SA-335P92高铬耐热钢的现场焊接工艺

SA-335P92高铬耐热钢的现场焊接工艺

罗艳波

（中国能源建设集团东北电力第一工程有限公司辽宁沈阳110179）

摘要：发展超临界（ＳＣ）和超超临界（ＵＳＣ）火电机组，提高蒸汽参数对提高火力发电厂效率的作用是十分明显的。超超临界锅炉由于温度及压力的提高，对主要部件的抗蠕变、疲劳、高温氧化与腐蚀性能等都提出了更苛刻的要求。选用了一些高温蠕变性能、高温抗氧化性能更好的新型材料，SA-335P92（9Cr-2W）就是常用的一种新型马氏体钢。

关键词：SA-335P92钢；现场；焊接工艺

1SA-335P92钢材简介

SA-335P92钢是在SA-335P91钢的基础上，适当降低了Mo元素的含量，同时加入了一定量的W以将材料的钼当量（Mo＋0.5W）从P91钢的1％提高到约1.5％，该钢还加入了微量的硼。经上述合金化改良后，与9％Cr系列的其他常用耐热钢相比，其耐高温腐蚀和抗氧化性能相似，但高温强度和蠕变性能大大提高。

2P92钢性能优点：

（1）600˚C、100，000小时蠕变强度比P91钢提高约30%；

（2）进一步提高电站的系统热效率，有效降低发电生产成本；

（3）在相同设计工作条件下，进一步降低电站锅炉及管道系统的重量；

（4）或在相同结构尺寸下，提高结构工作温度；

（5）有效减少电站二氧化碳排放，保护自然环境。

3P92钢管（规格：ф355×40mm）的现场焊接工艺

3.1焊接材料

选用的氩弧焊丝、电焊条应与钢材匹配，焊接材料的质量应符合国家标准或其它有关的规定，并有生产厂家提供的质量保证书，包括熔敷金属化学成分、力学性能保证值、推荐的焊接和热处理工艺参数。焊条在使用前应按照其说明书的要求进行烘焙。

3.2焊前准备

（1）环境要求

①施焊场所环境温度低于5℃不得进行焊接；

②手工电弧焊、埋弧焊时的风速不应超过8m/s，氩弧焊时的风速不应超过2m/s，否则应有防风设施。

③在下雨、下雪、刮风期间，焊接现场应该设有防潮防雨防雪设施。

④焊接前关闭连接在管道上的阀门或采取堵塞等措施杜绝管道内有穿堂风。

（2）坡口制备与焊前清理

坡口形状和尺寸采用机械方法加工，坡口修整时，可使用角向砂轮机等轻便工具，要求坡口表面平整，不得有裂纹、分层、夹杂、坡口破损及毛刺等缺陷。坡口及其内外壁两侧15～20mm范围内应露出金属光泽。

（3）充氩保护装置

为防止根层焊缝金属氧化，氩弧焊打底及焊条填充第二层焊道结束前，应在管子内壁充氩气保护。

（4）对口装配.

①对口装配前应经PT检查被焊接部位及其边缘20mm范围内有无不允许缺陷（裂纹、重皮等），确认无缺陷后方可组装。

②对口装配时，应选定管子的支撑点并垫置牢固，以防焊接过程中产生位移和变形。

③对接管口端面应与管子中心线垂直，其偏斜度不得超过规定。

④严禁在管子上焊接临时支撑物。

3.3对口点固焊

（1）点固焊用的焊接材料、焊接工艺和选定的焊工技术条件应与正式焊接时相同。

（2）点固焊和施焊过程中，不得在管子表面引燃电弧、试验电流。

（3）点固焊时，可采用“定位块”法点固在坡口内点固焊不少于3块，点固焊用的“定位块”应选用P92钢或表面堆焊P92熔敷金属的低碳钢，堆焊层不得少于两层，厚度不得小于5mm。

（4）焊接过程中，施焊至“定位块”处时，应将“定位块”除掉，并将焊点用砂轮机磨掉，不得留有焊疤等痕迹。并以肉眼或低倍放大镜检查，确认无裂纹等缺陷后，方可继续施焊。

