1、新型耐热钢主蒸汽 SA335P91 钢焊接工艺浅析 摘要：本文主要介绍了新型耐热钢 SA335-P91 钢具有良好的高温综合性能，近十几年来在我国大型发电站的主蒸汽管道中得到了广泛应用。通过我公司这几年承接的 300MW以上机组施工安装过程中积累的实践经验、数据和技术资料对 P91 钢的焊接工艺方法进行分析与探讨。 下载 关键词： SA335-P91；主蒸汽管；焊接工艺；探讨 引言 为了适应我国大型、高效、环保型超（超）临界火电燃煤机组建设发展的需要，火电机组正在向大容量、高参数、大型化发展。全球能源危机和人们环保意识的提高，加速发展洁净煤技术的超（超）临界火电燃煤机组作为能源节约、保护环境、
2、促进社会经济可持续发展的重要战略。 我公司开展了针对主蒸汽管道 P91 钢的焊接工艺的试验研究工作，对P91 钢的焊接性能，做了充分的研究和分析，制定了详细的焊接工艺评定和热处理工艺方案，通过主蒸汽管道 P91钢的评定工作，积累了丰富的经验和数据资料。依据评定方案进行焊接施工的超（超）临界火力机组主蒸汽管道P91 钢的焊接性能达到标准规定，为推动超（超）临界火电机组采用新型钢做出了重大贡献。 一、 SA335-P91 钢焊接工艺原理： SA335-P91 钢是在 9Cr-1Mo 钢基础上加入微量元素 V、 N、 Nb 等形成的变质新钢种。它是高合金马氏体耐热钢，具有良好的抗氧化性，较好的耐高温
3、强度和耐硫化氢腐蚀性及具有较好的冷变形性能。 该钢种由于 C， P， S 等元素含量低，纯净度高，并且具有高的韧性，焊接 冷裂倾向相应降低。但它的合金总含量已大于 10%，可焊性相对是较差的，尤其焊接时具有强烈的脆硬敏感性。鉴此于，焊接前必须先做行之有效的焊接工艺评定，严格执行各项工艺纪律才能保证 P91 钢的焊缝质量。 SA335-P91 钢具有优良的常温及高温力学性能由于其良好的综合性能，在火电站建设中得到广泛的应用，其使用温度在 500650 左右。SA335-P91 钢的化学成份和常温机械性能如表 1、 2 所示。 表 1 P91 钢的主要化学成分（ Wt%） 表 2 P91 钢的常温
4、力学性能 P91 钢 已列入 ASEM 、 JIS 和 GB 标准中。 P91 钢材尽管焊接性优于 F11、F12 钢，但它的淬硬倾向仍然是大的，容易产生再热裂纹和冷裂纹。 冷裂纹产生的因素有三个：一是 P91 钢属于空冷马氏体钢，在组织上有较大的冷裂敏感性；二是在焊后的马氏体转变中，氢以过饱和状态残留在马氏体中，促使该区域进一步脆化；三是由于焊后的马氏体相变，使接头处的组织应力增大。这三个因素的共同作用，使 P91钢对冷裂纹较为敏感。因此， P91 钢焊接时应采取相应的措施。 二、 SA335-P91 焊接特性： （一）焊接接头 在焊后状态均为高硬度的不稳定组织，焊后必须作相应的热处理。 （
5、二）对焊接输入热量的控制要求比较高，实践经验证明，采用较小的焊条直径、比较低的层间温度和较小的焊接线能量，冲击韧性可以大大提高。 （三）在焊接过程中严格控制焊件的层间温度，使其保持在预热温度或更高的温度是首要的任务。其次要十分注意从层间温度冷却至焊后热处理开始的时间间隔。 三、 SA335-P91 钢焊接施工工艺流程及操作要点： （一）施工工艺流程如下所示： 对口前检查 设置充氩装置 对口检查 点固 前预热 点固 焊前预热 充氩 氩弧打底 层间焊接 盖面焊接 焊后自检、专检 热处理 金属实验室检测。 （二）焊前准备及施工操作要点： 1、 SA335-P91 钢焊接工艺采用： GTAW+SMAW
6、； 2、焊接设备： ZX7400ST 型逆变焊机。 3、焊接材料：焊丝采用 WCrMO91（型号 ER90S-B9 规格 2.4mm ），焊条采用 CROMOCORD9M（型号 E9015-B9 规格 3.2mm 、 4.0 mm ）。 4、对口前检查：坡口尺寸和对口间隙应符合火力发电厂 焊接技术规范（ DL/T869-2004）。 5、坡口加工：坡口采用机械加工，坡口应平滑均匀，尺寸符合要求，对口前需认真检查，发现不合格者必须用磨光机等工具修磨至合格。清理坡口内外壁两侧 15 20mm 范围内的铁锈、油污等污物，直至露出金属光泽。 6、焊前预热：采用电脑温控设备，对焊口进行跟踪预热，热电偶对
7、称布置，热电偶与管件应接触良好，氩弧焊预热温度为 100 150 ，焊条电弧焊预热为 200 300 ，预热宽度从坡口中心每侧不少于 3 倍的管壁厚计算。 表 3 SA335-P91 钢焊 接工艺参数表 7、施焊时按照焊接工艺参数表 3进行；打底层焊接，当预热温度达到规定温度并均匀后，焊丝选用 ER90S-B9 规格 2.4mm 采用直流正接由两人对称焊接，第一层和第二层焊缝均采用氩弧焊。打底层焊时，采用内送丝法，要注意根部熔合良好，厚度控制在 2.8 3.2mm 范围内。 8、氩弧焊打底过程中，用聚光手电筒仔细检查根部焊缝，确保无跟不可看缺陷，打底完成并经目测检查合格后，立即进行次层的焊接。
