600 MW燃煤空冷机组特殊材料的焊接工艺

杨德云，石南辉

(哈尔滨华德学院机电与汽车工程学院，黑龙江哈尔滨150025)

0 前言

某发电厂#3机需要焊接的部件的材质钢种比较多，整个工程涉及的钢种包括20G、SA-106B、SA-210C、WCB、WCC、WB36、15CrMo、WC6、WC9、12Cr1MoV、SA-182F22、SA213-T91、SA213-TP347H、A672B70CL32、10CrMo910、SA335-P22、SA335-P91、0Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、00Cr20Ni14 等；其中 SA213-T91、SA335-P91、WB36、SA213-TP347H 等钢焊接工艺比较复杂，如SA335-P91钢是近几年才在国内推广使用的新型马氏体耐热钢，该钢合金成分高、管径大、热处理时间长，焊后必须进行马氏体转变，工艺较为复杂，焊接较困难。

1 特殊材料主要部件的焊接工艺

对特殊材料主要部件如P91焊口的层温控制、P91焊口的后热、WB36钢焊接、TP347H的焊接等重点工艺，做到技术员现场指导、项目质检员全程跟踪的技术管理措施，确保了合格达标创优的方针。

1.1 P91的焊接

SA335-P91钢是近几年才在国内推广使用的新型马氏体耐热钢，该钢合金成分高、管径大、热处理时间长，焊后必须进行马氏体转变，工艺较为复杂。

某发电厂3＃机组末级过热器出口管道、主蒸汽管道、高压旁路管道采用SA335-P91钢。主蒸汽管道工作参数为温度546℃，压力17.47 MPa，规格为φ599×55，φ444×38，采用 GTAW+SMAW 的焊接工艺。氩弧焊打底是保证焊缝质量的关键。选用考试合格、技术精湛、经验丰富的焊工。打底时一人施焊，另一人在另一侧进行监督，避免根部焊缝出现氧化、未焊透、内凹和焊瘤等缺陷，保证打底焊缝质量。氩弧焊打底焊层厚度应控制为2.8～3.2 mm，打底不能太薄，否则第一层电焊时容易烧穿。焊条电弧焊填充和盖面时，为了减少焊接变形、保证焊接质量和提高工作效率，电弧焊时采用两人对称施焊，焊接时均采用小参数施焊。第一层和第二层采用φ2.5 mm焊条，第三层及以后全部使用φ3.2 mm焊条，因为使用小焊条小规范可以更好地保证层间温度不超过规程规定，同时得到细小晶粒，获得优质的焊缝。焊接时注意焊条的摆幅不能超过焊条直径的3倍，采用多层多道焊。焊层厚度控制在焊条直径加2 mm以下，焊接中应将每层焊道接头错开10～15 mm；收弧时注意要填满弧坑，以免产生弧坑裂纹[1-4]。

焊接工艺参数如表1所示[5]。

表1 P91焊接工艺参数

保护气体流量为10～15 L/min，内充保护气流量 10～25 L/min，焊后热处理750℃±10℃。主蒸汽管道P91大管焊口共计50个，全部经过工艺过程控制并同时完成过程记录，一次合格率99.24%。

1.2 WB36的焊接

某发电厂3＃机组的高压给水管采用了WB36钢，是德国DIN标准钢。我公司建成的多台电厂的高压给水管均采用该钢种的焊接，已经积累了丰富的实际焊接经验。焊接采用氩弧焊打底加电焊填充的焊接工艺。

焊接主要工艺如表2所示[5]。

表2 WB36焊接工艺参数

1.3 TP347H的焊接

TP347H为ASME标准内不锈钢型号，为固熔处理状态供货无缝钢管。TP347H的公称成分为18Cr-10Ni-Cb，在《焊接工艺评定规程》DL/T 868-2004中被归为C类Ⅲ级钢，与国产钢材1Cr18Ni9Ti等相当。该类钢材焊接时最重要的是要注意根部的充气保护及层间温度的控制。

某发电厂#3机组的分隔屏定位管使用了TP347H不锈钢管，针对多种材质混编的管屏，制定了防止错用焊材的措施，焊工在作业时，同一排管中同一种类型的材料焊完后再改用焊丝焊接另外类型材料，以免换用焊丝频繁而错用焊丝。针对管排焊缝处变形严重，采用反变形法进行施工，即留出变形量；由钳工将管排下部支撑均匀加固，由焊工监督对口质量，检查合格后才施焊；焊接时管口不能按顺序焊接，采用方向和顺序相应错开的方法进行焊接，由有相应资格的高水平焊工施焊。对口时钳工调整好对口间隙，由焊工对对口间隙进行检查；点固焊时，由焊工先焊间隙较小的焊口。既节省了氩气，又节省不锈钢焊丝等材料的用量。由于在焊接过程中加强了对口的检查，减少错口的发生，并尽量控制强制对口。

2 P91大直径管道施工过程控制

2.1 焊前准备

（1）焊接施工人员（焊工）要有相应的焊接资质，且在有效期内。

（2）焊接材料要有合格证书，焊前焊材要经过光谱复查。

（3）氩弧焊丝使用前应除去表面油、垢等杂质。焊条除按国家标准规定保管外，推荐烘焙参数为：温度350℃～400℃，时间1～2 h，使用时应放在80℃～120℃的便携式保温筒内，随用随取。

