T92钢焊接工艺及热处理过程控制

T92钢焊接工艺及热处理过程控制陈美成李小平【摘要】本文是针对惠来电厂1000MW超超临界机组T92高合金且外径≤89mm的小口径管道焊口焊接及热处理工作。

T92钢的应用给焊接及热处理带来了许多的新问题，其中主要需要解决的有焊接接头脆化、软化和高温时效倾向等。

为解决这些问题，我惠来焊接专业公司在单位已有的工艺评定及相关电力行业标准基础上结合本工程濒临海边的状况做了大量且细致地工作，积累了较为丰富的实践经验和资料。

现对新型耐热钢SA213-T92的焊接工艺方法及热处理过程进行了分析与探讨。

【关键词】SA213-T92 小口径管焊接热处理1、概述惠来电厂一期工程3、4号机组为2×1000MW超超临界燃煤发电机组（4号机组为我单位首台总承包的百万机组）。

本工程濒临南海，风速较大，风力强劲，因此在强风中的施工措施需要高度重视，尤其是对高合金焊口的组合、焊前预热、焊接操作及焊后热处理的防风措施，施工方案及施工时机的选择都需要认真考虑。

4号机组锅炉水压范围焊口约55000个，高空安装焊接工作量大，热处理工作量大，需热处理的焊口总数约20000个，超过600MW超临界机组一倍以上。

其屏式过热器、高温过热器、高温再热器等部件大都采用SA-213T92材质（见下表），仅前三个部件的焊口数量就达到3108个，具体见下表。

SA-213T92为新钢种，焊接难度高，焊接过程控制较T91钢更加严格。

加之受热面管子直径小、管壁厚、管排间距小、施焊困难，再加之本地常有强风的特殊施工状况，给焊接及热处理操作平添了诸多困难。

2、SA213-T92钢焊接与热处理工艺原理SA213-T92钢是在SA213-T91钢的基础上加入了1.7%的钨（W），同时钼（Mo）含量降低至0.5%，用钒、铌元素合金化并控制硼和氮元素含量的高合金铁素体耐热钢，通过加入W元素，显著提高了钢材的高温蠕变断裂强度。

在焊接方面，除了有相应的焊接材料，并由于W是铁素体形成元素, 焊缝的冲击韧性有所下降外，其余对预热、层间温度、焊接线能量，待马氏体完全转变后随即进行焊后热处理以及热处理温度、恒温时间两种钢的要求都是比较相近的。

2.1 SA213-T92钢具有优良的常温及高温力学性能，通过加入W元素，显著提高了钢材的高温蠕变断裂强度，SA 213-T92钢的工作温度可达630℃。

SA 213-T92钢的化学成分和常温机械性能如表1和表2所示。

表一SA213 T92钢的主要化学成分（﹪）表二SA213 T92钢常温机械性能2.2SA213-T92钢中碳的含量保持在一个较低的水平是为了保证最佳的加工性能，高温蠕变断裂强度非常高，抗腐蚀性能好，提高了耐热钢的工作温度，减少了钢材的厚度，降低了钢材的消耗量，降低了管道热应力。

2.3用于替代电厂锅炉的过热器和再热器的不锈钢，用于极苛刻蒸汽条件下的集箱和蒸汽管道，其热传导和膨胀系数也远优于奥氏体不锈钢。

2.4由于SA213-T92钢的含碳量低于T91 钢材，是低碳马氏体钢，须在马氏体组织区焊接，其预热温度和层间温度可以大大降低，据国外资料研究，通过斜Y 型焊接裂纹试验法测定的止裂预热温度为100~250℃。

