1000MW机组过热蒸汽管道P92钢焊接工艺

1000MW机组过热蒸汽管道 P92钢焊接工艺

柳森

内蒙古第一电力建设工程有限责任公司 内蒙古包头 014030

摘要：随着火力发电机组向高参数、大容量方向发展，电站锅炉过热蒸汽管道、高温再热蒸汽管道普遍采用P91，P92钢材。该种材质对焊接、热处理工艺要求较高，焊接过程中易产生裂纹缺陷，机组运行中也时常发现焊接接头中有超标缺陷，影响机组安全可靠运行。2019年10月份，某火力发电厂在1台1000MW机组C级检修期间对过热蒸汽管道、再热蒸汽管道焊缝进行金属监督检查时发现存在超标缺陷，现场采取了可靠的焊接工艺进行稳妥处理，焊后安全状况良好。

关键词：P92 钢； 高合金； 大口径； 厚壁管； 焊接工艺

引言

众所周知，由于P92钢具有高持久强度和蠕变性能等特点，被越来越多地应用在了超超临界压力发电机组主蒸汽管、再热段管道等部件。而其微观组织对管道服役过程中有极其重要的影响，因此研究P92钢的焊接及焊接接头的组织性能对于提高管道使用寿命尤为重要。目前，安装1台1000MW机组，P92焊接接头约25000道左右。提高这些焊接接头质量，对提高工程进度、降低工程成本、保证工程品质具有重要意义。

1P92钢的焊接特性

P92钢焊接焊缝的冲击灵敏度低于传统的热铁，P91钢必须加热180° C，P92钢只能加热100° C。P92钢是一种具有3000h弹性的显着超时时间，经过一段时间后，反馈成功——从220J到70J，3000h后，脉冲电容的旋转方向不明，冲击凝聚功能稳定在3000h的超时时间内，当有效温度范围在550 ~ 650°c时，温度范围也在空气中。P92钢焊接焊缝强度低于母材，焊接金属是一种铸造结构，设计时采用非常依赖温度的熔胶状态。无法通过“热机械控制过程”(TMCP)，即热加工过程、结晶度无法细化、Nb元件仍在基础主体中求解，也无法对其进行全面分析。使焊缝成为影响机器运行安全的最薄的环节。低运行时间和长运行时间的焊缝冲击吸收存在过早失效的危险。如果焊缝质量得不到保证，P92的优点就不复存在，对机器运行安全构成威胁。

2热处理技术难点分析

(1)阀体为方圆变径形式，加热器安装困难，加热功率不易准确计算，热电偶安装位置不当将无法精准控制热处理温度。(2)接管热处理加热宽度很难满足DL/T819—2019《火力发电厂热处理技术规程》6.6.2“每侧加热宽度不少于焊件厚度4倍”的要求。(3)阀体和接管壁厚偏差太大，热处理过程中阀壳升、降温速度慢，接管升、降温速度快，较大的温度梯度容易使焊接接头组织和性能降低。(4)根据我国相关研究资料，F92小型锻件热处理效果容易满足ASME规范要求，当锻件的公称厚度d≥100mm时，热处理后的组织和性能较难符合技术要求。

3P92管道焊缝缺陷综述

过热蒸汽管道焊缝超标缺陷某厂3＃炉右侧过热蒸汽管道（锅炉12层）出墙第1个弯头前后焊缝超声波检测发现2处超标缺陷。管道规格准560mm×120mm，材质SA－335P92。自编号UT1，发现断续性条状缺陷，长度L＝350mm，深度H＝18～26mm，缺陷最高波幅SL＋2dB；缺陷位置：距离焊缝中心线－10mm；缺陷钟点方向：沿介质流向顺时针8点到10点。UT2发现连续性条状缺陷，长度L＝110mm，深度H＝46～49mm，缺陷最高波幅SL＋3dB；缺陷位置：距离焊缝中心线＋8mm；缺陷钟点方向：沿介质流向顺时针11∶30点。

