P91鋼管道焊接工藝.doc

1、P91鋼管道焊接工藝摘 要：由于P91鋼具有良好的高溫綜合性能，近十幾年來在我國大型發(fā)電站的主蒸汽管道中得到了廣泛應(yīng)用。本文闡述了P91管道的焊接特性、焊接工藝、焊接質(zhì)量檢驗(yàn)、焊接質(zhì)量監(jiān)控及發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：P91鋼；焊接工藝；質(zhì)量監(jiān)控1. 前 言：在我國近十幾年來的許多大型火力發(fā)電站機(jī)組建設(shè)中，主蒸汽管道都普遍采用A335P91（簡稱P91鋼）鋼。該鋼是美國七十年代末八十年代初開發(fā)的新型馬氏體耐熱鋼，相當(dāng)于國產(chǎn)9Cr-1MoV鋼種，該鋼與國產(chǎn)鋼相比，以具有高溫強(qiáng)度高、抗氧化性能和抗蠕變性能好以及具有相對(duì)高的熱傳導(dǎo)性與低的熱膨脹率等特點(diǎn)，填補(bǔ)了鐵素體鋼 (如 P22)與奧氏體鋼間的空白，使焊件

2、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(yīng)力，減少了熱疲勞裂紋的危險(xiǎn)。華能某地區(qū)電廠二期工程3、4爐擴(kuò)建的2300MW燃煤機(jī)組，由中南電力設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，鍋爐由東方鍋爐(集團(tuán))股份有限公司生產(chǎn)，型號(hào)為DG1025/17.4-12，汽輪機(jī)采用哈爾濱汽輪機(jī)有限責(zé)任公司生產(chǎn)，型式為亞臨界一次中間再熱，單軸雙缸雙排汽凝汽式汽輪機(jī)。主蒸汽主管、支管和高旁閥前管道的設(shè)計(jì)溫度均為545，管材規(guī)格分別為36441、27329和21623，材質(zhì)為A335P91。P91鋼過去在我國各熱電站應(yīng)用還不十分普遍，各施工單位的焊接工藝評(píng)定工作及焊接、熱處理的特點(diǎn)都需要在施工過程中摸索，而且管道組

3、裝順序?qū)附淤|(zhì)量也起著關(guān)鍵作用。為保證P91鋼管道的焊接工藝和焊接質(zhì)量達(dá)到要求，必須根據(jù)P91鋼的焊接特性作出焊接工藝評(píng)定，并根據(jù)評(píng)定報(bào)告作為現(xiàn)場安裝、焊接施工的依據(jù)，以及在現(xiàn)場施工過程中嚴(yán)格執(zhí)行此工藝要求。2.焊接性分析2.1鋼材的化學(xué)成分A335P91鋼的化學(xué)成分如下表：CMnPSSiCr0.080.120.300.600.0200.0100.200.508.09.50MoVNNiAlNb0.851.050.180.250.030.070.400.040.060.10從上述表中可以看出，此鋼屬于中合金耐熱鋼。2.2 P91鋼的焊接特性 由于P91是中合金鋼，它具有相當(dāng)高的冷裂傾向，在不預(yù)熱

4、條件下焊接裂紋達(dá)100%，當(dāng)預(yù)熱200250時(shí)可避免冷裂紋的產(chǎn)生。 在焊接過程中嚴(yán)格控制焊件的層間溫度，使其保持在預(yù)熱溫度或更高的溫度是首要的任務(wù)。其次要十分注意從層間溫度冷卻至焊后熱處理開始的時(shí)間間隔。 對(duì)焊接輸入熱量的控制要求比較高，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)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(yīng)的熱處理。2.3 焊接方法的選擇P91鋼有較高的淬硬傾向，對(duì)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。3焊接工藝評(píng)定為焊接施工提供依據(jù)，依照DL/T 868-2004火力發(fā)電廠鍋