（4）焊机、热处理设备良好，电流表及记录仪等计量器具经鉴定并在有效期内。

（5）焊前坡口及其内外壁两侧15～20 mm内应将油、漆、垢和氧化皮等杂物清理干净，直至露出金属光泽。

（6）对口装配前应认真检查被焊接部位及其边缘20 mm范围内有无不允许缺陷（裂纹、重皮等），无缺陷后方可组装，确认方法是对打磨过的坡口进行表面探伤（着色）检查。

（7）焊接场所应根据具体情况采取防风、防雨、防晒措施。

2.2 焊接过程

（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，不得在管口表面引燃电弧试验电流。

（3）P91大径厚壁管点固焊时用3～4锲形定位块（δ=16～25 mm）点焊固定，定位块材质要选用与母材相同（现场无与母材相同的定位块，可采用在碳钢定位块上用与母材相匹配的焊材进行过度），且采用氩弧焊点固。

（4）充氩保护范围以坡口中心为准，每侧各200~300 mm处，用硬纸皮封堵管口，做成密封气室，坡口处用保温棉封堵（气室密封程度可用打火机测试，如“不着火”则证明气室符合要求）。

（5）采用针形管（3 mm）在对口间隙处(上爬坡9~10)插入主蒸汽管中进行充氩保护，充氩应提前20 min进行以便排出管内空气，对口间隙处用硅酸铝针刺毯或石棉绳填塞封严，氩气流量为16~20 L/min，氩弧焊打底完成后氩气流量调整为8~10 L/min，氩弧焊打底其他部位全完成后，撤掉充氩的针形管，将插入针形管处的氩弧焊打底进行完。

（6）钨极氩弧焊打底前要对氩气进行测试看其纯度，并检查好焊工。

（7）打底结束前应对钨极氩弧焊打底的根层焊缝进行检查，确认无缺陷后方可进行下一道焊接工序。无缺陷后应及时进行次层焊缝的焊接，以防止产生裂纹；多层多道焊缝焊接时，应逐层进行检查，经自检合格后，方可焊接次层，直至完成。如有缺陷，必须彻底清除缺陷后，方可继续施焊。

（8）氩弧焊打底的焊层厚度不小于3 mm，以防止电焊盖面时击穿，形成根部缺陷。P91焊接时单层厚度不大于所用焊条直径，单焊道摆动宽度不大于所用焊条直径的3倍。焊枪氩气流量为10~15L/min。

（9）A335P91钢焊接电弧焊填充的第一层、第二层采用小电流、小规格焊条焊接，规格φ2.5mm。

（10）焊前预热温度氩弧打底100℃～150℃，电焊250℃～300℃。

（11）定位块要用角向砂轮机除掉，不应损伤母材，并将其残留焊疤清除干净、打磨修整（任何情况下均不允许直接用铁锤去除定位块）。然后以肉眼观察，确认无裂纹等缺陷后，方可继续施焊。

（12）A335P91钢焊接时层间温度最好控制在200℃～300℃，不允许超过350℃。

（13）施焊过程中，应保持层间温度不低于规定的预热温度的下限，且不高于焊接工艺规程规定的最高层间温度。

（14）当焊接至20 mm厚度时中断，进行100%RT检查（根透），经检查无任何缺陷时方可进行次层焊接。

（15）根透前或焊接被迫中断时要及时对焊口进行后热消氢处理。

（16）对于A335P91钢焊接，焊接完毕后冷却到100℃~120℃恒温1 h，然后立即按要求升温进行热处理工作，如不能及时热处理要进行消氢处理。

（17）焊接热处理的升、降温以小于等于150℃/h为宜（6250/厚度），降温至300℃以下时，可不控制，在保温层内冷却至室温；恒温时间φ444×38为4 h，φ599×55为 5 h。

（18）焊接热处理过程参照如图1所示的曲线[4]。

图1 焊接热处理热循环曲线

（19）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，每个部位测定不少于三点。硬度测定平均值的标准不超过母材的布氏硬度加100 HB，且小于等于350 HB为合格。

（20）焊接过程中要严格执行焊接作业文件要求，并作好焊接过程记录。

2.3 焊接质量检验

焊接接头的对口、焊缝应符合本作业指导书的有关要求。焊接接头表面不允许裂纹、表面气孔、表面夹渣、未熔合等缺陷存在。焊接完成后，焊工应认真检查焊缝，将飞溅、焊瘤、焊渣清理干净，如发现咬边、未熔合等焊接缺陷，应及时打磨补焊。

3 结论

通过对该工程的总结，只要有完善的质量管理体系并严格执行，在开工前合理筹划、施工过程中严格按照IS09001质量体系进行科学管理，严格焊接过程控制，确保焊接工作科学合理，工程的焊接质量是完全能够达到要求；在施工前后做好资料的整理及归档工作，并做好管理技术总结工作对达标创优是有益的。

[1]郭 军.DL/T819-2002火力发电厂焊接热处理技术规程[S].北京，中国电力出版社，2002.

[2]国家电力公司电源建设部.T91/P91钢焊接工艺导则[S].北京，国家电力公司电源建设部，2002.

[3]周荣灿，范长信.华能电厂P92管道焊接工艺实施细则提交版[S].北京：华能国际电力股份有限公司，2005.

[4]周荣灿，范长信.华能电厂P91、P92管道现场焊后热处理工艺导则（试行）[S].北京：华能国际电力股份有限公司，2005.

[5]周荣灿，范长信.华能电厂P91、P92钢焊接质量检验导则[S].北京：华能国际电力股份有限公司，2008.