新型耐熱鋼主蒸汽SA335-P91鋼焊接工藝淺析

1、    新型耐熱鋼主蒸汽sa335p91鋼焊接工藝淺析    劉志晨摘要：本文主要介紹了新型耐熱鋼sa335-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用。通過我公司這幾年承接的300mw以上機組施工安裝過程中積累的實踐經驗、數(shù)據(jù)和技術資料對p91鋼的焊接工藝方法進行分析與探討。關鍵詞：sa335-p91；主蒸汽管；焊接工藝；探討引言為了適應我國大型、高效、環(huán)保型超（超）臨界火電燃煤機組建設發(fā)展的需要，火電機組正在向大容量、高參數(shù)、大型化發(fā)展。全球能源危機和人們環(huán)保意識的提高，加速發(fā)展?jié)崈裘杭夹g的超（超）臨界火電

2、燃煤機組作為能源節(jié)約、保護環(huán)境、促進社會經濟可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略。我公司開展了針對主蒸汽管道p91鋼的焊接工藝的試驗研究工作，對p91鋼的焊接性能，做了充分的研究和分析，制定了詳細的焊接工藝評定和熱處理工藝方案，通過主蒸汽管道p91鋼的評定工作，積累了豐富的經驗和數(shù)據(jù)資料。依據(jù)評定方案進行焊接施工的超（超）臨界火力機組主蒸汽管道p91鋼的焊接性能達到標準規(guī)定，為推動超（超）臨界火電機組采用新型鋼做出了重大貢獻。一、sa335-p91鋼焊接工藝原理：sa335-p91鋼是在9cr-1mo鋼基礎上加入微量元素v、n、nb等形成的變質新鋼種。它是高合金馬氏體耐熱鋼，具有良好的抗氧化性，較好的耐高溫強

3、度和耐硫化氫腐蝕性及具有較好的冷變形性能。該鋼種由于c，p，s等元素含量低，純凈度高，并且具有高的韌性，焊接冷裂傾向相應降低。但它的合金總含量已大于10%，可焊性相對是較差的，尤其焊接時具有強烈的脆硬敏感性。鑒此于，焊接前必須先做行之有效的焊接工藝評定，嚴格執(zhí)行各項工藝紀律才能保證p91鋼的焊縫質量。sa335-p91鋼具有優(yōu)良的常溫及高溫力學性能由于其良好的綜合性能，在火電站建設中得到廣泛的應用，其使用溫度在500650左右。sa335-p91鋼的化學成份和常溫機械性能如表1、2所示。表1 p91鋼的主要化學成分（wt%）表2 p91鋼的常溫力學性能p91鋼已列入asem 、jis和gb標準

4、中。p91鋼材盡管焊接性優(yōu)于f11、f12鋼，但它的淬硬傾向仍然是大的，容易產生再熱裂紋和冷裂紋。冷裂紋產生的因素有三個：一是p91鋼屬于空冷馬氏體鋼，在組織上有較大的冷裂敏感性；二是在焊后的馬氏體轉變中，氫以過飽和狀態(tài)殘留在馬氏體中，促使該區(qū)域進一步脆化；三是由于焊后的馬氏體相變，使接頭處的組織應力增大。這三個因素的共同作用，使p91鋼對冷裂紋較為敏感。因此，p91鋼焊接時應采取相應的措施。二、sa335-p91焊接特性：（一）焊接接頭在焊后狀態(tài)均為高硬度的不穩(wěn)定組織，焊后必須作相應的熱處理。（二）對焊接輸入熱量的控制要求比較高，實踐經驗證明，采用較小的焊條直徑、比較低的層間溫度和較小的焊接

5、線能量，沖擊韌性可以大大提高。（三）在焊接過程中嚴格控制焊件的層間溫度，使其保持在預熱溫度或更高的溫度是首要的任務。其次要十分注意從層間溫度冷卻至焊后熱處理開始的時間間隔。三、sa335-p91鋼焊接施工工藝流程及操作要點：（一）施工工藝流程如下所示：對口前檢查 設置充氬裝置對口檢查點固前預熱點固焊前預熱充氬氬弧打底層間焊接蓋面焊接焊后自檢、專檢熱處理金屬實驗室檢測。（二）焊前準備及施工操作要點：1、sa335-p91鋼焊接工藝采用：gtaw+smaw；2、焊接設備：zx7400st型逆變焊機。3、焊接材料：焊絲采用wcrmo91（型號er90s-b9規(guī)格2.4mm），焊條采用cromocor

6、d9m（型號e9015-b9 規(guī)格3.2mm、4.0 mm）。4、對口前檢查：坡口尺寸和對口間隙應符合火力發(fā)電廠焊接技術規(guī)范（dl/t869-2004）。5、坡口加工：坡口采用機械加工，坡口應平滑均勻，尺寸符合要求，對口前需認真檢查，發(fā)現(xiàn)不合格者必須用磨光機等工具修磨至合格。清理坡口內外壁兩側1520mm范圍內的鐵銹、油污等污物，直至露出金屬光澤。6、焊前預熱：采用電腦溫控設備，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100150，焊條電弧焊預熱為200300，預熱寬度從坡口中心每側不少于3倍的管壁厚計算。表3 sa335-p91鋼焊接工藝參數(shù)表7、施焊時按