5、爐、壓力容器焊接工藝評(píng)定規(guī)程的規(guī)定，制定下列焊接工藝評(píng)定方案：3.1坡口型式：雙V型，如下圖所示：3.2 對(duì)口間隙：35mm3.3 焊接工藝規(guī)范、參數(shù)(見表1)表1 各層焊接工藝規(guī)范、參數(shù)層 數(shù)焊接方法焊 接 材 料焊 接 參 數(shù)型 號(hào)規(guī) 格極 性電流（A）電壓（V）12GTAWER90S-B92.5直流正接90110101436SMAWE9015-B93.2直流反接10012020247層以上SMAWE9015-B94.0直流反接1351502024蓋面層SMAWE9015-B93.2直流反接10012020243.4 預(yù)熱方式/溫度：跟蹤電加熱/150-200（GTAW）、200-250（

6、SMAW）。3.5保護(hù)氣體：氬氣，純度99.99%，氬氣流量：焊槍8-12L/min，背面第一遍10-25L/min，第二遍3-8L/min。3.6 層間溫度：250（采用遠(yuǎn)紅外線測(cè)儀控溫）。3.7 后熱處理：焊后升溫至300-350，保溫2h。3.8 熱處理：溫度750-770，保溫時(shí)間5min/mm，且不少于4h；焊后熱處理升降溫度小于150/h。按上述工藝焊接了水平固定、垂直固定各一件的27330試件，經(jīng)檢查和檢驗(yàn)，均符合規(guī)范要求。4. 焊接施工工藝在工藝評(píng)定合格的基礎(chǔ)上，依據(jù)工藝評(píng)定報(bào)告，及時(shí)編制了有關(guān)的焊接作業(yè)指導(dǎo)書。P91鋼焊接作業(yè)指導(dǎo)書的內(nèi)容如下：4.1 焊前準(zhǔn)備4.11焊材的選

7、擇 焊絲ER90S-B9焊條E9015-B94.12坡口加工 坡口采用機(jī)械加工，坡口應(yīng)平滑均勻，尺寸符合要求，對(duì)口前需認(rèn)真檢查，發(fā)現(xiàn)不合格者必須用磨光機(jī)等工具修磨至合格。清理坡口內(nèi)外壁兩側(cè)1520mm范圍內(nèi)的鐵銹、油污等污物，直至露出金屬光澤。4.13對(duì)口 應(yīng)采用專用的對(duì)口卡具，不得強(qiáng)行組對(duì)，對(duì)口時(shí)應(yīng)做到內(nèi)壁齊平，如有錯(cuò)口，其錯(cuò)口量不超過壁厚的10%，且不大于1mm；對(duì)口前應(yīng)仔細(xì)檢查坡口處母材是否有缺陷，如有應(yīng)另行處理；點(diǎn)焊用的焊接材料、焊接工藝和選定的焊工技術(shù)條件應(yīng)與正式焊接時(shí)相同；小徑薄壁管點(diǎn)焊時(shí)，間隙為23mm，可在坡口內(nèi)直接點(diǎn)固23點(diǎn)，大口徑管點(diǎn)焊時(shí)，間隙為35 mm，點(diǎn)焊可采用“定位

8、塊”固定。4.2 焊前預(yù)熱 采用電腦溫控設(shè)備，對(duì)焊口進(jìn)行跟蹤預(yù)熱，熱電偶對(duì)稱布置，熱電偶與管件應(yīng)接觸良好，氬弧焊預(yù)熱溫度為150200，焊條電弧焊預(yù)熱為200250，預(yù)熱寬度從坡口中心每側(cè)不少于3倍的管壁厚計(jì)算。4.3 打底層焊接 采用WS-400焊機(jī)，直流正接。當(dāng)預(yù)熱溫度達(dá)到規(guī)定溫度并均勻后，大徑管由兩人對(duì)稱焊接，第一層和第二層焊縫均采用氬弧焊。打底層焊時(shí)，采用內(nèi)送絲法，要注意根部熔合良好，厚度控制在2.83.2mm范圍內(nèi)。為防止根部焊縫金屬氧化，應(yīng)在管子內(nèi)充氬保護(hù)。充氬保護(hù)可參照下列要求進(jìn)行：a、充氬保護(hù)范圍以坡口中心為準(zhǔn)，每側(cè)各200300 mm處，以可溶紙或其它可溶材料，用耐高溫膠帶粘

