P91钢主蒸汽管道焊接质量监控.doc

P91钢主蒸汽管道焊接质量监控
刘卫哲刘兵
黑龙江省火电第一工程公司焊接分公司
摘要：由于P91钢具有良好的高温性能，近年来在我国的电力设备中得到了广泛应用。本文介绍P91管材的基本特征、焊接性能、焊接工艺及焊接质量检验，并阐述如何做好焊接质量控制。关键词：P91钢；焊接；质量控制一、P91钢的基本特征及应用P91钢（法国NF标准中用TUZ10CBVNb09.01表示，德国曼内斯曼钢管公司用X10CrMoVNb91表示，日本住友金属株式会社用HCM9S表示）是按照美国ASME标准生产的一种中合金耐热钢，属于9Cr-1MoV钢种，是一种改进的9Cr-1Mo钢，它实质上是以原P9钢为基础加上强化元素V、Nb、N等而形成的一种交质新钢种。在常规含碳量下，组织特征为马氏体，它填补了低合金珠光体耐热钢和高合金奥氏体耐热钢之间的空缺。鸡西B厂工程安装两台300MW机组，其主蒸汽管道选用了P91管材，规格为φ448×40。笔者参加了主蒸汽管道安装工作，就此谈一下P91管材的焊接技术，供参考。(一)P91钢对热处理温度控制的严格性。9Cr-1MoVNb钢是多元素强化而成,合金元素含量较高,其理论AC1温度在800～830℃之间。热处理温度为760±10℃,接近AC1下限温度,若热处理过程发生温度控制偏差就可能超过AC1温度。另一方面,为了获得良好的工艺性能和塑韧性,在焊接材料中加入的镍元素(属扩大奥氏体区元素)会降低焊缝的AC1温度,使其接近热处理温度。当热处理温度超过AC1温度时室温冲击韧性急剧下降,从而使热处理危险性加大。
(二)P91钢材产生冷裂纹的原因。冷裂纹是焊后缓冷至380℃及以下温度过程在马氏体转变点附近产生的。主要原因:第一是在接头母材近缝区会形成脆而硬的马氏体组织,通过控制焊接热循环避免产生粗大的马氏体组织。第二是母材和焊接材料中含氢量越高越容易产生冷裂纹。可选用低氢型焊材、控制母材坡口表面质量或在焊后进行消氢处理来降低产生冷裂纹的可能性。第三是焊接接头由于强行对接产生的内应力和焊接应力释放。应力越大,接头产生裂纹的倾向和程度也越大。
结论:P91钢材焊接性能差,焊接接头、母材容易产生裂纹及脆化现象、热处理温度控制难度大等问题,若要获得P91钢材良好的焊接接头质量,可以从人、机、料、法、环等五个方面严格控制每道工序。
二、工艺评定(法、料)
工艺评定是验证焊接工艺参数的正确性和指导现场焊接技术的措施性文件,是工程监理重点监控的技术资料,直接反映焊接技术水平。通过对国外的几种焊材进行优化评定,选用英国曼彻特公司ER-90S-B9焊丝和E9018-B9焊条,焊缝接头质量优良、性能可靠。
三、焊接人员(人)
焊工是影响焊接质量的重要因素,是焊接质量控制的关键点。焊前必须严格按照工艺评定进行培训、仿样及实际操作,试样合格方可实际施焊。
四、焊前准备(机、料、环)
1.措施制定。严格按照工艺评定要求编制焊接技术措施和作业指导书,施工前对焊工进行交底,让操作人员做到心中有数。
2.坡口制备及检验。安装前用角向磨光机对坡口内外壁30mm范围内的铁锈、油污等杂质打磨干净,检查坡口型式及角度是否符合设计要求。
3.P91不允许在管道表面焊接任何临时构件以减少裂纹产生的可能性。
4.根据焊接作业指导书,采用材质为16Mn或20G的定位块在坡口内部预热后点焊,待根部焊接完成后用磨光机将焊点打磨干净并取出定位块,检查确认无裂纹后方可进行施焊。
6.焊材入库前应仔细检查外包装是否完好,用光谱分析抽样复查其材质。焊条使用前严格按说明书要求进行烘焙,使用保温筒并维持焊材温度在100～110℃之间。
7.在雨天、冬季或者风速超过2米/秒等恶劣环境条件下,需要采取防护可靠措施。
五、工艺控制重点(法)
1.焊前预热及层间温度跟踪。根据P91焊接性能的分析,必须严格控制焊前预热温度和焊缝层间温度,TIG焊的预热温度选择100～150℃,SMAW升温至250～300℃,在整个焊接过程中,采用远红外测温仪监控焊缝层间温度。
2.充氩保护。P91钢由于合金含量高,铁水流动性差,根部易烧焦。氩气能够充分保护金属熔池不被氧化、提高焊缝机械性能。焊接前根据现场实际制作一套简易充氩装置,在管道内部形成气室,可以确保焊接接头质量。
3.多层多道焊。P91钢焊接要求小线能量输入,采用多层多道焊即可以解决此问题。对前层的热处理作用可起到细化晶粒、提高焊缝的冲击韧性,且每层焊缝厚度越薄,后层对前层的热处理作用越明显,焊缝的冲击韧性越高。在施焊过程中严格控制焊道宽度不得超过焊条直径(焊条直径最大选用φ3.2)的3倍,且每层厚度不超过焊条直径。
4.焊缝层间清理。P91铁水流动性差,很容易形成夹渣。现场采用角向磨光机清理,不可使用榔头、錾子用劲敲击,以免产生裂纹。
5.中间检验。根据《