华能玉环电厂工程P92_P122钢现场焊接及热处理工艺

电力建设第２８卷・・１Ｐ９２、Ｐ１２２钢的特性Ｐ９２、Ｐ１２２钢都有较明显的时效倾向，且发生在５００～６５０℃的温度范围内，而此范围正是这些钢材的工作温度。

Ｐ９２、Ｐ１２２钢的时效倾向特征是：３０００ｈ时效后其韧性下降了很多，但在３０００ｈ以后冲击功下降的倾向就不明显了。

为了确保时效后焊缝韧性能保持在要求的水平上，时效前焊缝的原始韧性必须有充分的富裕。

因此，在对于此类马氏体耐热钢进行焊后热处理时，为了提高现场局部热处理的质量，必须要做到测温精确，同时提高焊接接头的温度均匀性。

Ｐ９２、Ｐ１２２钢经过正火及回火处理，显微组织为回火马氏体组织（主要是Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｏ的碳化物及Ｖ、Ｎｂ的氮化物）。

由于采用了特殊精炼技术及精密铸造技术，Ｐ９２、Ｐ１２２钢的Ｃ、Ｓ、Ｐ等元素含量低、纯净度高，其焊态低Ｃ马氏体仍具有一定的塑性，焊接冷裂纹倾向大为降低。

１．１焊接材料的选择现场焊接所选用的焊材除要求焊缝金属满足室温下的强度外，还必须满足运行温度下的韧性和强度（蠕变强度）的要求。

焊缝金属在其熔敷成型及冷却过程中，一些微量元素（Ｎｂ、Ｖ等）大部分固溶在焊缝金属中，通过固溶强化反而降低焊缝韧性。

因此，焊缝金属的冲击韧性总是低于母材的。

为了提高焊缝的韧性，必须合理搭配Ｎｂ、Ｗ、Ｖ、Ｍｎ、Ｎｉ等微量元素的含量，严格控制Ｐ、Ｓ、Ｎ、Ｏ、Ｈ等微量有害元素及降低Ｃ含量。

１．２焊接工艺的选择通过Ｐ９２钢熔敷金属试验，确定了以下焊接工艺：采用ＧＴＡＷ＋ＳＭＡＷ工艺，内充氩保护，焊前预华能玉环电厂工程Ｐ９２、Ｐ１２２钢现场焊接及热处理工艺包镇回，沈刚（浙江省火电建设公司，杭州市，３１００１６）［摘要］文章介绍了超超临界机组采用ＳＡ３３５Ｐ９２、ＳＡ３３５Ｐ１２２材质主蒸汽管道的焊接工艺及焊接过程中的控制要点，以及现场实施焊口局部热处理的经验及教训。

提出了施工现场热处理设备配置和工艺选择的方案及改进措施。

［关键词］Ｐ９２钢Ｐ１２２钢焊接热处理中图分类号：ＴＭ６２１，ＴＧ４４文献标识码：Ｂ文章编号：１０００－７２２９（２００７）０４－００７０－０３Ｐ９２ａｎｄＰ１２２Ｓｔｅｅｌｏｎ－ｓｉｔｅＷｅｌｄａｎｄＨｅａｔＴｒｅａｔｍｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎＨｕａｎｅｎｇＹｕｈｕａｎＰｏｗｅｒＰｌａｎｔＰｒｏｊｅｃｔＢＡＯＺｈｅｎ－ｈｕｉ，ＳＨＥＮＧａｎｇ（ＺｈｅｊｉａｎｇＴｈｅｒｍａｌＰｏｗｅｒＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＣｏ．，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００１６，Ｃｈｉｎａ）［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｅｓｓｅｎｃｅｓｏｆｗｅｌｄｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｅｓｉｎｕｌｔｒａｓｕｐｅｒ－ｃｒｉｔｉｃａｌｕｎｉｔｍａｉｎｓｔｅａｍｐｉｐｅ，ｗｈｉｃｈｕｓｅｓＳＡ３３５Ｐ９２ａｎｄＳＡ３３５Ｐ１２２ｓｔｅｅｌ，ａｎｄｔｈｅｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｓａｎｄｌｅｓｓｏｎｓｌｅａｒｎｅｄｆｒｏｍｔｈｅｏｎ－ｓｉｔｅｌｏｃａｌｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｗｅｌｄｓ．Ｔｈｅｓｃｈｅｍｅｓａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｍｅａｓｕｒｅｓｆｏｒｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓｉｔｅｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｄｅｖｉｃｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｓｅｌｅｃｔｉｏｎａｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］Ｐ９２ｓｔｅｅｌ；Ｐ１２２ｓｔｅｅｌ；ｗｅｌｄｉｎｇ；ｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔ收稿日期：２００６－１１－１５作者简介：包镇回（１９４８－），男，浙江宁波人，高级技师，长期从事火力发电厂现场焊接工作。