9、牢，做成密封氣室。b、采用“充氣針”從坡口間隙或“探傷孔”中插入進(jìn)行充氬，開始時(shí)氬氣流量背面為1025L/min，第二遍背面為48 L/min，焊槍為812 L/min。c、用點(diǎn)燃的打火機(jī)或火柴放至焊縫間隙附近，當(dāng)火焰熄滅時(shí)，說明內(nèi)部空氣已排空，可進(jìn)行氬弧焊打底焊接。4.4 焊條電弧焊填充、蓋面層焊接氬弧焊完成后，將預(yù)熱溫度升至200250，開始電弧焊；采用直流反接法、兩人對(duì)稱焊接。由于P91鋼焊接時(shí)，熔池鐵水粘度大，流動(dòng)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(jī)械性能，必須采用多層多道、小規(guī)范進(jìn)行焊接，焊層厚度盡量薄，每層焊道厚度不超

10、過4mm；擺動(dòng)焊接時(shí)，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(cè)，焊縫外表焊接完畢，要求焊工立即進(jìn)行清理自檢，發(fā)現(xiàn)外表成形不好的馬上補(bǔ)焊，嚴(yán)禁在焊縫冷卻后再直接補(bǔ)焊。4.5 焊后熱處理當(dāng)焊接接頭不能及時(shí)進(jìn)行熱處理時(shí)，應(yīng)于焊后立即做加熱溫度為300350、恒溫時(shí)間為2小時(shí)的后熱處理。焊后熱處理采用多路輸出、多點(diǎn)測(cè)溫，且加熱器與熱電偶一一對(duì)應(yīng)，焊口上、下溫度始終保持一致，使熱處理焊口在升、降溫速度以150/h為宜。降溫至300時(shí)，可不控制，冷卻至室溫。加熱溫度為750770，恒溫時(shí)間為5min/mm，但最少不得少于4小時(shí)。4.6 焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)焊縫質(zhì)量按I類焊縫的

11、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)，檢驗(yàn)內(nèi)容及要求為：4.61外觀，按DL/T8692004火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程,I類焊縫外觀的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收；4.62無損檢驗(yàn)，按JB4730對(duì)焊縫進(jìn)行100%超聲波（UT）、磁粉（MT）探傷，I級(jí)合格；4.63硬度，熱處理完畢后，做100%硬度測(cè)定，硬度值小于350HB；4.64光譜，對(duì)焊縫金屬合金成分進(jìn)行100%光譜分析復(fù)查。4.7 焊縫返修4.71 焊接接頭外觀檢查不符合標(biāo)準(zhǔn)時(shí)。輕者打磨焊補(bǔ)，嚴(yán)重者應(yīng)割掉重新焊接。 4.72 經(jīng)無損檢驗(yàn)不合格的焊接接頭，其缺陷可進(jìn)行焊補(bǔ)，但必須在確認(rèn)缺陷已經(jīng)徹底消除的基礎(chǔ)上，按正常焊接工藝或焊補(bǔ)工藝規(guī)定進(jìn)行。 4.73 返修焊補(bǔ)的焊接接頭，一

12、般同一焊口不得超過兩次，否則應(yīng)割掉重新對(duì)口焊接。 4.74 返修焊補(bǔ)的焊接接頭，必須重新進(jìn)行焊后熱處理和無損檢驗(yàn)。5. 質(zhì)量監(jiān)控加強(qiáng)對(duì)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(huì)導(dǎo)致焊接接頭機(jī)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(jìn)行培訓(xùn)并取得 P91鋼的上崗資格證書，其次，從措施、材料、設(shè)備、對(duì)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(jìn)行嚴(yán)格控制。6. 結(jié)論通過選擇以上施工工藝，以及嚴(yán)格的技術(shù)、質(zhì)量管理措施，華能該地區(qū)電廠二期工程3、4爐的主蒸汽管道焊縫的外觀質(zhì)量、接頭表面硬度全部符合標(biāo)準(zhǔn)要求、無損探傷一次合格率達(dá)到100%。另外，從電廠主蒸汽管道水壓試驗(yàn)和投入運(yùn)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