600 MW燃煤空冷機組特殊材料的焊接工藝

楊德云，石南輝

(哈爾濱華德學院機電與汽車工程學院，黑龍江哈爾濱150025)

0 前言

某發電廠#3機需要焊接的部件的材質鋼種比較多，整個工程涉及的鋼種包括20G、SA-106B、SA-210C、WCB、WCC、WB36、15CrMo、WC6、WC9、12Cr1MoV、SA-182F22、SA213-T91、SA213-TP347H、A672B70CL32、10CrMo910、SA335-P22、SA335-P91、0Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、00Cr20Ni14 等；其中 SA213-T91、SA335-P91、WB36、SA213-TP347H 等鋼焊接工藝比較復雜，如SA335-P91鋼是近幾年才在國內推廣使用的新型馬氏體耐熱鋼，該鋼合金成分高、管徑大、熱處理時間長，焊后必須進行馬氏體轉變，工藝較為復雜，焊接較困難。

1 特殊材料主要部件的焊接工藝

對特殊材料主要部件如P91焊口的層溫控制、P91焊口的后熱、WB36鋼焊接、TP347H的焊接等重點工藝，做到技術員現場指導、項目質檢員全程跟蹤的技術管理措施，確保了合格達標創優的方針。

1.1 P91的焊接

SA335-P91鋼是近幾年才在國內推廣使用的新型馬氏體耐熱鋼，該鋼合金成分高、管徑大、熱處理時間長，焊后必須進行馬氏體轉變，工藝較為復雜。

某發電廠3＃機組末級過熱器出口管道、主蒸汽管道、高壓旁路管道采用SA335-P91鋼。主蒸汽管道工作參數為溫度546℃，壓力17.47 MPa，規格為φ599×55，φ444×38，采用 GTAW+SMAW 的焊接工藝。氬弧焊打底是保證焊縫質量的關鍵。選用考試合格、技術精湛、經驗豐富的焊工。打底時一人施焊，另一人在另一側進行監督，避免根部焊縫出現氧化、未焊透、內凹和焊瘤等缺陷，保證打底焊縫質量。氬弧焊打底焊層厚度應控制為2.8～3.2 mm，打底不能太薄，否則第一層電焊時容易燒穿。焊條電弧焊填充和蓋面時，為了減少焊接變形、保證焊接質量和提高工作效率，電弧焊時采用兩人對稱施焊，焊接時均采用小參數施焊。第一層和第二層采用φ2.5 mm焊條，第三層及以后全部使用φ3.2 mm焊條，因為使用小焊條小規范可以更好地保證層間溫度不超過規程規定，同時得到細小晶粒，獲得優質的焊縫。焊接時注意焊條的擺幅不能超過焊條直徑的3倍，采用多層多道焊。焊層厚度控制在焊條直徑加2 mm以下，焊接中應將每層焊道接頭錯開10～15 mm；收弧時注意要填滿弧坑，以免產生弧坑裂紋[1-4]。

焊接工藝參數如表1所示[5]。

表1 P91焊接工藝參數

保護氣體流量為10～15 L/min，內充保護氣流量 10～25 L/min，焊后熱處理750℃±10℃。主蒸汽管道P91大管焊口共計50個，全部經過工藝過程控制并同時完成過程記錄，一次合格率99.24%。

1.2 WB36的焊接

某發電廠3＃機組的高壓給水管采用了WB36鋼，是德國DIN標準鋼。我公司建成的多臺電廠的高壓給水管均采用該鋼種的焊接，已經積累了豐富的實際焊接經驗。焊接采用氬弧焊打底加電焊填充的焊接工藝。

焊接主要工藝如表2所示[5]。

表2 WB36焊接工藝參數

1.3 TP347H的焊接

TP347H為ASME標準內不銹鋼型號，為固熔處理狀態供貨無縫鋼管。TP347H的公稱成分為18Cr-10Ni-Cb，在《焊接工藝評定規程》DL/T 868-2004中被歸為C類Ⅲ級鋼，與國產鋼材1Cr18Ni9Ti等相當。該類鋼材焊接時最重要的是要注意根部的充氣保護及層間溫度的控制。

