李治华
中国能源建设集团湖南火电建设有限公司 湖南长沙市 733000
摘要：简述超超临界锅炉用钢SA-335P92的性能特点，为了满足超超临界锅炉机组SA-335P92的焊接接头性能，详细介绍应采用的焊接工艺措施。实践证明，通过控制施焊工艺，采取焊前预热，焊后热处理以及控制现场施工周围环境，可以得到满足性能要求的接头。
关键词：SA-335P92,热处理，焊接工艺，接头性能
随着我国火力发电以发展高效率，节能，低污染的超零界，超超零界机组为主要趋势，目前所使用的锅炉容量越来越大，应用和开发价格低廉，但是高强度，焊接工艺性能好的材料依然是整台机组的关键。目前，超超临界机组要求过热器出口蒸汽温度已高达605℃，远超过P91材料极限使用温度585℃，所以SA335-P92应运而生，这种材料的强度，焊接性能以及裂纹倾向等方面的特殊性，如何在现场焊接中确保高质量的焊缝，是确保机组运行安全的重要一环。
一、SA335-P92钢的成分和性能
SA335-P92钢金相组织为回火马氏体，合金总含量≥12%，其主要成分以9Cr-1Mo为基础，P92相对P91钢其材料的化学成分中C,S,P等有所降低，W,V,Nb等微量合金元素有所增加，因而使其金相组织细化，强度及韧性得到提高，但焊接性能较差，在正火及焊接状态下金相组织极易改变，产生晶粒细化不均匀，导致塑性下降。另SA335-P92钢焊接接头焊后经765±5℃，4小时热处理，如果热处理工艺执行不规范，可能造成焊接接头冲击韧性下降，因此在现场焊接时焊接接头易产生脆硬组织和延迟冷裂纹。其主要化学成分和主要力学性能见表1和表2所示。
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二、SA335-P92钢焊接工艺及热处理工艺要求
2.1设备、焊接材料及人员
设备采用逆变直流焊机。手工电弧焊使用焊条MTS616φ3.2，手工钨极氩弧焊使用焊丝MTS616φ2.4。MTS616焊材的主要化学成分、力学性能如表3、表4所示。手工钨极氩弧焊焊接前应先除去表面的油、污、锈等，露出金属光泽。焊条需经350-400℃烘干2小时，置于焊条保温桶内，实施焊接的人员必须是拥有相应资质的焊工并经过了作业交底及操作练习。
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2.1.1管对口固定点焊
管对口装配时需要将管道垫实，不允许在管道上焊接临时支撑物。管对口错边量≤1.0mm，对口间隙控制在4.0mm以内，防止因间隙过小造成未焊透或根部未熔合的缺陷及间隙过大焊接难以操作等困难，产生缺陷。
图1 主蒸汽管道对口间隙一致
SA335-P92主蒸汽管对口固定点焊时，建议使用“定位块”固定点焊在坡口内部，材质一般选用Q235，如图1所示。焊接前用柔性陶瓷加热带将焊接区域加热至250℃，固定点焊时不得在母材表面随意引弧。
2.2预热、焊接、热处理工艺
SA335-P92钢现场焊接一般使用手工钨极氩弧焊打底+手工电弧焊盖面的焊接工艺。
2.2.1焊前预热
P92作为高合金钢，焊接前必须经过预热，预热采用绳状加热器或履带式加热器加热，每侧预热宽度不小于焊件厚度的4倍，以便有效的防止焊接冷裂纹的出现。预热工艺参数如表5所示。
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表5 SA335-P92焊前预热及焊接层间温度
2.2.2手工钨极氩弧焊打底
（1）采用纯度为99.99%的Ar为保护气体。
（2）充气保护的范围以坡口轴向中心为基准点，两侧250-300mm处贴密封纸，用耐高温肩带粘接牢固，形成密封气室，防止因氩气泄露导致焊缝根部氧化。如图2（A、B）所示。
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图2 主蒸汽管道内壁冲氩气室制作
（3）由坡口间隙进行冲氩，氩气流量应保持在8-15L/min，以保证氩气量充足和纯度。
（4）打底焊接时，送丝要均匀，避免造成根部未熔合。熔滴过渡尽量采用自由过渡，收弧时要注意焊接电流衰减，填满焊缝后移向坡口边缘进行收弧，避免弧坑裂纹的产生。