3.4焊前预热以及层间温度保持

预热温度和层间温度的测量可采用表面式热电偶、红外测温仪、测温蜡笔等。

保温层的最小宽度为加热带每侧增加75mm和3倍壁厚二者之间的较大值。

3.5焊接工艺

P92钢必须严格执行按照经评定合格的工艺所编制的作业指导书进行施焊。

P92厚壁管现场焊接采用氩弧焊打底、焊条电弧焊填充及盖面的组合焊接方法。

（1）氩弧焊打底焊接

①焊前预热。氩弧焊的预热温度为150～200℃，层间温度为200～250℃，温度升到预热温度后保温至少30分钟。

②充氩保护氩弧焊打底及焊条填充第一层焊道时，管子内壁充氩气保护。对口间隙以高温胶带或保温棉堵塞，温度升到预热温度后，采用“气针”从坡口间隙或“探伤孔”中插入进行充氩。开始时流量可为10～20L／min，施焊过程中流量应保持在8～10L／min。

③氩弧焊打底时，氩弧焊打底的焊层厚度控制在2.8～3.2mm范围内，共打底两层。

④根部质量检查氩弧焊每层焊接完成后需要严格检查焊接质量并作好记录，如有问题立即清除重新焊接。

（2）手工电弧焊

①施焊前的预热温度为200～250℃，层间温度为200～300℃。

②焊接中应将每层焊道接头错开10～15mm，同时注意尽量焊得平滑，便于清渣和避免出现“死角”。每层每道焊缝焊接完毕后，应用砂轮机或钢丝刷等将焊渣、飞溅等杂物清理干净（尤应注意中间接头和坡口边缘），经焊工本人严格检查合格后，方可焊接次层。焊接过程中应注意避免保温棉等异物落入焊道中。

③焊缝整体焊接完毕，应将焊缝表面焊渣、飞溅清理干净，自检合格后，按工艺规定要求进行焊后热处理。

3.6后热及焊后热处理

（1）对P92钢现场焊接，当焊缝整体焊接完毕，焊接接头缓慢冷却到80-100℃，保温2h，确保整个接头区域温度均已降低到Ms以下。此过程中热处理工可拆除保温层、加热带，并重新安装热电偶、加热带、保温层，为焊后热处理作好准备。

（2）进行焊后热处理时的加热器、保温层布置。保温层的最小推荐宽度为加热带每侧增加75mm和3倍壁厚之间的较大值。热电偶沿着周向布置在焊缝中心线上。为防范控温热电偶出现故障，要求在每支控温热电偶的附近安装一支备用热电偶。在焊缝两侧各150mm的范围内不能接触油污、切削液、水等，且不得以记号笔等在上面涂写。在气候潮湿的季节，还应对焊接接头采取防潮或者加温措施。

（3）热处理工艺

①热处理温度和保温时间。P92对接接头的焊后热处理加热温度为760℃±10℃，保温5小时。

②焊后热处理升温速率：

300℃以下150-200℃/小时

300℃以上升温速率80-120℃/h

冷却速率：

300℃以上100-150℃/h

300℃以下拆除保温和加热带在静止空气中冷却。应当注意的是升温和降温过程中，除了控制升温和降温速率的上限外，还应当控制升温、降温速率的下限。

③焊接接头热处理完毕，应做100%硬度测定，测定部位为焊缝区和热影响区（异种钢为两侧，同种钢可选一侧），每个部位测定不少于3点，硬度测定平均值不超过母材的布氏硬度加100HB，且应≤300HB为合格。

④对焊口进行焊缝超声波探伤，检验结果符合DL/T820-2002标准I级要求，质量合格。

结论

随着SA-335P92钢材在超超临界火电机组中的广泛应用，国内的专家学者对其焊接工艺进行了广泛的研究。许多电建公司也相应的作出了SA-335P92的焊接工艺评定，并将其应用于电力建设中，取得了良好的焊接接头，保证了其使用性能。

参考文献：

[1]超超临界锅炉用钢及焊接技术论文集.

[2]中国超超临界火电机组技术协作网第二届年会专题论文集.

[3]电力工业T/P92钢焊接材料及焊接（T/P92newcreepresistingsteelanditswelding）张筑耀英国曼彻特焊接材料公司，2006.5，南京.