论文部分内容阅读
摘要：P91 钢高温持久强度和抗蠕变断裂性能优异,与T22 钢相比在相同温度、压力的条件下, 管壁厚减薄50%, 减少了结构重量; 与奥氏体钢相比, 膨胀系数小, 改善了热传导性, 价格也相对便宜。P91 钢作为高温过热器联箱、主蒸汽管道等高温、高压管道的首选及替代钢种, 无论是使用性能, 还是经济性,都表现出了它的优越性, 其使用量正在不断增加。本文阐述了P9l在施工现场的焊接技术处理，探讨了提高P91现场焊接质量控制措施。
关键词：P9l钢施工现场焊接技术处理 质量控制
中图分类号：O213.1文献标识码： A 文章编号：
当今火力发电锅炉机组以大容量、高参数、超临界为发展趋势。为确保机组设备安全、可靠运行，提高生产效率和经济效益，要求高温、高压管道材料具有优良的使用性能，尤其对管道材料的高温蠕变性能和抗应力腐蚀等性能提出更高要求。T91/P91 钢以其良好的综合性能表现出了它的优越性，使其在电站锅炉的过热器、再热器及主蒸汽管道上获得越来越广的应用。
一、P9l在施工现场的焊接技术处理
P91 钢是是一种改进的9Cr-1Mo 钢，它是在9Cr1 Mo 钢的基础上通过添加微量合金元素，采用纯净化、细晶化冶金技术，以及微合金化和控轧、控冷等工艺，开发出的新一代中合金耐热钢。其技术特点如下：
1、纯净化技术处理
如表1 所示可以看出P91 钢材料的化学成分中而C、S、P 含量有所降低，钢材的纯度得到提高。P91 钢的低碳微合金化，普遍采用铁水预处理和炉外精炼技术，使钢的纯度大大提高，同时采用炉外合金成分微调精炼，真空脱气、喷粉等工艺技术，极大地提高了钢的纯净度，增加了钢材的冲击韧性及焊接接头的抗裂性。
表1 SA- 213P91 钢①和9Cr1 Mo 钢②的化学成分（％）
2、细晶化技术处理
P91 钢除了进行固溶强化和弥散强化外还采用了与老钢种不同的强化机理，通过添加V、Nb、N 等合金元素，运用控轧、控冷等工艺使钢材获得高密度位错和超细的晶粒，通过位错强化、形变强化析出第二相强化和晶粒细化，有效地改善了钢的强度、韧性、可焊性和机加工性能，使P91 钢的高温机械性能优于过去常用的耐热合金钢。
如表2 所示可以看出，P91 钢的强度和韧性得到了显著改善，其抗拉强度和屈服强度明显高于9Cr1Mo 钢。同时P91 钢还具有低的热膨胀系数和高的导热性，是一种物理性能极好的管道热强钢，该钢的供货状态为正火＋回火（730～760）℃，显微组织是回火马氏体。
表2 P91 钢和9Cr1 Mo 钢的力学性能
二、提高P91现场焊接质量控制措施
1、保证可靠的充氩保护效果
焊接过程中， 焊缝背面的充氩保护， 一般氬气流量为15 L/min， 但有时由于管道规格的差别较大以及焊口位置和自然风的影响， 现场实际使用的氩气流量往往需要大出许多， 才能保证氩气保护效果， 最大时可达40 L/min。因此， 氩气流量的大小应根据需要由焊工在施焊过程中进行调节。此外， 在管道坡口两侧可采用内置气室方式进行充氩保护， 这种充氩方式能够达到理想的氩气保护效果。
2、严格控制焊接工艺参数
P91 钢焊接工艺对焊前预热温度、道间温度、焊口冷却和焊后回火热处理的控制有严格要求。预热是防止产生冷裂纹的重要措施。试验表明， 在不预热的情况下， P91 钢焊接时冷裂纹的产生率几乎为100％， 预热温度在200 ℃以上即可避免冷裂纹的产生。因此， 在现场施焊中， 应对每一道焊口都进行测量， 确保所有焊口的预热温度都控制在工艺导则要求的200～250 ℃范围内。
焊接过程中道间温度是影响焊接质量的重要因素。一般现场焊接时， 焊接预热温度和道间温度是由热处理控制柜自动控制的， 采用微电脑设定温度曲线， 履带式红外加热片加热， 热电偶测量温度。实践中发现， 由于焊接过程中道间温度偏差较大， 仅由热处理控制柜自动控制和记录， 不能反映焊道真实的道间温度， 易造成道间温度超标。为了保证道间温度差不超过允许值， 还需要采取其他措施来控制道间温度。实践证明， 在热处理控制柜自动控制的同时， 再采用便携式远红外测温仪对道间温度进行校核， 可以达到较理想的效果。