某發電廠#3機組的分隔屏定位管使用了TP347H不銹鋼管，針對多種材質混編的管屏，制定了防止錯用焊材的措施，焊工在作業時，同一排管中同一種類型的材料焊完后再改用焊絲焊接另外類型材料，以免換用焊絲頻繁而錯用焊絲。針對管排焊縫處變形嚴重，采用反變形法進行施工，即留出變形量；由鉗工將管排下部支撐均勻加固，由焊工監督對口質量，檢查合格后才施焊；焊接時管口不能按順序焊接，采用方向和順序相應錯開的方法進行焊接，由有相應資格的高水平焊工施焊。對口時鉗工調整好對口間隙，由焊工對對口間隙進行檢查；點固焊時，由焊工先焊間隙較小的焊口。既節省了氬氣，又節省不銹鋼焊絲等材料的用量。由于在焊接過程中加強了對口的檢查，減少錯口的發生，并盡量控制強制對口。

2 P91大直徑管道施工過程控制

2.1 焊前準備

（1）焊接施工人員（焊工）要有相應的焊接資質，且在有效期內。

（2）焊接材料要有合格證書，焊前焊材要經過光譜復查。

（3）氬弧焊絲使用前應除去表面油、垢等雜質。焊條除按國家標準規定保管外，推薦烘焙參數為：溫度350℃～400℃，時間1～2 h，使用時應放在80℃～120℃的便攜式保溫筒內，隨用隨取。

（4）焊機、熱處理設備良好，電流表及記錄儀等計量器具經鑒定并在有效期內。

（5）焊前坡口及其內外壁兩側15～20 mm內應將油、漆、垢和氧化皮等雜物清理干凈，直至露出金屬光澤。

（6）對口裝配前應認真檢查被焊接部位及其邊緣20 mm范圍內有無不允許缺陷（裂紋、重皮等），無缺陷后方可組裝，確認方法是對打磨過的坡口進行表面探傷（著色）檢查。

（7）焊接場所應根據具體情況采取防風、防雨、防曬措施。

2.2 焊接過程

（1）點固焊用的焊接材料、焊接工藝和選定的焊工技術條件應與正式焊接時相同。

（2）點固焊和施焊過程中，不得在管口表面引燃電弧試驗電流。

（3）P91大徑厚壁管點固焊時用3～4鍥形定位塊（δ=16～25 mm）點焊固定，定位塊材質要選用與母材相同（現場無與母材相同的定位塊，可采用在碳鋼定位塊上用與母材相匹配的焊材進行過度），且采用氬弧焊點固。

（4）充氬保護范圍以坡口中心為準，每側各200~300 mm處，用硬紙皮封堵管口，做成密封氣室，坡口處用保溫棉封堵（氣室密封程度可用打火機測試，如“不著火”則證明氣室符合要求）。

（5）采用針形管（3 mm）在對口間隙處(上爬坡9~10)插入主蒸汽管中進行充氬保護，充氬應提前20 min進行以便排出管內空氣，對口間隙處用硅酸鋁針刺毯或石棉繩填塞封嚴，氬氣流量為16~20 L/min，氬弧焊打底完成后氬氣流量調整為8~10 L/min，氬弧焊打底其他部位全完成后，撤掉充氬的針形管，將插入針形管處的氬弧焊打底進行完。

（6）鎢極氬弧焊打底前要對氬氣進行測試看其純度，并檢查好焊工。

（7）打底結束前應對鎢極氬弧焊打底的根層焊縫進行檢查，確認無缺陷后方可進行下一道焊接工序。無缺陷后應及時進行次層焊縫的焊接，以防止產生裂紋；多層多道焊縫焊接時，應逐層進行檢查，經自檢合格后，方可焊接次層，直至完成。如有缺陷，必須徹底清除缺陷后，方可繼續施焊。

