P91鋼管焊接工藝

葛 守 文

(山西省工業設備安裝有限公司，山西 太原　030012)

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P91鋼管焊接工藝

葛 守 文

(山西省工業設備安裝有限公司，山西 太原030012)

根據P91鋼材的特點，分析了其焊接性能，從焊前準備、坡口制備、管內充氬、焊條電弧焊等方面，闡述了P91鋼管的焊接工藝，經現場焊縫無損檢測表明，該焊接工藝一次合格率達到了97%。

鋼管，焊接工藝，管道，無損檢測

1　概述

隨著我國工業的發展和進步，國外的金屬材料也越來越多的得到使用。本公司在陽煤集團山西壽陽化工新建的40萬t/年乙二醇項目中，首次遇到進口鋼號P91的焊接，該鋼標準號ASTM A335，屬于中合金耐熱鋼，管道的規格為DN300×22。

2　P91鋼材特點

P91鋼材具有高溫持久強度、熱穩定性和高溫抗蠕變能力等綜合性能。其化學成分見表1，力學性能見表2。

表1　P91材料的化學成分(質量分數) 　%

表2　P91材料的力學性能

3　焊接性分析

1)P91鋼材的焊接性能較差，在不預熱的情況下焊接裂紋達100%，具有較大的冷裂傾向，當預熱200 ℃～250 ℃時可避免冷裂紋的產生。2)焊接過程需要嚴格控制層間溫度。3)對焊接熱輸入控制比較高，要求較小的焊接線能量，防止熱影響區過熱組織脆化。4)焊后必須進行熱處理。

4　焊接工藝評定流程

焊接準備→坡口制備→管道裝配及加熱器裝配→預熱→管內充氬→氬弧焊打底→焊條電弧焊→保溫緩冷至100 ℃～120 ℃保溫2 h→焊后熱處理→外觀檢查→硬度檢驗→無損檢測→試樣制備→力學試驗→評定結果。

1)焊前準備。a.收集相關資料，編制預焊接工藝規程，內容盡可能全面詳細。b.焊接方法選擇鎢極氬弧焊打底、焊條電弧焊填充及蓋面。c.母材應具有制造廠的質量證明書。d.焊接材料采用日本神鋼的焊絲ER90S-B9，焊條E9015-B9。應具有制造廠焊接材料質量證明書。焊前焊絲表面清理，焊條按說明書烘干。e.焊接用氬氣應符合GB/T 4942的規定，氬氣的純度不應低于99.99%。f.鎢極宜采用鈰鎢極。g.焊接設備選用逆變式直流弧焊機。

2)坡口制備。a.坡口加工采用機械加工方法。b.坡口形式采用U形坡口。

坡口加工采取機械加工，坡口形式如圖1所示。坡口應平滑均勻，尺寸符合要求，對口前需認真檢查，發現不合格必須用磨光機等工具修磨至合格。清理坡口內外壁兩側15 mm～20 mm范圍內的鐵銹、油污等污物，直至露出金屬光澤。

3)管道裝配及加熱器裝配。a.坡口組對前應將坡口及內外側表面20 mm范圍內打磨干凈。b.管道裝配前管道內坡口兩側各150 mm粘易溶紙，用耐高溫膠帶粘牢，組對后成為充氣室。c.管道焊縫組對時，內壁應平齊，錯邊量小于壁厚的10%，且小于1 mm。d.裝配定位塊采用低碳鋼材料。坡口內均勻放置3塊定位塊，見圖2。e.加熱器應布置在坡口兩側，加熱器布置前應將熱電偶焊接在加熱區域的管道上，加熱器外面用石棉布包裹并固定。

　　　圖1　坡口形式　　　　　　　　　圖2　管道裝配

4)預熱。采用加熱器電加熱，采用電腦溫控設備，進行加熱自動控制。根據預焊接工藝規程要求的預熱溫度設定，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 ℃。

5)管內充氬。為防止根層焊縫金屬氧化，氬弧焊打底及焊條填充第一層焊道時，應采取管內充氬氣保護。

6)鎢極氬弧焊打底。打底焊接采用鎢極氬弧焊方法，焊接前清理焊絲表面油、污，依據預焊接工藝規程的焊接參數及相關要求進行施焊，焊接前應對氣室內充氬氣，待氣室內的空氣完全排出后方可以打底焊接。焊接至定位塊時，應去除定位塊，焊點用砂輪機打磨，經肉眼或低倍放大鏡檢查，確認無裂紋后繼續施焊，鎢極氬弧焊打底層厚度以3 mm為宜。

