P91焊接技術(shù)要點(diǎn)

1、SA335-P91鋼管工地安裝焊接工藝控制發(fā)布時(shí)間: 2009-3-16  閱讀次數(shù): 1629 次  發(fā)布人: 中華焊工SA335-P91鋼管工地安裝焊接工藝控制張 杰（安徽電力建設(shè)第二工程公司，安徽淮南 232007）      摘要：通過(guò)對(duì)SA335-P91鋼焊接性的分析，根據(jù)焊接工藝評(píng)定、T91/P91焊接工藝導(dǎo)則及相關(guān)資料，采取優(yōu)選工藝參數(shù)，并結(jié)合火電安裝的實(shí)際施工條件，為現(xiàn)場(chǎng)安裝焊接施工的各個(gè)工序提供了依據(jù)，保證了最終獲得合格的焊接接頭。關(guān)鍵詞：SA335-P91鋼；工地焊接；熱處理；力學(xué)性能

2、。     作者簡(jiǎn)介：張杰，男，1963年10月出生，江蘇如皋人，安徽電力建設(shè)第二工程公司鳳臺(tái)項(xiàng)目部焊接專工，焊接高級(jí)技師，從事火電建設(shè)焊接專業(yè)技術(shù)質(zhì)量管理工作。 0前言      近年來(lái)我公司承擔(dān)安裝的超臨界機(jī)組工程有上海外高橋900MW機(jī)組一臺(tái)、安徽境內(nèi)600MW機(jī)組十臺(tái)、福建福清電廠600MW機(jī)組二臺(tái)；現(xiàn)在的超臨界機(jī)組的主蒸汽管道、再熱熱段管道、高溫過(guò)熱器、后屏過(guò)熱器等部件的集汽集箱的連絡(luò)管、匯集集箱等均采用了SA335-P91材料。通過(guò)幾年來(lái)的施工實(shí)踐及學(xué)習(xí)先進(jìn)的技術(shù)資料，對(duì)SA335-

3、P91材料的現(xiàn)場(chǎng)安裝焊接工藝要求有了進(jìn)一步的理解，感到有必要對(duì)施工安裝焊接中過(guò)程控制要點(diǎn)進(jìn)行探討，形成一個(gè)SA335-P91鋼現(xiàn)場(chǎng)安裝焊接的工藝控制制度，以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)的SA335-P91材料的焊接，確保安裝施工中的焊接質(zhì)量。 1概述     SA335-P91鋼具有良好的高溫蠕變斷裂強(qiáng)度和抗氧化耐腐蝕性。該鋼是在9Cr-1Mo的基礎(chǔ)上，適當(dāng)?shù)亟档土薈、S、P含量，添加微量的V、Nb、N元素，并嚴(yán)格調(diào)整了Si、Ni、Al元素的添加量，得到的一種改進(jìn)型9Cr-1Mo鋼。其化學(xué)成分和常溫力學(xué)性能見(jiàn)表1、表2。 表1。 P91鋼的化學(xué)成分（Wt

4、%）標(biāo) 準(zhǔn)CMnPSSiCrMoVNbNAlNiSA-335P910.080.120.300.600.020.010.200.508.009.500.851.050.180.250.060.100.030.070.040.04表2。P91鋼的常溫力學(xué)性能標(biāo)  準(zhǔn)屈服極限0.2(MPa)抗拉強(qiáng)度b(MPa)延伸率5(%)硬度（HB）SA-335P9141558520250        SA335-P91鋼是低碳馬氏體鋼，允許在馬氏體組織區(qū)焊接，預(yù)熱溫度和層間溫度可以大大降低，其斜Y止裂預(yù)熱溫度是100150，由于S