8、为防止根部焊缝金属氧化，应在主蒸汽管子内充氩保护。 9、充氩保护可参照下列要求进行 ： （ 1）充氩装置工具如图 1 所示。可先在对口前，在焊口每侧使用贴粘两层水溶纸，焊口间隙用耐高温胶带粘牢，充氩可使用 6mm1.5mm 的铜管，将铜管的一端加工成宽度为 8mm，厚度为 3mm 的扁状体，再用 1mm 的钻头在上面钻 4 6 个小孔，保证充氩时气体流量均匀。然后将其插入焊缝坡口内充氩。 （ 2）根层及近根层焊接时，管内必须进行充氩保护，一般应持续 2 层以上。 （ 3）用点燃的打火机或火柴放至焊缝间隙附近，当火焰熄灭时，说明内部空气已排空，可进行氩弧焊打底焊接。 （三）氩弧焊打 底完成后，将
9、预热温度升至 200 300 、开始层间与盖面焊采用焊条电弧焊（ SMAW）方法；焊条选用 E9015-B9 3.2mm 、 4.0mm 。 1、采用直流反接法、两人对称焊接。由于 P91钢焊接时，熔池铁水粘度大，流动性差，焊接规范又小，因而容易出现夹渣，层间未熔合等缺陷，因此为避免大的缺陷产生及保证焊接接头的综合机械性能，必须采用多层多道 . 2、焊接过程中应将每层焊道接头错开 10 15mm，同时注意尽量焊得平滑，便于层间焊渣清理和避免出现死角。 3、每层焊完后，必须把熔渣清 理干净，尤其是两侧沟槽中的熔渣，应用磨光机或钢丝刷等将焊渣、飞溅等杂物清理干净，经自检合格后，方可焊接次层。 4、
10、焊接过程中，认真观察熔化状态，应特别注意焊接接头和收弧质量，收弧时应将熔池填满，避免以避免出现弧坑裂纹。 5、焊缝外表焊接完毕，要求焊工立即进行清理自检，发现外表成形不好的马上补焊，严禁在焊缝冷却后再直接补焊。 6、为了控制层间温度、每层可采用间歇式焊接，必要时可加大每层停留时间，焊接时焊口应配有监温装置。 （ 1）焊后自检： . 焊口焊接完成后，应及时将焊缝 表面的焊渣、飞溅物等清理干净，对超标的外观缺陷进行打磨、补焊，补焊时的工艺要求与焊接时相同，并且在同一位置上的挖补次数一般不得超过两次。 （ 2）自检合格后应及时填报焊接自检记录表，以利于下道工序的进行。 （四）焊后热处理： 1、焊后热
11、处理和后热处理的加热方法、加热范围、保温要求和测温要求等按照火力发电厂焊接热处理技术规程（ DL/T819-2002）有关规定执行。 2、对于 SA335-P91钢，在焊接过程被迫停止或焊后未能及时进行热处理，应在 200 300 的温度范 围内停留 10min 才可在保温中自冷。重新焊接时，按照原工艺要求进行施焊。 3、 P91钢预热温度：氩弧焊打底预热温度为 100 150 ，电焊盖面预热温度为 200 300 。层间温度： 200 250 。 4、焊后热处理温度： 76010 、恒温时间 3 4 小时、升降温速度140/h 。 主蒸汽 SA335-P91 大径管焊接处理曲线如图 2 所示
12、。 图 2 主蒸汽 P91 大径管焊接处理曲线图 5、加热宽度按 DL/T-819-2002 规程要求。 6、保温材料，如 硅酸铝、石棉布、矿砂棉（或石棉绳）等由热处理人员根据实际情况选用（切记不能影响工作）。 （五） SA335-P91 钢焊后检测；焊缝质量检验焊缝质量按 I 类焊缝的验收标准检验，检验内容及要求为： 1、外观检验按 DL/T8692004 火力发电厂焊接技术规程， I 类焊缝外观的质量标准验收； 2、无损检验按 JB4730 对焊缝进行 100%超声波（ UT）、磁粉（ MT）探伤，I 级合格； 3、硬度，热处理完毕后，做 100%硬度测定，硬度值小于 350HB； 4、光
13、谱，对焊缝金 属合金成分进行 100%光谱分析复查。 四、总结 通过选择以上施工工艺，以及严格的技术、质量管理措施，越南广宁热电厂 期 2300MW 工程两台机组的主蒸汽管道焊缝的外观质量、接头表面硬度全部符合标准要求、无损探伤一次合格率达到 100%。另外，从电厂主蒸汽管道水压试验和投入运行以来的情况来看，焊缝质量正常。因此， P91钢管道采用上述焊接工艺是行之有效的。目前，在大型火力发电机组中采用 P91 钢已成为一种必然的趋势。 参考文献： 新型耐热钢焊接杨富、章应霖等编著 中国电力 出版社出版 2007 电力行业焊接热处理人员培训教材常建伟、周左平等编写 2004 T91/P91 钢焊接工艺导则电源质 2002100 号 2002 青海火电工程公司 SA335-P91 钢焊接工艺评定 2005 新型电站用钢焊接，国电焊接信息网咨询中心（上海） 2004.6 DL/T869-2004火力发电厂焊接技术规程 S.北京：中国电力出版社，2004