7)焊條電弧焊。填充、蓋面采用焊條電弧焊方法，焊前，應按要求對焊條進行烘干，焊條烘烤(350 ℃～400 ℃)2 h，放在焊條保溫桶內，隨取隨用。焊接過程應嚴格控制層間溫度。層間溫度控制在200 ℃～250 ℃，除以熱電偶進行自動控溫外，現場輔以遠紅外測溫儀進行監控，保證控溫準確。

電焊焊層厚度不大于焊條直徑。焊接采取多層多道焊，中間焊道為退火焊道。多層多道焊接，宜兩人對稱焊接。每焊完一層后，必須將焊渣徹底清理干凈，消除缺陷后再繼續焊接。每層的焊接厚度不得超過3 mm～4 mm，焊條的擺動寬度不得超過焊條直徑的4倍。施焊過程中，應特別注意接頭和收弧質量，收弧時應將熔池填滿。每層焊縫的接頭要錯開，同一層相鄰焊道的接頭也要錯開。焊接規范見表3。

表3　焊接規范參數

8)保溫緩冷至100 ℃～120 ℃保溫2 h。焊接完畢，焊縫及兩側母材覆蓋硅酸鋁纖維氈進行保溫緩冷，使焊縫組織完全馬氏體化。

9)焊后熱處理。焊后緩冷至100 ℃～120 ℃，保溫2 h使焊縫組織完全馬氏體化。之后立即進行焊后熱處理。熱處理溫度(760±10)℃，恒溫時間4 h,升降溫速度不大于150 ℃/h。熱處理曲線圖見圖3。

圖3　熱處理曲線圖

10)外觀檢查。焊接接頭經檢查應無飛濺、表面弧坑、咬邊、氣孔、夾渣、裂紋等缺陷，焊縫與母材圓滑過渡。

11)硬度檢驗。焊后熱處理進行后，溫度處于常態下，進行焊接接頭的硬度檢測，硬度值不超過母材硬度值加100 HB，且應不大于300 HB。如果硬度值超標，應重新進行焊后熱處理。

12)無損檢測。外觀檢查合格后委托無損檢測，方法為X射線檢測(合格級別Ⅱ級)或超聲檢測(合格級別Ⅰ級)。由于P91材質屬于脆硬傾向較大的材料，易產生冷裂紋，焊縫的無損檢測應在焊接完畢36 h后進行。

13)試樣制備。根據NB/T 47014—2011承壓設備焊接工藝評定的要求，焊接試件應制備力學試驗試樣。

14)力學試驗。委托試驗方法、試驗標準。

15)焊接工藝評定結果。對于單位首次使用新材料應按照NB/T 47014—2011標準的要求進行焊接工藝評定，評定前編制預焊接工藝規程指導P91鋼管的預熱、焊接、焊后熱處理，焊接試件按檢驗項目要求進行外觀檢查、無損檢測、硬度測試、拉伸試驗、彎曲試驗和沖擊試驗。檢驗檢測和試驗結果均合格。依據焊接記錄、試驗結果編制焊接工藝評定報告。

5　結語

通過制定合理的焊接工藝，并進行焊接工藝評定，編制焊接工藝規程指導工程施工。該焊接工藝應用在工程管道中，順利地完成了P91管道的焊接工作，現場焊縫無損檢測一次合格率達到97%。

[1]斯重遙.焊接手冊[M].北京：機械工業出版社，1992.

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

The P91 steel pipe welding process

Ge Shouwen

(ShanxiIndustrialEquipmentInstallationLimitedCompany,Taiyuan030012,China)

According to the characteristics of P91 steel, this paper analyzed its welding performance, from the preparation before welding, groove preparation, tube filled with argon, welding rod arc welding and other aspects, elaborated the P91 steel pipe welding process, through the field weld NDT indicated that, the welding time pass rate reached 97%.

steel pipe, welding process, pipeline, nondestructive detection

1009-6825(2016)21-0110-02

2016-05-14

葛守文(1977- )，男，工程師

TU758.11

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