电力建设ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ第２８卷第４期２００７年４月Ｖｏｌ．２８Ｎｏ．４Ａｐｒ，２００７７０第４期・・表１焊接工艺参数焊接方法焊材直径／ｍｍ电流／Ａ极性电压／Ｖ焊接速度／（ｍｍ・ｍｉｎ－１）ＧＴＡＷＭＴＳ－６１６２．４９０￣１２５直流正接１０￣１２６０￣８０ＳＭＡＷＭＴＳ－６１６２．５８０￣１１０直流反接２１￣２３９０￣１５０ＳＭＡＷＭＴＳ－６１６３．２９０￣１２０直流反接２１￣２４９０￣１５０ＳＭＡＷＭＴＳ－６１６４．０１３０￣１５０直流反接２１￣２６１３０￣１６０热，预热温度为１５０～２５０℃，层间温度控制在３００℃以内。

采用较小的焊接线能量，采取多层多道焊并避免过厚的焊道，努力使热影响区软化带变得窄一些，缩小其影响。

焊后冷却到８０～１００℃时进行马氏体转变，然后进行７６０±１０℃恒温４ｈ的焊后热处理。

２焊接工艺的实施要点２．１工艺采用ＧＴＡＷ＋ＳＭＡＷ内充氩保护工艺。

为防止电焊击穿氩弧焊打底层，需进行２层氩弧焊打底，２层氩弧焊厚度为５～６ｍｍ，焊接工艺参数见表１。

２．２充氩为防止焊缝根部氧化，在氩弧焊打底（２层）及电焊填充的第１层必须进行充氩保护。

常用的充氩方法是气室密封充氩。

气室的封堵材料可以是高温橡胶、水溶纸等，但使用的这些材料必须确保在施工后可以顺利取出或在水压时可以消除。

充氩的好坏直接关系到焊缝根部的质量及施工是否能顺利进行，密封气室在对口之前必须设置好。

２．３预热采用电加热方式预热，氩弧焊打底时，预热温度为１５０～２００℃（指坡口实测温度，用远红外测温仪测温）。

２层氩弧焊完成后预热温度升至２００～２５０℃，然后进行电焊层的填充及盖面层焊接。

２．４焊接要点２．４．１清理对口前，应将焊口每侧１５～２０ｍｍ范围内，管子内外壁的油、垢、锈、漆等清理干净，直至呈金属光泽。

坡口处母材确保无裂纹、重皮、坡口损伤及毛刺等缺陷。

每只焊口施焊前必须进行ＰＴ检验（坡口及其边缘２０ｍｍ范围内），检验合格后方可施焊。

焊接过程中应注意避免保温材料等异物落入焊缝中，并注意层间清理。

焊接中应将每层焊道接头错开１０～１５ｍｍ，同时注意焊接平滑，便于清渣和避免出现“死角”。

每层（道）焊缝焊接完毕后，应用磨光机或钢丝刷等将焊渣、飞溅物等清理干净（尤其应注意中间接头和坡口边缘）。

焊口在填充层中应事先控制好每层的焊道厚度及宽度，防止最后１道焊缝焊接时产生层间未融合或夹渣等缺陷。

２．４．２参数控制必须采用较小的焊接热输入量进行施焊，如采用小直径焊条及采用比较小的焊接电流；采用比较快的焊接速度；采用比较低的层间温度等。

根据工艺评定要求，焊接线能量控制在２０ｋＪ／ｃｍ范围之内。

焊接线能量是一个综合控制的焊接要素，由焊接电流、焊接电压、焊接速度共同控制，是一个抽象的数字。

为了便于现场的控制，根据焊接线能量与焊层厚度、摆动宽度及层间温度三方面的辩证关系，在施焊过程中对此三方面进行了控制。

在施工中要求焊层厚度不大于所用焊条直径，摆动宽度不大于所用焊条直径的３倍，层间温度控制在３００℃以内。

同时，多层多道焊接头应错开，严禁同时在１处收弧，以免局部温度过高影响施焊质量。

２．５马氏体转变焊接结束后，立即降温进行马氏体转变，转变温度为８０～１００℃。

恒温时间根据管子壁厚而定，但必须使整个焊接接头温度都能达到１００℃以下。

为使内外壁温度能够均匀，在焊接结束后及恒温过程中可以将管道２端密封板打开，让管子内部的空气自由流通。

同时，在管道壁温较低的情况下可将预热用的加热器及保温材料拆除，确保整个焊缝内、外均能降温至８０～１００℃，完成马氏体转变。

２．６消氢处理热处理过程中由于一些不可抗拒的因素，无法立即进行焊后热处理时，可以先进行消氢处理。

消氢处理温度为３５０℃，时间为３ｈ，然后缓慢冷却至室温。

３焊后热处理和相关设定３．１热处理升、降温速度３．１．１Ｄｉ３４９×７２升温速度：３００℃以下时小于（或等于）１２０℃／ｈ，３００℃以上时小于（或等于）８０℃／ｈ。