合理控制回火温度、恒温时间及回火升降温速率。在安装某电厂300 MW 机组施工中， 焊接壁厚35 mm的P91 钢管道时采用的热过程工艺曲线如图1 所示。氩弧焊预热温度不低于150 ℃， 电弧焊道间温度不高于250 ℃， 焊接完毕及时包裹岩棉缓冷， 此时热处理控制柜继续监测焊口温度下降过程， 当温度指示接近250 ℃时， 立即快速拆掉热电偶和加热片， 重新按照热处理要求布置热电耦和加热片。为使焊缝充分形成马氏体组织， 保证焊接质量， 焊后冷却到100～120 ℃时保温2 h， 再进行后热热处理， 加热温度控制在（760±10） ℃，保温时间为4 h， 回火升降温速率控制在100 ℃/h。如再延长回火恒温时间， 降低升温速率， 可以进一步提高焊缝室温时的冲击韧性， 但效果并不很显著， 而大大增加了现场焊接难度。对焊口质量检验表明， 采用上述工艺参数可以得到较好的焊接质量。
图1 P91 钢焊接热过程工艺曲线
3、选择合理的焊接工艺参数
为了避免焊缝过热和增加焊缝冲击韧性， 必须采用小的焊接工艺参数。具体措施为， 选用小直径焊条，窄焊道、薄层焊、多层多道的焊接工艺。焊道宽度小于或等于焊条直径的3 倍， 焊层厚度小于或等于焊条直径。对于焊接5G 位置： 第1 层采用准Φ2．4 mm 焊丝， 焊接电流100～120 A； 第2 层以后（含第2 层） 采用准Φ3．2 mm 焊条， 焊接电流125～130 A， 焊道宽度≤9 mm， 焊道厚度≤3 mm， 焊缝最后一道焊道应为退火焊道，所有焊道的热输入为25 kJ/cm； 对于焊接2G 位置： 第1 层采用准Φ2．4 mm 焊丝， 焊接电流100～120 A； 第2， 3层采用准Φ3．2 mm 焊条， 焊接电流125～130 A， 以后采用准Φ4．0 mm 焊条， 焊接电流145～150 A， 焊缝最后一道焊道应为退火焊道， 所有焊道的热输入为25 kJ/cm。
由于焊接工艺参数选用的小， 易产生夹渣缺陷， 为保证焊接质量， 每层焊缝焊接后必须采用角向砂轮对焊道进行彻底清理， 焊道清理后不能有夹沟、夹渣。
在现场焊接中发现， 如焊接电流选择的较小， 易产生夹渣、层间未熔等缺陷。在焊接某300 MW 机组主蒸汽管道2G 位置焊口时， 焊接工艺参数、热曲线均完全符合工艺评定要求， 但对焊口进行UT 检验时， 出现3 处可记录点状缺陷， 采用逐层磁粉＋着色检验对焊缝缺陷位置进行刨解， 缺陷呈典型的夹渣缺陷。经过对焊接过程及P91 钢的特性分析， 认定产生夹渣缺陷可能是由于采用小参数焊接， 而P91 钢焊接时熔池的铁液黏度较大， 流动性差， 焊接电流不够造成的。在此后焊接中， 调整了焊接电流， 采用工艺评定焊接电流的上限值进行焊接， 对焊口UT 检验未发现可记录缺陷， 多道焊口均一次合格。
4、注意事项
（1）由于P91 钢容易过热脆化，严重降低焊缝冲击吸收功，要求采用小规范，多层多道焊接。通过控制焊接电流，焊层厚度和摆动宽度，严格控制热输入量。
（2）焊接接头外观检验不符合标准时，轻者打磨焊补，严重者应割掉重新焊接。返修同一焊口不得超过两次，否则应割掉重新对口焊接。
近年来, 新建的300MW 及以上电站机组主蒸汽管道大都采用P91钢, 由于P91钢焊接相对传统焊接来说, 焊接工艺参数和焊后热处理工艺参数要求更加严格, 焊接工艺操作更加复杂, 因此对焊工及其它操作人员的操作技术水平要求进一步提高。通过从人、机、料、法、环等方面全过程对P91钢管焊接质量进行控制, 能最大限度地既降低焊接缺陷, 保证焊缝质量, 又为机组的安全运行提供了保证。随着各种无损检测技术的不断改进、相互融合和互为补充, 可使无损检测技术在P91钢焊接领域中得到更多的应用和发展。
参考文献：
[1] 蔡永江,吴小峰.A335P91钢蒸汽集箱对接施焊工艺研究[J]. 广东电力. 2006(08)