3、SA213-T92钢焊接与热处理施工工艺要点3.1焊接方法及材料SA213-T92钢焊接工艺采用：TIG。

焊丝采用MTS616, 型号为：ER90S-G，氩弧焊打底及填充第1层（道）时，为防止焊缝根部氧化，焊缝背面必须进行充氩保护。

焊接工艺参数见表三。

表三SA213-T92钢焊接工艺参数3.2对口前防风挡雨措施及检查3.2.1在焊接作业中，风速过大很容易产生焊接缺陷。

焊接时的风速超过下列规定时，应有防风设施：a)手工电弧焊、氧乙炔焊的风速≤8m/s。

b)氩弧焊的风速≤2m/s。

c)被焊管子内有穿堂风。

d)焊工及焊件无保护措施时，不应进行焊接。

3.2.2地面组合架区域根据季节风向采用三防油布设置大面积的挡风棚。

3.2.3锅炉加热面组合时的防风防雨棚搭设要求全封闭，棚子框架用脚手架搭设，防风棚之间的拼接处缝隙用岩棉封闭。

3.2.4锅炉安装时，在钢架迎风面搭设防风网，对锅炉整体挡风。

各施工点根据气候情况再进行局部的挡风。

3.2.5对于其他外围结构的露天焊接作业，风速过大或者下雨天搭设临时的防风防雨棚。

3.2.6在有风期间，根据实际情况，在每个施工点局部搭设防风棚3.2.7在焊接前应对管子两端进行封堵，防止穿堂风。

3.2.8焊接防风安全措施1）高处作业人员必须正确使用安全带，严禁穿高跟或硬底皮鞋登高作业。

2）电焊机放在作业棚内，焊机外壳必须接地，现场临时用电线路及电气设备，均应保持绝缘良好，区域设警告标志。

3 ）焊接防风棚移动时，应两人以上搬抬，尽可能风小时移动。

4）焊工焊接时，应先将保温筒固定在操作棚内。

3.2.9焊接及热处理前做好充分的防风挡雨措施：根据施工条件不同制作一批不同规格数量的防风挡雨棚。

防风挡雨棚忌用彩条布，须使用油布遮盖。

3.3坡口制作3.3.1坡口尺寸和对口间隙应符合《火力发电厂焊接技术规范》（DL/T 869-2004）。

坡口的制作应保证焊口质量，便于焊接操作，在坡口允许角度范围内，应尽量减小坡口角度，促使填充金属量减少。

3.3.2坡口的制备以机械加工的方法进行。

严禁使用火焰切割切制坡口。

3.2.3对口前应将坡口表面及附近母材内、外壁10~15mm范围内的油、漆、垢、锈等清理干净，直至发出金属光泽。

3.2.4对口前应认真检查坡口及其边缘20mm范围内有无不允许的缺陷（裂纹、重皮等），确认无缺陷后方可施焊。

3.4充氩装置设置3.4.1充氩工具装设。

可先在对口前，在焊口每侧贴粘两层水溶纸，焊口间隙用耐高温胶带粘牢，充氩可使用φ6mm×1.5mm的铜管，将铜管的一端加工成宽度为8mm，厚度为2~3mm的扁状体，再用φ1mm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。