5、A335-P91材料碳元素含量低，從而降低了硬度，降低了冷裂紋和應(yīng)力腐蝕裂紋的敏感性，是比較容易焊接的一種材料；但在焊接過(guò)程中的工藝控制如不嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)要求，其焊接接頭的沖擊韌性將會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于焊規(guī)要求的47J；現(xiàn)場(chǎng)安裝焊接施工中應(yīng)著重加強(qiáng)施焊人員及基層管理人員質(zhì)量意識(shí)的提高，在施工中既要重視焊工的技藝，也要重視焊接工藝；焊工的技藝好，可以保證不出超標(biāo)缺陷，可以得到射線檢驗(yàn)的級(jí)片子；焊接工藝正確才能保證接頭的性能，無(wú)損檢驗(yàn)合格但工藝不對(duì)，金相組織不合格，可能短時(shí)間反映不出來(lái)，但在運(yùn)行中出事故，造成的危害更大。糾正只要焊接接頭無(wú)損檢驗(yàn)合格質(zhì)量就是合格了的概念，嚴(yán)格執(zhí)行工藝規(guī)程保證焊接質(zhì)量。 

6、;2焊接工藝特點(diǎn)2.1對(duì)焊接材料的選擇要求比較高     相關(guān)資料表明，使用與母材相同成份范圍的焊材而要滿足最低沖擊強(qiáng)度是不可能的，Ni、Mn元素含量超過(guò)母材規(guī)定的上限會(huì)顯著提高接頭的韌性，但由于它們對(duì)Ac1溫度的影響所以必須考慮限制其含量，焊材的Ni、Mn元素含量之和應(yīng)在1.5%以下。2.2對(duì)層間溫度、焊接熱輸入量的控制要求比較高      為了獲得滿意的沖擊韌性，層間溫度應(yīng)小于300，由于SA335-P91鋼的導(dǎo)熱系數(shù)比較小，焊接熱量比較集中，如層間溫度達(dá)到300350，沖擊韌性會(huì)大大降低，必須采用低

7、的焊接輸入熱量的焊接工藝施焊，才能控制層間溫度小于300，對(duì)于壁厚大于80mm的厚壁接頭，應(yīng)該適當(dāng)采取冷卻措施。 2.3焊件焊后必須冷卻到馬氏體終止轉(zhuǎn)變溫度以下       焊接接頭在熱處理之前冷卻到馬氏體終止轉(zhuǎn)變溫度以下是非常重要的，這樣可以通過(guò)隨后的熱處理使全部的馬氏體得到回火；SA355-P91熔敷金屬馬氏體終止轉(zhuǎn)變溫度為120，所以要求焊后至少冷卻到100，保溫一定時(shí)間然后才能進(jìn)行焊后熱處理。2.4焊后去氫處理     當(dāng)壁厚大于70mm時(shí)焊接工藝要求做根層探傷檢驗(yàn)，即在焊縫厚

8、度到25mm左右時(shí)停止焊接進(jìn)行RT檢驗(yàn)，為了避免氫致冷裂紋，應(yīng)在焊件冷卻到室溫之前進(jìn)行去氫處理，即在焊后直接加熱到300350保溫23小時(shí)覆蓋保溫材料緩冷。綜合焊接工藝評(píng)定（APCC-WGQ-PQR-012、5-033-005A）及相關(guān)資料，SA335-P91材料施工現(xiàn)場(chǎng)安裝焊接的焊接熱循環(huán)控制曲線如下（圖1）：  圖1焊接熱循環(huán)控制曲線 3施工過(guò)程中的控制點(diǎn)      由于P91材料焊接工藝特性的要求，QC1對(duì)其焊接的整個(gè)過(guò)程進(jìn)行旁站控制是很有必要的，在對(duì)口、預(yù)熱、點(diǎn)固焊、GTAW封底焊接、SMAW焊接、層間溫度

9、、層間厚度、根層探傷、外觀檢查、最終熱處理、無(wú)損檢驗(yàn)等十二道工序進(jìn)行控制，是對(duì)既定工藝落實(shí)的關(guān)鍵措施，在安裝施工過(guò)程中應(yīng)特別注意以下環(huán)節(jié)的控制：3.1對(duì)口準(zhǔn)備3.1.1型式為雙V型，參考圖如下（圖2）：  圖2。坡口圖    3.1.2對(duì)口前應(yīng)將坡口面及內(nèi)外側(cè)各15-20mm范圍內(nèi)用角向砂輪機(jī)或電磨頭進(jìn)行打磨清理，除去油漆、氧化物等至露出金屬光澤。    3.1.3坡口鈍邊不宜過(guò)厚，正常情況不宜超過(guò)1.5mm，由于材料合金含量高，熔池流動(dòng)性差,鈍邊過(guò)厚易造成根部未熔合。    3.1.