[2] 黄向红.P91钢的焊接特点及工艺[J]. 机械设计与制造. 2011(06)
[3] 杨宣进,黄新民.T91锅炉热强钢管焊接性能的试验研究[J]. 广东电力. 2009(12)
关键词：P9l钢施工现场焊接技术处理 质量控制
中图分类号：O213.1文献标识码： A 文章编号：
当今火力发电锅炉机组以大容量、高参数、超临界为发展趋势。为确保机组设备安全、可靠运行，提高生产效率和经济效益，要求高温、高压管道材料具有优良的使用性能，尤其对管道材料的高温蠕变性能和抗应力腐蚀等性能提出更高要求。T91/P91 钢以其良好的综合性能表现出了它的优越性，使其在电站锅炉的过热器、再热器及主蒸汽管道上获得越来越广的应用。
一、P9l在施工现场的焊接技术处理
P91 钢是是一种改进的9Cr-1Mo 钢，它是在9Cr1 Mo 钢的基础上通过添加微量合金元素，采用纯净化、细晶化冶金技术，以及微合金化和控轧、控冷等工艺，开发出的新一代中合金耐热钢。其技术特点如下：
1、纯净化技术处理
如表1 所示可以看出P91 钢材料的化学成分中而C、S、P 含量有所降低，钢材的纯度得到提高。P91 钢的低碳微合金化，普遍采用铁水预处理和炉外精炼技术，使钢的纯度大大提高，同时采用炉外合金成分微调精炼，真空脱气、喷粉等工艺技术，极大地提高了钢的纯净度，增加了钢材的冲击韧性及焊接接头的抗裂性。
表1 SA- 213P91 钢①和9Cr1 Mo 钢②的化学成分（％）
2、细晶化技术处理
P91 钢除了进行固溶强化和弥散强化外还采用了与老钢种不同的强化机理，通过添加V、Nb、N 等合金元素，运用控轧、控冷等工艺使钢材获得高密度位错和超细的晶粒，通过位错强化、形变强化析出第二相强化和晶粒细化，有效地改善了钢的强度、韧性、可焊性和机加工性能，使P91 钢的高温机械性能优于过去常用的耐热合金钢。
如表2 所示可以看出，P91 钢的强度和韧性得到了显著改善，其抗拉强度和屈服强度明显高于9Cr1Mo 钢。同时P91 钢还具有低的热膨胀系数和高的导热性，是一种物理性能极好的管道热强钢，该钢的供货状态为正火＋回火（730～760）℃，显微组织是回火马氏体。
表2 P91 钢和9Cr1 Mo 钢的力学性能
二、提高P91现场焊接质量控制措施
1、保证可靠的充氩保护效果
焊接过程中， 焊缝背面的充氩保护， 一般氬气流量为15 L/min， 但有时由于管道规格的差别较大以及焊口位置和自然风的影响， 现场实际使用的氩气流量往往需要大出许多， 才能保证氩气保护效果， 最大时可达40 L/min。因此， 氩气流量的大小应根据需要由焊工在施焊过程中进行调节。此外， 在管道坡口两侧可采用内置气室方式进行充氩保护， 这种充氩方式能够达到理想的氩气保护效果。
2、严格控制焊接工艺参数
P91 钢焊接工艺对焊前预热温度、道间温度、焊口冷却和焊后回火热处理的控制有严格要求。预热是防止产生冷裂纹的重要措施。试验表明， 在不预热的情况下， P91 钢焊接时冷裂纹的产生率几乎为100％， 预热温度在200 ℃以上即可避免冷裂纹的产生。因此， 在现场施焊中， 应对每一道焊口都进行测量， 确保所有焊口的预热温度都控制在工艺导则要求的200～250 ℃范围内。
焊接过程中道间温度是影响焊接质量的重要因素。一般现场焊接时， 焊接预热温度和道间温度是由热处理控制柜自动控制的， 采用微电脑设定温度曲线， 履带式红外加热片加热， 热电偶测量温度。实践中发现， 由于焊接过程中道间温度偏差较大， 仅由热处理控制柜自动控制和记录， 不能反映焊道真实的道间温度， 易造成道间温度超标。为了保证道间温度差不超过允许值， 还需要采取其他措施来控制道间温度。实践证明， 在热处理控制柜自动控制的同时， 再采用便携式远红外测温仪对道间温度进行校核， 可以达到较理想的效果。
