進行清理自檢，發(fā)現(xiàn)外表成形不好的馬上補焊，嚴禁在焊縫冷卻后再直接補焊。

5、焊后熱處理

當焊縫整體焊接完畢，對P91鋼小徑薄壁管的焊接接頭可冷卻至室溫，而對大徑厚壁管的焊接接頭冷卻到100～120℃時，保溫1～2h，進行馬氏體轉變后，及時進行焊后熱處理。當焊接接頭不能及時進行熱處理時，應于焊后立即做加熱溫度為350℃，恒溫時間為1小時的后熱處理。

焊接接頭的焊后熱處理，應采用高溫回火，焊后熱處理的升、降溫速度以≤150℃／h為宜，降溫至300℃以下時，可不控制，在保溫層內(nèi)冷卻至室溫。加熱溫度為750～770℃，恒溫時間按壁厚每25mm恒溫1小時計算，但最少不得少于4小時。

6、焊縫質(zhì)量檢驗

焊縫質(zhì)量按I類焊縫的驗收標準檢驗，檢驗內(nèi)容及要求為：外觀，按DL／T869－2004《火力發(fā)電廠焊接技術規(guī)程》，I類焊縫外觀的質(zhì)量標準驗收；無損檢驗，按JB4730對焊縫進行100％超聲波(uT)、磁粉(MT)探傷，I級合格；硬度，熱處理完畢后，做100％硬度測定，硬度值小于350HB；光譜，對焊縫金屬合金成分進行100％光譜分析復查。

三 P91鋼焊接的質(zhì)量監(jiān)控

加強對P91鋼焊接過程的控制工作，由于P91鋼的焊接性能較差，焊接過程中的任一環(huán)節(jié)控制不好都會導致焊接接頭機械性能差及裂紋等致命缺陷的產(chǎn)生。首先，所有焊工在上崗前，均要進行培訓并取得P91鋼的上崗資格證書，其次，從措施、材料、設備、對口、焊接、熱處理參數(shù)、焊接接頭表面質(zhì)量、無損探傷、缺陷焊縫的返修等各方面進行嚴格控制。

通過選擇以上施工工藝，以及嚴格的技術、質(zhì)量管理措施，主蒸汽管道焊縫的外觀質(zhì)量、接頭表面硬度全部符合標準要求、無損探傷一次合格率達到100％。另外，從電廠主蒸汽管道水壓試驗和投入運行以來的情況來看，焊縫質(zhì)量正常。因此，P91鋼管道采用上述焊接工藝是行之有效的。