T/P92鋼焊接熱處理控制

■ 郭國均，張學鋒

1. 概述

高溫、高壓管道鋼材的使用是火力發電廠安全經濟運行最重要的保障，它不僅對電廠的安全可靠運行起著重要的作用，而且也影響回收電廠的建設投資。T/P92鋼是在T/P91材料的基礎上經過改良而發展起來的，與T/P91相比，T/P92鋼加入了1.5%～2.0%的鎢，減少0.5%鉬的含量以調整鐵素體－奧氏體元素之間的平衡，并且加入了微量的合金元素硼。由于W的固溶強化和Nb、V的碳氮化物的彌散強化作用，600℃時許用應力比P91高34%，在高溫下（600℃及以上）可以有效地減少管道結構的設計壁厚，降低結構的整體重量，熱態強度等指標達到了冷態TP347的水平，屬于新一代高鉻馬氏體熱強鋼。

T/P92鋼理化強度指標如下：抗拉強度≥620MPa，屈服強度≥440MPa，伸長率≥20%，沖擊吸收能量≥41J（常溫）硬度≤250HBW。

T/P92鋼熱處理包括：預熱、后熱、完全馬氏體化熱處理及焊后熱處理。熱處理溫度控制如下：預熱溫度為200～250℃；層間溫度為200～250℃；后熱溫度為300～400℃；完全馬氏體化溫度為80～100℃；焊后熱處理溫度為750～770℃

目前國內已安裝了多臺超超臨界火力發電機組，T/P92鋼焊接及熱處理技術已非常成熟，但在安裝過程、運行檢修過程中發現，因熱處理過程的控制問題而導致焊縫出現質量事件時有發生。本文將通過兩個案例來闡述熱處理控制的重要性，分析原因并結合焊縫熱處理的施工現場經驗，提出保證焊縫質量具體操作方法與原則。

2. 案例1：層間溫度控制超標

（1）案例描述 我們在進行P92鋼φ330mm×50mm規格焊接工藝評定焊后熱處理時發現，手持遠紅外測溫儀測量溫度的數值與Preheat35熱處理機（點焊式）所測量的溫度數值有40℃的誤差。經儀器檢定表明，手持遠紅外測溫儀所測量的溫度偏低，也就是說P92鋼焊接時實際的預熱溫度、層間溫度控制高了40℃，預熱控制實際為240～250℃，層間溫度控制實際為250～290℃，根據標準DL/T 819—2010 《火力發電廠焊接熱處理技術規程》要求可知，該焊接件層間溫度超標。因此，我們又按方案要求重新進行了焊接工藝評定試件的焊接，并同時對這兩條焊縫進行了無損檢測、力學性能和理化試驗。

試驗結果表明，層間溫度超標的試樣除了沖擊韌性值偏低外，其余拉伸、彎曲、金屬組織等試驗數據相差不大。于是，我們又對本單位所進行的T/P92鋼焊接工藝評定所進行的沖擊韌性數據進行了統計，如附表所示。

（2）原因分析 由附表數據可知，沖擊韌性值與層間溫度控制影響很密切，溫度控制低則沖擊韌性值較高。

第一，通過浙江華能玉環電廠4臺百萬機組的安裝，國電信息網出臺了《T/P92鋼焊接指導性工藝》，工藝規定T/P92鋼層間溫度控制溫度為≤300℃；隨著T/P92鋼應用技術的成熟，層間溫度的控制溫度降為≤250℃，并在DL/T 819、DL/T 869標準中先后進行了明確規定。

第二，當焊接時層間溫度控制在250℃以下時，沖擊值較高；當層間溫度控制在300℃以下焊接時，沖擊值較低，與層間溫度控制在250℃以下焊接時的焊縫相差較大，且有些值處于41J的合格臨界值邊緣。

第三，T92鋼由于是小徑薄壁管，散熱狀態較好，層間溫度容易控制，故沖擊值較為理想；而大徑厚管則由于散熱不好，控制較難，沖擊值則處于合格臨界值偏上。若測溫手段等其他不利因素存在，則不能保證其焊縫的質量。