3.4.2为了减少管内氩气从对口间歇处流失，降低保护效果，焊接前可沿焊口间隙贴上胶带，焊接时边焊边揭去胶带。

为了补充气室漏去的氩气，焊接全过程都应不间断的向充气室内充氩，氩气流量应适当。

3.4.3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。

3.4.4对于小直径管道，可采用整管充气的方法。

这种充气方法比较简单，但随着管线长度增加，氩气浪费较大。

一般情况下，采用分段组焊，少量的中间接头焊接用可溶纸把所焊管口两侧堵住3.5对口检查3.5.1对口前应确认充氩用气室密封性完好。

3.5.2焊缝对口时一般应做到内壁齐平，如有错口，其错口值不超过壁厚的10%，且不大于1mm。

3.5.3对接管口端面应与管子中心线垂直，其偏斜度Δf不大于0.5mm。

3.5.4管子对口弯折的偏差值不大于1/100。

3.5.5对口间隙一般为2~3mm。

3.6焊口点固3.6.1点固采用TIG方法，除坡口表面应清理出金属光泽以外，使用的焊丝表面也要用砂布清理干净，最后再用干布擦拭一次。

3.6.2点固前应在试管两侧中间用弱火焰预热至100~150℃，然后点固再保温缓冷，避免点固点冷却速度过快出现裂纹。

点固材料、焊接工艺、焊工资质与正式施焊相同。

焊口点固完成后应检查点焊处，若发现缺陷应及时用机械方法铲除、打磨后重新进行焊接。

严禁在管子表面试验电流、乱引弧或任意焊接临时支撑物。

3.6.3起弧点固前，可开大氩气流量10~15L/min，10~20s，再起弧把氩气流量恢复到8~12L/min正常值，再开始点固焊接。

3.6.4点固长度10~15mm，厚度2.5 ~3mm，点固位置以焊工方便为主。

3.6.5收弧时可采用回焊划圈加丝衰减熄弧，延缓约10s停气，以便保证点固点焊缝的质量。

3.7焊前预热3.7.1焊前预热可采用电加热或者弱火焰预热，预热温度为100~150℃, 恒温3~5min。

3.7.2在焊接前，必须确保最低预热温度。

3.7.3焊接过程中，层间温度应始终保持不低于规定的预热温度的下限, 且不高于最高层温度的上限。

3.7.4火馅加热设备的基本要求是：当使用氧一乙炔加热时，应在乙炔气管管端上应装设止回阀，防止回火.3.7.5火焰加热时，应根据焊件大小选择喷嘴型号与数量；当使用多个喷嘴时，应对称布置，均匀加热。

3.7.6火焰焰心至工件的距离应在10mm以上；喷嘴的移动速度要稳定，不得在一个位置长期停留。

火焰加热时，应注意控制火焰的燃烧状况，防止金属的氧化或增碳。

3.7.7火焰加热应以焊缝为中心，加热宽度为焊缝两侧各外延不少于50mm。

火焰加热的恒温时间按每毫米焊件厚度保温1min计算。

加热完毕，应立即使用干燥的保温材料进行保温。

3.8充氩3.8.1充氩前，将焊口处用耐高温胶带全部封上，待充氩一段时间后，撕开准备焊接的部位，用打火机等方法，测试氩气是否充满密封气室。

确认充满后，方可氩弧焊打底。

3.8.2一般充氩流量控制在6~8L/min。

流量过小，气保护不好，焊缝背面容易氧化。

流量过大，焊接时产生涡流带入空气，保护效果也会变坏，同时会引起焊缝的根部内凹等缺陷，影响焊接质量。

另外应特别注意的是，应该在充气时将充气室或管内空气排净后，焊接才能进行，否则影响焊接质量，开始一刹那可加大氩气流量10 ~15L/min，在氩弧焊施焊开始后，充氩流量应马上恢复正常流量。

3.8.3在氩弧焊打底过程中，应经常检查气室中氩气的充满程度，随时调节充氩流量。

3.8.4氩弧焊施焊临近结束时，即氩弧焊封口时，由于气室内氩气均从此口冲出，因此，应减小充氩流量。

3.9氩弧焊打底3.9.1焊丝选用MTS616 φ2.4mm，具体焊接参数参见表3。

3.9.2引弧时应提前1.5~4s输送氩气, 排除氩气输送软管内及焊口处的空气；熄弧后，应适当延时5~15s熄气，保护尚未冷却的焊丝及熔池，降低焊缝表面氧化程度。

3.9.3氩弧焊打底过程中，用聚光手电筒仔细检查根部焊缝，确保根部无缺陷，打底完成并经目测检查合格后，立即进行次层的焊接。

3.9.4氩弧焊打底2层，每层厚度应为2.4~3mm，层间温度宜控制在200~ 250℃。

3.9.5为提高氩弧焊打底的质量，根部采用摇摆滚动焊的工艺。

3.9.6施焊过程中应始终保持层间温度为200~250℃。

3.9.7多层多道焊接头应错开，严禁同时在一处收弧，以免局部温度过高影响施焊质量。

3.9.8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。

每层（道）焊缝焊接完毕后，应用磨光机或钢丝刷等将焊渣、飞溅等杂物清理干净，经自检合格后，方可焊接次层。

3.9.9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，以避免出现弧坑裂纹。