10、4控制好對(duì)口間隙，間隙最好控制在34mm之間，間隙過(guò)小易造成未焊透或間斷性根部未熔合，間隙過(guò)大使操作困難并使根部高低不平。3.2對(duì)口點(diǎn)固    3.2.1對(duì)口點(diǎn)固采用3-4個(gè)與管件材質(zhì)相同或相近材質(zhì)的定位塊進(jìn)行點(diǎn)固，點(diǎn)固前應(yīng)對(duì)點(diǎn)固區(qū)域進(jìn)行局部預(yù)熱100150，可用火焰進(jìn)行加熱，見(jiàn)下圖（圖3）：    圖3。點(diǎn)固示意圖     3.2.2對(duì)口點(diǎn)固結(jié)束，應(yīng)對(duì)對(duì)口間隙、平直度等進(jìn)行檢查，符合要求后進(jìn)行預(yù)熱和鎢極氬弧焊封底焊接。    3.2.3鎢極氬弧焊封底結(jié)束

11、后，電焊填充至少10mm以上，用磨光機(jī)磨掉定位塊，并打磨點(diǎn)固焊縫處，可用放大鏡對(duì)該處進(jìn)行檢查，以確認(rèn)母材是否有裂紋等缺陷。    3.3充氬保護(hù)     由于SA335-P91為高鉻合金鋼，焊接時(shí)根部焊縫易氧化，因此在對(duì)口前必須做好根部充氬保護(hù)的措施。在坡口兩側(cè)約300mm的位置封堵，形成氣室，封堵物用一鐵絲系牢，焊接結(jié)束后，從管道開(kāi)口端取出；可采用如圖4方法加工堵板，巖棉尺寸略大于管道內(nèi)徑；焊縫坡口內(nèi)用巖棉撕成條狀封堵，以減少氬氣的溢出。焊接前預(yù)先通入氬氣515分鐘，以排盡管道內(nèi)空氣。開(kāi)始流量可為20-30L/min以排盡

12、氣室內(nèi)空氣，施焊過(guò)程中流量應(yīng)保持8-10L/min（流量應(yīng)根據(jù)情況適當(dāng)調(diào)整）。           圖4充氬裝置示意圖3.4熱處理     3.4.1SA335-91鋼焊接應(yīng)用電腦溫控儀全過(guò)程跟蹤控溫，以確保質(zhì)量，層間溫度不低于預(yù)熱溫度下限且不超過(guò)300。采用K型鎳鉻電阻合金熱電偶，熱電偶布設(shè)于管道外側(cè)，5G、6G位置，設(shè)于12點(diǎn)及6點(diǎn)兩只熱電偶；2G位置，兩只熱電偶，對(duì)稱布置，如下圖所示；預(yù)熱、全過(guò)程控溫及脫氫處理時(shí)熱電偶距焊縫坡口邊緣30mm

13、，最終熱處理時(shí)熱電偶設(shè)在焊縫中間。3.4.2預(yù)熱溫度到達(dá)后應(yīng)恒溫0.5小時(shí)，以保證厚度方向上的溫差小于50。3.4.3焊后熱處理的恒溫時(shí)間控制要求如下： 表3。焊后熱處理的恒溫時(shí)間控制要求恒溫溫度恒溫時(shí)間升降溫速率控制760+0-105min/m且3h300×25/且150/h，降溫時(shí)300以下不控制    3.4.4焊后熱處理的加熱寬度至少應(yīng)為焊縫厚度的6倍，且應(yīng)達(dá)到150mm。加熱寬度應(yīng)以焊縫中心為基準(zhǔn)向兩側(cè)計(jì)算。      3.4.5SA335-P91冷卻后等溫時(shí)間根據(jù)焊口管壁厚

14、度（t）的控制原則如下： 表4。SA335-P91冷卻后等溫時(shí)間根據(jù)焊口管壁厚度（t）的控制原則 壁厚時(shí)間備注：對(duì)厚壁管焊口，等溫時(shí)間的控制原則為厚度每增加25 mm，時(shí)間增加至少一小時(shí)。t30mm60mint>30mm120min 3.5焊接施工過(guò)程控制 3.5.1每層道的熱輸入量嚴(yán)格控制在25KJ/cm內(nèi)，焊接電流選用不超過(guò)下表的最大值，焊接速度不小于規(guī)定值。 焊條（絲）規(guī)格mm電流A電壓V焊接速度cm/min層間厚度mm熱輸入量KJ/cm2.4100-12010-14>43<252.590-10020-25>63&