（8）氬弧焊打底的焊層厚度不小于3 mm，以防止電焊蓋面時擊穿，形成根部缺陷。P91焊接時單層厚度不大于所用焊條直徑，單焊道擺動寬度不大于所用焊條直徑的3倍。焊槍氬氣流量為10~15L/min。

（9）A335P91鋼焊接電弧焊填充的第一層、第二層采用小電流、小規格焊條焊接，規格φ2.5mm。

（10）焊前預熱溫度氬弧打底100℃～150℃，電焊250℃～300℃。

（11）定位塊要用角向砂輪機除掉，不應損傷母材，并將其殘留焊疤清除干凈、打磨修整（任何情況下均不允許直接用鐵錘去除定位塊）。然后以肉眼觀察，確認無裂紋等缺陷后，方可繼續施焊。

（12）A335P91鋼焊接時層間溫度最好控制在200℃～300℃，不允許超過350℃。

（13）施焊過程中，應保持層間溫度不低于規定的預熱溫度的下限，且不高于焊接工藝規程規定的最高層間溫度。

（14）當焊接至20 mm厚度時中斷，進行100%RT檢查（根透），經檢查無任何缺陷時方可進行次層焊接。

（15）根透前或焊接被迫中斷時要及時對焊口進行后熱消氫處理。

（16）對于A335P91鋼焊接，焊接完畢后冷卻到100℃~120℃恒溫1 h，然后立即按要求升溫進行熱處理工作，如不能及時熱處理要進行消氫處理。

（17）焊接熱處理的升、降溫以小于等于150℃/h為宜（6250/厚度），降溫至300℃以下時，可不控制，在保溫層內冷卻至室溫；恒溫時間φ444×38為4 h，φ599×55為 5 h。

（18）焊接熱處理過程參照如圖1所示的曲線[4]。

圖1 焊接熱處理熱循環曲線

（19）焊接接頭熱處理完畢應做100%硬度測定，測定部位為焊縫區和熱影響區，每個部位測定不少于三點。硬度測定平均值的標準不超過母材的布氏硬度加100 HB，且小于等于350 HB為合格。

（20）焊接過程中要嚴格執行焊接作業文件要求，并作好焊接過程記錄。

2.3 焊接質量檢驗

焊接接頭的對口、焊縫應符合本作業指導書的有關要求。焊接接頭表面不允許裂紋、表面氣孔、表面夾渣、未熔合等缺陷存在。焊接完成后，焊工應認真檢查焊縫，將飛濺、焊瘤、焊渣清理干凈，如發現咬邊、未熔合等焊接缺陷，應及時打磨補焊。

3 結論

通過對該工程的總結，只要有完善的質量管理體系并嚴格執行，在開工前合理籌劃、施工過程中嚴格按照IS09001質量體系進行科學管理，嚴格焊接過程控制，確保焊接工作科學合理，工程的焊接質量是完全能夠達到要求；在施工前后做好資料的整理及歸檔工作，并做好管理技術總結工作對達標創優是有益的。

[1]郭 軍.DL/T819-2002火力發電廠焊接熱處理技術規程[S].北京，中國電力出版社，2002.

[2]國家電力公司電源建設部.T91/P91鋼焊接工藝導則[S].北京，國家電力公司電源建設部，2002.

[3]周榮燦，范長信.華能電廠P92管道焊接工藝實施細則提交版[S].北京：華能國際電力股份有限公司，2005.

[4]周榮燦，范長信.華能電廠P91、P92管道現場焊后熱處理工藝導則（試行）[S].北京：華能國際電力股份有限公司，2005.

[5]周榮燦，范長信.華能電廠P91、P92鋼焊接質量檢驗導則[S].北京：華能國際電力股份有限公司，2008.