第四，層間溫度是焊接過程中焊接時該層與前一層的溫度，它不是前一層焊接前的瞬時溫度，而是一個動態的溫度控制。層間溫度控制主要應從以下幾個方面控制：①測量儀器的正確性。②測量位置的正確性。③測量的連續性或測量的頻次。

圖1 硬度超標焊縫微觀金相（400×）

層間溫度控制與沖擊值

3. 案例2：層間溫度、焊后熱處理溫度超標

（1）案例描述 某電廠鍋爐在水壓保養期間發現末級再熱器出口集箱安裝焊口泄漏，材質為SA213T92，規格為φ50.8mm×4.5mm，缺陷性質為焊縫熔合線處開裂。

割管后，對母材進行了焊縫硬度檢測、化學元素分析和微觀金相組織分析。試驗結果表明，母材化學元素符合設計要求；焊縫硬度異常，其中母材為162HBW、熱影響區為143HBW、焊縫為189HBW，而合格標準母材和熱影響區硬度于250HBW且不低于母材；焊縫金相組織偏大，有淬硬馬氏體組織存在，晶間有析出物存在，微觀金相如圖1所示。后經擴大檢查，又在其他管排中發現兩條熱影響區硬度偏低、微觀金相組織異常的焊縫。

該三條焊縫經割管重焊，并按要求進行了熱處理。事后檢測表明，硬度與微觀金相都滿足標準的要求，其微觀金相如圖2所示。

（2）原因分析 由圖1可知，焊縫金屬及熱影響區金屬結晶體粗大、晶間有碳析出現象且淬硬馬氏體組織存在。在沈陽與中國科學院金屬研究所李依依院士和王培博士共同研討認為，主要原因是層間溫度、焊后熱處理溫度過高導致的。層間溫度過高，導致焊縫在結晶過程中停留的時間偏長，晶粒體粗大；包扎時過快又導致焊縫組織沒有完全馬低體化，使得焊縫組織有淬硬馬氏體組織存在。焊后熱處理溫度過高，導致晶間有碳析出現象存在，晶粒之間存在薄弱區，使得焊縫、熱影響區、母材硬度偏低，特別是母材與熱影響區金屬有軟化現象。

層間溫度超標的原因是預熱溫度偏高且層間溫度未控制；焊后熱處理溫度超標存在的原因有以下幾方面，由于出現問題的焊縫是個別現象，且管排熱處理是整片進行的，因此原因分析是④和⑤造成的：①哈夫加熱器成套電阻不同（功率不同，導致加熱效果不同）。②焊后熱處理溫度設置過高。③熱處理設備補償不到位，顯示的焊后熱處理溫度雖未超標，但實際的熱處理溫度過高。④控溫熱電偶設置點不對，沒有設置在溫度的最高點。⑤哈夫加熱器成套包扎力度不均勻，存在有些過緊、有些過松現象。

圖2 重焊焊縫微觀金相（400×）

4. 控制措施

（1）層間溫度控制措施 T/P92鋼SMAW預熱溫度控制≥200℃，而層間溫度控制≤250℃，因此焊接區間非常窄，如涉及到5G、6G位置，焊縫上下側存在著溫度差，則焊接區間更窄，極易引起層間溫度超標，因此如何進行中間監督控制是關鍵。

通過分析，結合標準和施工現場實際經驗，層間控制的原則與方法如下。

第一，預熱溫度的上下溫差區間應盡可能窄，應控制在200～210℃。焊縫2G位置可采用繩狀加熱器，焊縫5G、6G位置則應采用塊狀履帶加熱器，塊狀履帶加熱器功率應小而多，更容易保證焊縫周圈溫度的控制并相接近。縮小焊縫的預熱溫度區間，從而增大了焊縫焊接時溫度的控制區間。