4工艺参数

(1)氩弧焊打底层预热温度100～150℃，层间温度为200～250℃，马氏体转变温度80～100℃。(2)根据计算，所需最小功率约为51kW，考虑到热处理过程中的各项热量损失，确定实际加热总功率60kW。P=Q/t，(1)式中:Q=K×W×C×(T2－T1)，Q为加热到工艺温度所需要的热量，kJ;t为加热到热处理保温温度的时间，s;K为热损失系数，在此取K=2.5;W为被加热的阀体自身质量，约1500kg;C为被加热金属的比热，kJ(Kg×℃)，C=0.460;T2为热处理温度，为780℃;T1为初始温度，为30℃。(3)经查阅T/P92钢的CCT曲线和相关文献资料，T/P92钢的Ac1点在820℃，Ac3点在920℃，Ms点在380℃，Mf点在100℃左右。当T/P92钢回火温度由720℃升高至820℃时，不仅钢的韧性提高，钢的蠕变断裂强度也略有提高，由这一现象认为回火温度越高，回火后的组织越稳定，但当回火温度超过Ac1时，会形成没有回火的马氏体，使其蠕变断裂强度变得很差。因此，确定热处理恒温温度为(770±10)℃，恒温时间6.5h。

5焊接过程质量控制

5.1焊接预热

焊前应该采用电加热方式整体预热，预热温度150~200℃，不能局部预热。预热宽度从对口中心开始，每侧不少于焊件厚度的4倍，且不小于100mm。A335P92钢的层间温度应控制在200~250℃。为确保焊接一次成功，焊接过程中热处理全程跟踪，保证层间温度≤250℃。

5.2氩弧焊打底焊

为了防止鼻翼焊接，用氩弧焊保证双层基层焊接的焊接强度。焊接前最低预压温度150℃，温度控制在200 ~ 250℃，加热后温度控制在30min左右，使内壁和外壁均匀，焊接操作应在管道内部进行氢气保护。

5.3焊接技术措施

焊接工艺采用杆直径为3.2mm的电弧焊接，焊接电流为100 ~ 130 a，防止管道表面任意引导电弧或试验电流。底座、填充曲面和封闭曲面均配有弧焊焊缝，弧焊焊缝不能大于焊道直径，且包含多级焊缝。在焊接过程中，当弧关闭时，焊接人员应认真考虑焊缝层与外部焊缝清洁之间的距离，特别注意连接质量和已关闭弧的质量。更换焊杆时应彻底检查，确定应及时消除拱洞的裂缝。除了工艺和控制所需的分层焊缝外，层之间的温度必须保证并持续完成。在被迫中断的情况下，应在中断后采取措施，在仔细检查焊接之前防止出现裂纹，以确保焊接接触后能够按照原程序的要求继续进行。焊接后，焊缝和外表面100%自检，应去除表面发光、残差、焊缝颜色等。

5.4焊接温度计

焊接后，焊缝自然冷却至80 ~ 100°c，保持2h的温度，然后等待P92钢整个连接区域的温度降至Ms点以下。本工艺过程中，加热带、隔热层、后续装配、点热耦合、加热带、隔热层、焊后加工准备、工件转换成机身后的金相组织(760±10)–温度6h。

结束语

超超临界电站锅炉过热蒸汽管道、再热蒸汽管道因材质等级高、合金含量高、管壁厚度大，现场焊接风险较大。总结该电厂成功经验，获得了积极、可靠的P92管道焊接工艺。其核心内容为采用专用坡口机制备坡口，采用电加热方式整体加热，焊前预热至150~200℃，采用直径不大于3．2mm焊条、小电流、多层多道焊接，层间温度应控制在200~250℃，焊后冷却至80~100℃并恒温2h完成马氏体转变后进行热处理，有效地保证了现场焊接质量及机组长周期安全稳定运行，值得交流借鉴。

参考文献

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