15、lt;253.2110-13020-25>83<254.0140-16020-25>94<25  表5。各層道的焊接規(guī)范 3.5.2根層GTAW焊接：需注意管道內(nèi)部氬氣充滿且穩(wěn)定后方可進(jìn)行根層焊接，以防止根層氧化。打底焊接時(shí)要注意不能象一般鋼材焊接，送絲一定要均勻，不能靠送焊絲的力量來(lái)突出根部，這樣容易造成根部焊縫未熔焊絲頭的產(chǎn)生。收弧時(shí)特別要注意把焊接電流衰減下來(lái)，填滿弧坑后移向坡口邊沿收弧，防止產(chǎn)生弧坑裂紋。 3.5.3層間清理和檢查：注意層間清理檢查，上層檢查合格后及時(shí)進(jìn)行次層焊接；SMAW焊接時(shí)注意兩側(cè)坡口要熔合良好，避免

16、未熔合缺陷的產(chǎn)生；注意接頭收弧質(zhì)量，在熔池邊緣處收弧，并保證填滿弧坑，以避免弧坑裂紋的產(chǎn)生。3.5.4焊接參數(shù)的選用應(yīng)在保證熔合良好的前提下選用小的規(guī)范，不可偏面強(qiáng)調(diào)小規(guī)范。 3.5.5提高焊接速度是降低熱輸入量的有效途徑。提高了焊接速度也就控制了層間厚度，必須保證不同直徑的焊條施焊的單道厚度不大于焊條直徑。單焊道的擺動(dòng)寬度4倍焊條直徑。 3.5.6焊接時(shí)應(yīng)注意對(duì)稱施焊，5G位置焊口的焊接順序更應(yīng)引起重視：由于熱量總是向上傳遞的，焊接時(shí)一焊工從六點(diǎn)位置順時(shí)針?lè)较蚝附?，另一焊工?yīng)從三點(diǎn)位置逆時(shí)針?lè)较蚝附樱豢蓛珊腹ね瑫r(shí)在平焊位焊接，當(dāng)平焊位層間溫度大于300時(shí)應(yīng)停止施焊，待溫

17、度降至300以下再進(jìn)行焊接。 3.5.7退火焊道的焊接,填充焊接至坡口面12mm后方可進(jìn)行蓋面層焊接，蓋面焊接前應(yīng)仔細(xì)檢查填充焊的平整度，如局部有低于坡口面2mm的應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)焊，以利蓋面層的焊接保證焊縫外觀工藝。不同位置接頭的蓋面層焊接順序如圖5所示： 圖5。退火焊道排列示意圖3.5.8焊后外觀檢查,焊后焊工應(yīng)認(rèn)真進(jìn)行外觀檢查，焊縫外觀不得有裂紋、氣孔、夾渣、焊瘤及低于母材等缺陷，發(fā)現(xiàn)缺陷及時(shí)處理，以避免熱處理后補(bǔ)焊重復(fù)進(jìn)行焊后熱處理。3.5.9無(wú)損檢驗(yàn),按相關(guān)規(guī)程規(guī)范及合同要求進(jìn)行焊后無(wú)損檢驗(yàn)。 4結(jié)束語(yǔ)     

18、 P91鋼雖具有一定淬硬和冷裂紋傾向，但只要嚴(yán)格按焊接工藝規(guī)程執(zhí)行，正確理解它的焊接工藝特點(diǎn)，切實(shí)把焊接工藝參數(shù)控制在規(guī)定的范圍內(nèi)，完全可以獲得滿意的焊接質(zhì)量從而保證焊接接頭的運(yùn)行壽命。 參考文獻(xiàn)：1.      中國(guó)機(jī)械工程協(xié)會(huì)              焊接手冊(cè). 1992年版2.      瓦盧瑞克·曼內(nèi)斯曼鋼管公司            T/P91手冊(cè)3.      牛明安