7、照焊接工藝參數(shù)表3進行；打底層焊接，當預熱溫度達到規(guī)定溫度并均勻后，焊絲選用er90s-b9規(guī)格 2.4mm采用直流正接由兩人對稱焊接，第一層和第二層焊縫均采用氬弧焊。打底層焊時，采用內送絲法，要注意根部熔合良好，厚度控制在2.83.2mm范圍內。8、氬弧焊打底過程中，用聚光手電筒仔細檢查根部焊縫，確保無跟不可看缺陷，打底完成并經目測檢查合格后，立即進行次層的焊接。為防止根部焊縫金屬氧化，應在主蒸汽管子內充氬保護。9、充氬保護可參照下列要求進行：（1）充氬裝置工具如圖1所示?？上仍趯谇?，在焊口每側使用貼粘兩層水溶紙，焊口間隙用耐高溫膠帶粘牢，充氬可使用6mm×1.5mm的銅管，將銅

8、管的一端加工成寬度為8mm，厚度為3mm的扁狀體，再用1mm的鉆頭在上面鉆46個小孔，保證充氬時氣體流量均勻。然后將其插入焊縫坡口內充氬。（2）根層及近根層焊接時，管內必須進行充氬保護，一般應持續(xù)2層以上。（3）用點燃的打火機或火柴放至焊縫間隙附近，當火焰熄滅時，說明內部空氣已排空，可進行氬弧焊打底焊接。（三）氬弧焊打底完成后，將預熱溫度升至200300、開始層間與蓋面焊采用焊條電弧焊（smaw）方法；焊條選用e9015-b9 3.2mm、4.0mm。1、采用直流反接法、兩人對稱焊接。由于p91鋼焊接時，熔池鐵水粘度大，流動性差，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

9、缺陷產生及保證焊接接頭的綜合機械性能，必須采用多層多道.2、焊接過程中應將每層焊道接頭錯開1015mm，同時注意盡量焊得平滑，便于層間焊渣清理和避免出現(xiàn)死角。3、每層焊完后，必須把熔渣清理干凈，尤其是兩側溝槽中的熔渣，應用磨光機或鋼絲刷等將焊渣、飛濺等雜物清理干凈，經自檢合格后，方可焊接次層。4、焊接過程中，認真觀察熔化狀態(tài)，應特別注意焊接接頭和收弧質量，收弧時應將熔池填滿，避免以避免出現(xiàn)弧坑裂紋。5、焊縫外表焊接完畢，要求焊工立即進行清理自檢，發(fā)現(xiàn)外表成形不好的馬上補焊，嚴禁在焊縫冷卻后再直接補焊。6、為了控制層間溫度、每層可采用間歇式焊接，必要時可加大每層停留時間，焊接時焊口應配有監(jiān)溫裝置

10、。（1）焊后自檢：.焊口焊接完成后，應及時將焊縫表面的焊渣、飛濺物等清理干凈，對超標的外觀缺陷進行打磨、補焊，補焊時的工藝要求與焊接時相同，并且在同一位置上的挖補次數(shù)一般不得超過兩次。（2）自檢合格后應及時填報焊接自檢記錄表，以利于下道工序的進行。（四）焊后熱處理：1、焊后熱處理和后熱處理的加熱方法、加熱范圍、保溫要求和測溫要求等按照火力發(fā)電廠焊接熱處理技術規(guī)程（dl/t819-2002）有關規(guī)定執(zhí)行。2、對于sa335-p91鋼，在焊接過程被迫停止或焊后未能及時進行熱處理，應在200300的溫度范圍內停留10min才可在保溫中自冷。重新焊接時，按照原工藝要求進行施焊。3、p91鋼預熱溫度：氬

11、弧焊打底預熱溫度為100150，電焊蓋面預熱溫度為200300。層間溫度：200250。4、焊后熱處理溫度：760±10、恒溫時間34小時、升降溫速度140/h。主蒸汽sa335-p91大徑管焊接處理曲線如圖2所示。圖2 主蒸汽 p91大徑管焊接處理曲線圖5、加熱寬度按dl/t-819-2002規(guī)程要求。6、保溫材料，如硅酸鋁、石棉布、礦砂棉（或石棉繩）等由熱處理人員根據(jù)實際情況選用（切記不能影響工作）。（五）sa335-p91鋼焊后檢測；焊縫質量檢驗焊縫質量按i類焊縫的驗收標準檢驗，檢驗內容及要求為：1、外觀檢驗按dl/t8692004火力發(fā)電廠焊接技術規(guī)程，i類焊縫外觀的質量標準

12、驗收；2、無損檢驗按jb4730對焊縫進行100%超聲波（ut）、磁粉（mt）探傷，i級合格；3、硬度，熱處理完畢后，做100%硬度測定，硬度值小于350hb；4、光譜，對焊縫金屬合金成分進行100%光譜分析復查。四、總結通過選擇以上施工工藝，以及嚴格的技術、質量管理措施，越南廣寧熱電廠期2×300mw工程兩臺機組的主蒸汽管道焊縫的外觀質量、接頭表面硬度全部符合標準要求、無損探傷一次合格率達到100%。另外，從電廠主蒸汽管道水壓試驗和投入運行以來的情況來看，焊縫質量正常。因此，p91鋼管道采用上述焊接工藝是行之有效的。目前，在大型火力發(fā)電機組中采用p91鋼已成為一種必然的趨勢。參考文獻：1新型耐熱鋼焊接楊富、章應霖等編著