合理控制回火温度、恒温时间及回火升降温速率。在安装某电厂300 MW 机组施工中， 焊接壁厚35 mm的P91 钢管道时采用的热过程工艺曲线如图1 所示。氩弧焊预热温度不低于150 ℃， 电弧焊道间温度不高于250 ℃， 焊接完毕及时包裹岩棉缓冷， 此时热处理控制柜继续监测焊口温度下降过程， 当温度指示接近250 ℃时， 立即快速拆掉热电偶和加热片， 重新按照热处理要求布置热电耦和加热片。为使焊缝充分形成马氏体组织， 保证焊接质量， 焊后冷却到100～120 ℃时保温2 h， 再进行后热热处理， 加热温度控制在（760±10） ℃，保温时间为4 h， 回火升降温速率控制在100 ℃/h。如再延长回火恒温时间， 降低升温速率， 可以进一步提高焊缝室温时的冲击韧性， 但效果并不很显著， 而大大增加了现场焊接难度。对焊口质量检验表明， 采用上述工艺参数可以得到较好的焊接质量。
图1 P91 钢焊接热过程工艺曲线
3、选择合理的焊接工艺参数
为了避免焊缝过热和增加焊缝冲击韧性， 必须采用小的焊接工艺参数。具体措施为， 选用小直径焊条，窄焊道、薄层焊、多层多道的焊接工艺。焊道宽度小于或等于焊条直径的3 倍， 焊层厚度小于或等于焊条直径。对于焊接5G 位置： 第1 层采用准Φ2．4 mm 焊丝， 焊接电流100～120 A； 第2 层以后（含第2 层） 采用准Φ3．2 mm 焊条， 焊接电流125～130 A， 焊道宽度≤9 mm， 焊道厚度≤3 mm， 焊缝最后一道焊道应为退火焊道，所有焊道的热输入为25 kJ/cm； 对于焊接2G 位置： 第1 层采用准Φ2．4 mm 焊丝， 焊接电流100～120 A； 第2， 3层采用准Φ3．2 mm 焊条， 焊接电流125～130 A， 以后采用准Φ4．0 mm 焊条， 焊接电流145～150 A， 焊缝最后一道焊道应为退火焊道， 所有焊道的热输入为25 kJ/cm。
由于焊接工艺参数选用的小， 易产生夹渣缺陷， 为保证焊接质量， 每层焊缝焊接后必须采用角向砂轮对焊道进行彻底清理， 焊道清理后不能有夹沟、夹渣。
在现场焊接中发现， 如焊接电流选择的较小， 易产生夹渣、层间未熔等缺陷。在焊接某300 MW 机组主蒸汽管道2G 位置焊口时， 焊接工艺参数、热曲线均完全符合工艺评定要求， 但对焊口进行UT 检验时， 出现3 处可记录点状缺陷， 采用逐层磁粉＋着色检验对焊缝缺陷位置进行刨解， 缺陷呈典型的夹渣缺陷。经过对焊接过程及P91 钢的特性分析， 认定产生夹渣缺陷可能是由于采用小参数焊接， 而P91 钢焊接时熔池的铁液黏度较大， 流动性差， 焊接电流不够造成的。在此后焊接中， 调整了焊接电流， 采用工艺评定焊接电流的上限值进行焊接， 对焊口UT 检验未发现可记录缺陷， 多道焊口均一次合格。
4、注意事项
（1）由于P91 钢容易过热脆化，严重降低焊缝冲击吸收功，要求采用小规范，多层多道焊接。通过控制焊接电流，焊层厚度和摆动宽度，严格控制热输入量。
（2）焊接接头外观检验不符合标准时，轻者打磨焊补，严重者应割掉重新焊接。返修同一焊口不得超过两次，否则应割掉重新对口焊接。
近年来, 新建的300MW 及以上电站机组主蒸汽管道大都采用P91钢, 由于P91钢焊接相对传统焊接来说, 焊接工艺参数和焊后热处理工艺参数要求更加严格, 焊接工艺操作更加复杂, 因此对焊工及其它操作人员的操作技术水平要求进一步提高。通过从人、机、料、法、环等方面全过程对P91钢管焊接质量进行控制, 能最大限度地既降低焊接缺陷, 保证焊缝质量, 又为机组的安全运行提供了保证。随着各种无损检测技术的不断改进、相互融合和互为补充, 可使无损检测技术在P91钢焊接领域中得到更多的应用和发展。
参考文献：
[1] 蔡永江,吴小峰.A335P91钢蒸汽集箱对接施焊工艺研究[J]. 广东电力. 2006(08)
[2] 黄向红.P91钢的焊接特点及工艺[J]. 机械设计与制造. 2011(06)
[3] 杨宣进,黄新民.T91锅炉热强钢管焊接性能的试验研究[J]. 广东电力. 2009(12)