第二，加強測溫儀器儀表的檢定，使儀器儀表一直處于合格有效期內且數據正確，并進行溫度數據的校正。

第三，焊接時應控制熱輸入，主要是層道厚度、焊道寬度的控制，應在保證焊縫質量的情況下盡可能的采用最小的焊接熱輸入。

第四，控制焊接的節奏，加強層間溫度的測量控制，層間溫度并不是焊接前底層的溫度，而是一個動態的溫度，應在焊接過程中跟蹤測量底層的溫度，一旦接近上溫度控制點時應立即停止焊接，規范測量方法如圖3所示。

第五，預熱時，應在加熱履帶外且接近坡口處布置一支熱電偶，作為遠紅外測溫儀或其他測溫工具測溫的基準點，防止遠紅外測溫儀等出現設備問題時影響焊縫的焊接質量。

（2）焊后熱處理控制措施 焊后熱處理時應解決的問題有：一是保證焊縫熱處理溫度的均恒性，焊縫上下內外溫度控制在750～770℃之間；二是保證焊縫焊后熱處理溫度不超標。

通過分析，結合標準和施工現場實際經驗，焊后熱處理控制的原則與方法如下。

第一，采用遠紅外熱處理設備進行焊縫的焊后熱處理時，設備必須有熱電偶溫度補償裝置（補償設備區的環境溫度），否則極易引起熱處理溫度超溫。

第二，T92鋼小徑薄壁管進行焊后熱修理時，成套的哈夫加熱器每一只加熱片大小、加熱電阻應一致，使用前應進行檢查；不允許相近的不同規格焊縫采用同一套哈夫加熱器進行焊后熱處理。

第三，成套哈夫進行焊后熱處理時，包括手法及寬緊度應一致，并至少應布置兩支及以上熱電偶，一支作為控溫用，另一支作為監控用。

第四，P92厚壁大徑管熱處理設備盡可能采用Proheat35，如采用遠紅外熱處理設備時，則應嚴格執行焊接工藝評定實施時的熱處理方案。

第五，焊縫熱處理時，控溫點的熱電偶應布置在溫度的最高點，如圖4所示，且布置兩支（一支備用，特別是點焊式）；P92鋼溫度設定應留有一定的空間（如770℃，則設定在767℃或768℃，特別是布置在焊縫或熱影響區上），T92鋼由于均溫性較好，可設置在760℃（而往往熱處理工為保證焊縫硬度合格，溫度設置都偏高）。

第六，熱電偶選擇盡可能選擇點焊式，壓合式應捆扎牢固；熱電偶與加熱器間應有保溫隔離。

第七，焊縫2G位置可采用繩狀加熱器，焊縫5G、6G位置則應采用Proheat35的繩狀加熱器或塊狀履帶加熱器。采用Proheat35時，繩狀加熱器布置繩與繩間距應上寬下窄，并可在加熱過程根據需要微調；采用遠紅外履帶加熱器時，履帶選擇應上窄下寬，履帶數量越多越容易控制，每塊履帶必須布置一支熱電偶。

第八，保溫材料包扎時，應上薄下厚，層與層之間的接頭應錯開。

第九，熱處理時，焊縫管內能用保溫材料堵時應盡量進行封堵。

第十，加強熱處理過程中對設備的監控，防止設備原因造成熱處理溫度的超標，嚴重時會造成焊縫過熱或過燒。

圖3 測溫點位置

圖4 熱電偶布置

5. 結語

T/P92鋼焊縫層間溫度與焊后熱處理溫度控制應按熱處理工藝卡要求嚴格執行，而熱處理工藝卡編制時應嚴格按焊接工藝評定實施時的熱處理方案進行編制。

（1）T/P92鋼焊縫熱處理控制的重點是層間溫度與焊后熱處理溫度的控制。

（2）T/P92鋼焊縫層間溫度的控制重點在于層間溫度的監控與監控溫度數據的正確性。

（3）T/P92鋼焊縫焊后熱處理溫度的控制重點熱處理方式選型并按要求進行包扎。