超超臨界機組主蒸汽P92鋼的焊接過程質量控制實踐

(遼寧省電力有限公司大連培訓中心 遼寧 大連 116023)

超超臨界機組主蒸汽P92鋼的焊接過程質量控制實踐

宮秀文

(遼寧省電力有限公司大連培訓中心遼寧大連116023)

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

超超臨界機組；P92；溫度；焊接質量控制

一、前言

現國內60萬KW超超臨界燃煤發電機組，其主蒸汽壓力高達27.56Mpa、溫度605℃，鍋爐最大連續蒸發量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、抗氧化性均優于P91鋼，在世界上也僅有丹麥和德國等極少數工業發達國家在電站中使用，其焊接工藝尚不成熟。現場焊接施工及質量管理存在一定難度。

二、P92鋼簡介

P92鋼是日本制鐵在9%CrP91鋼的基礎上通過減Mo加W提高高溫強度得到的“鎢強化鋼”。P92鋼開發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定的高溫強度。P92鋼的主要化學成分、常溫力學性能分別如表1、表2所示。

表一 主要化學成分

表二 常溫力學性能

三、P92鋼的焊接質量控制要點

P92鋼的焊接質量控制，目的是要要防止和減少焊接缺陷的產生，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、旁站監督檢查，綜合采用各種措施確保焊縫質量達到要求。

(一)焊接工藝質量控制

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

表3 MTS616焊材主要化學成分

表4 力學性能

2.嚴格控制焊前預熱過程。P92鋼的氬弧焊預熱溫度和焊條電弧焊預熱溫度分別為150℃～200℃和200℃～250℃。采用電加熱，預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人的指導監督下完成。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，在管子內壁充氬氣進行保護。焊縫兩側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；焊接過程中旁站監督，控制焊接電流在工藝要求范圍之內，檢查和教育焊工不得隨意調到大電流焊接。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場測溫并做好記錄，焊接技術員監督檢查。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，儀表儀器經計量檢驗合格都在有效期內。(2)防風防雨保溫棚。施焊區域周圍和上部用苫布遮嚴，不得進風漏雨，盡量使現場的施焊環境接近做工藝評定的環境。(3)焊材的驗收使用。采取現場焊材入庫必須經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，施焊時應放人80℃～110℃的便攜式保溫筒內隨用隨取。(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℃，這些是在設備的極限誤差范圍內，稍有不慎將會導致硬度不合格，因此熱處理前應嚴格把關檢查熱處理的各個環節，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備誤差。記錄儀表、補償導線、熱電偶等經過校驗并標出系統誤差值，在設定溫度時扣除相應的數值。

2.合理布置熱電偶和補償導線。熱電偶絲壓焊牢固，避免在安裝加熱器時碰落或移位；補償導線單獨設置成一路，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、潮濕環境造成損傷。補償導線和熱電偶絲連接時必須采用接線座。

3.采取分區加熱控溫。為了減小上下之間以及管道內外壁的溫度梯度，熱處理時分三個區域加熱(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控熱電偶。

4.合理布置加熱帶和保溫層，盡可能減小管道內外壁、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、結論

通過制定合理的焊接技術，采取嚴格的質量控制措施，使主蒸汽管道P92鋼焊縫結果理想：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。符合焊接工藝規范和《DL/T5007-2004》要求。

P92鋼焊接技術難度大，工藝要求高。焊接時必須在工藝、人員、設備、環境方面都做好充分的準備工作，通過加強過程質量控制，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：機械工業出版社，2007

[2]張文鉞.焊接冶金學.北京：機械工業出版社，2004