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表6 手工电弧焊焊接工艺参数
2.2.3 盖面焊接
电焊填充及盖面焊时要严格控制线能量，防止焊缝金属在高温停留时间过长，组织晶粒变大导致焊缝韧性下降，热影响区软化直至出现裂纹。一般情况下SA335-P92钢焊接时要采用较小的线能量，试验表明，线能量≤20KJ/cm时，才能去确保焊缝冲击韧性。焊接中，控制焊接电流和焊接速度可以有效地控制焊接线能量（E=60IU/V）。
图3 焊接过程采用二人对称焊接
焊接作业指导书中应事先精心设计好焊层、焊道的布置和顺序，保证后一焊道对前一焊道起到回火作用。焊接时每层焊道厚度的控制不大于焊条直径，焊条 摆动的幅度最宽不得超过焊条直径的 4 倍。水平固定焊盖面层的焊道布置，焊接一层至少三道焊缝，中间宜有一“退火焊道”，以利于改善焊缝金属组织和性能。 两人对焊时注意不得同时在一处收头，以免局部温度过高影响施焊质量。 焊接中应将每层焊道接头错开 10～15mm，同时注意尽量焊得平滑，便于清渣和避免出现“死角”。 每层每道焊缝焊接完毕后，应用砂轮机或钢丝刷等将焊 渣、飞溅等杂物清理干净(尤应注意中间接头和坡口边缘)，经焊工本人严格检查合格后，方可焊接下一层。焊接过程中应注意避免保温棉等异物落入焊接熔池中。
整体焊接完毕应将焊接接头表面焊渣、飞溅清理干净，自检合格后，按工艺 规定要求进行焊后热处理。
2.2.4 焊后热处理工艺
对 P92 钢现场焊接，当焊缝整体焊接完毕，焊接接头缓慢冷却到 80-100℃， 根据壁厚不同保温 1-2h，确保整个接头区域温度均已降低到 Ms 以下，对焊缝进行消氢、降低残余应力，以提高焊缝韧性，使焊缝金属充分转变为马氏体组织。此过程中热处理工可拆除保温层、加热带，并重新安装热电偶、加热带、保温层，为焊后热处理作好准备，技术要求按火力发电厂焊接热处理技术规程DL/T819-2010、《P91、P92 管道焊后热处理工艺则》执行。焊后热处理可以消除氢和降低应力，还可以确保焊缝组织转变。焊缝硬度不得超过母材硬度40%，不能低于母材硬度的90%，即热处理后焊缝的硬度区间为180-270HB时才能保证焊缝的使用性能。焊后热处理温度为760±10℃，最大的温差不超过30℃，要严格控制热处理操作的各个环节，同时做好热处理遮风挡雨措施等。
图4 SA335-P92钢大管焊接及焊后热处理工艺曲线
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2.3焊后质量检测、缺陷返修
（1）焊接质量检验按火力发电厂焊接技术规程DL/T869-2012要求进行验收。
（2）SA335-P92主蒸汽管道焊口焊接完毕后经自检合格后才可以进行热处理，并进行100%超声波UT无损检测，对于官道上有探伤孔的进行100%射线RT检测。
（3）焊后热处理完毕后，焊缝做100%硬度检测（包括热影响区），其硬度不超过母材硬度+100HB，且≤350HB算合格。
（4）焊缝返修要确定缺陷性质，并分析产生原因，制定预防措施，修复缺陷。
（5）焊口返修一般不得超过2次，否则应该切掉焊口，重新焊接。
三、结论
1) SA335-P92主蒸汽管道在工程施工中，如严格按以上焊接工艺要求施焊，加强施焊过程监督，焊后经射线探伤和超声波探伤检验，不会发现焊缝裂纹、焊缝背面氧化等焊接缺陷，焊接接头力学性能(主要包括抗拉强度、冲击功、硬度等)、金相组织完全可以满足技术标准的要求。
2)焊前按工艺要求进行预热，保证层间温度，焊接过程中控制焊接电流使焊接线能量小于20 kJ/cm，同时采用多层多道焊以防止焊缝金属韧性降低，防止裂纹的产生。
3)严格实施以上SA335-P92钢焊接焊缝背部充氢保护措施完全可以预防焊缝背面氧化。
参考文献
[1]中华人民共和国电力行业标准DL/T819-2010，火力发电焊接热处理技术规程
[2]张显超临界机组/超超临界锅炉选材用材[J]发电设备，2004-(5)-307-312
[3]中华人民共和国电力行业标准DL/T868-2014，焊接工艺评定规程
[4]中华人民共和国电力行业标准DL/T869-2012，火力发电厂焊接技术规程(焊接篇)
[5]焊接手册，第二卷(材料的焊脚)[M]机械工业出版社，陈剑虹，2003年3月1日