降温速度：３００℃以上时小于（或等于）８０℃／ｈ，３００℃以下时在保温层内冷却至室温。

３．１．２Ｄｉ２４８×５３升温速度：３００℃以下时小于（或等于）２００℃／ｈ，３００℃以上时小于（或等于）１１０℃／ｈ。

华能玉环电厂工程Ｐ９２、Ｐ１２２钢现场焊接及热处理工艺７１电力建设第２８卷・・降温速度：３００℃以上时小于（或等于）１１０℃／ｈ。

３．２热处理温度的设定焊后热处理的恒温温度为７６０℃±１０℃。

在实际热处理过程中应根据所用焊材Ｎｉ、Ｍｎ含量调整热处理控制温度。

当Ｎｉ和Ｍｎ总含量小于１．０％时，热处理温度应设定为上限；当Ｎｉ和Ｍｎ总含量大于（或等于）１．０％，小于１．５％时，热处理温度应设定为７６０℃。

同时在设定控温温度时应考虑热电偶及温控柜的误差。

３．３热处理恒温时间的设定由于玉环电厂Ｐ９２管道壁较厚，热处理均温时间较长，另外，由于对焊缝热处理后的硬度（ＨＢ）要求较高（小于或等于２５０），因此将恒温时间设定为：Ｄｉ３４９×７２不小于８ｈ，Ｄｉ２４８×５３不小于７ｈ。

３．４功率选择热处理加热器功率可根据经验公式进行粗略估算：加热器功率（ｋＷ）＝〔管子直径（ｍｍ）×管壁厚（ｍｍ）〕÷６２５３．５加热宽度的设定加热区域宽度的确定出于两方面考虑，一是加热区域必须达到一定的宽度；二是管道的局部加热会导致弯曲位移和切向应力，从而产生接头变形和残余应力，应力的大小和分布受加热宽度和轴向温度分布的影响。

现场的加热器宽度远大于规程中所要求的加热宽度，增加加热宽度可以确保均温区宽度，有效保证达到整个焊接接头的焊后热处理要求。

３．６加热器布置任何情况下，加热器不能重叠、交叉，且金属材料不得与加热丝相碰；加热器与管壁应紧密接触。

在布置加热器时应注意加热区域的温度最高点必须是在焊缝中心。

对于垂直管，加热器的加热中心应偏离焊缝中心，适当下移，下移量与壁厚、加热器宽度及保温层宽度、厚度等有关。

３．７保温材料厚度的选择保温材料的厚度直接影响所需加热器的功率，我们要求保温材料的厚度必须大于（或等于）５０ｍｍ。

４检验要求及结果玉环电厂１号机主蒸汽管（Ｐ１２２、Ｐ９２钢）及再热热段管（Ｐ９１钢）经过焊缝硬度及微观金相检验符合业主的要求。

检验结果见表２和图１。

除按现有标准的验收指标外，业主对Ｐ９２焊缝的硬度及金相提出了更严格的要求：（１）对Ｐ９２焊口进行了１００％硬度检验，同时进行１０％的金相微观检验。

（２）焊缝硬度（ＨＢ）标准为１８０～２５０；焊缝微观组织为以马氏体板条清晰的回火马氏体组织，且δ铁素体含量不超过３％，最严重视场不超过１０％。

（３）熔合区δ铁素体含量不超过１０％，最严重视场不超过２０％。

５结论５．１由于Ｐ９２、Ｐ１２２钢中Ｗ１．８％的存在，提高了金属的热强性但给焊接带来了困难；５．２充氩的好坏直接关系焊缝根部质量及施工进程；５．３控制焊接线能量可提高焊缝的冲击韧性；５．４在焊接线能量相同的情况下，焊后热处理规范对焊缝的金属冲击韧性影响很大；５．５热处理温控设备的改进，可提高测温的准确性；５．６合理选择加热器及保温材料可减小内、外壁温差，提高焊接接头温度的均匀性；５．７热处理工作的质量决定Ｐ９２、Ｐ１２２钢焊接接头的金相组织和力学性能。