火力發(fā)電廠SA-335P92管道焊接工藝控制研究

中國(guó)電建集團(tuán)福建工程有限公司 陳祖榮

SA-335P92鋼在超臨界、超超臨界火力發(fā)電機(jī)組中焊口數(shù)量多，管徑大、壁厚深；焊接工作量大，焊接質(zhì)量要求高；無(wú)損檢驗(yàn)、理化試驗(yàn)比例高。該馬氏體耐熱鋼焊接性差，有淬硬傾向，焊接過(guò)程中需要嚴(yán)格控制線能量、層間溫度及焊接熱處理。

1 施工工藝流程

施工工藝流程如圖1所示。

圖1 施工工藝流程

圖2 充氬氣室

2 施工準(zhǔn)備

焊工須具有相應(yīng)的焊接理論知識(shí)，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的焊接實(shí)踐培訓(xùn)，并按照相關(guān)規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn)考核，取得焊工合格證書。持證人員應(yīng)操作技能熟練、經(jīng)驗(yàn)豐富，具有處理施工中產(chǎn)生的焊接缺陷的能力；上崗前經(jīng)與現(xiàn)場(chǎng)施工條件相同的焊接試件練習(xí)，經(jīng)觀感檢查、無(wú)損探傷合格后方可上崗。

熱處理作業(yè)人員必須經(jīng)過(guò)專業(yè)的培訓(xùn)，取得電力行業(yè)相應(yīng)的資格證書，并具備在火電工程中現(xiàn)場(chǎng)處理焊口的能力。同時(shí)，應(yīng)有良好的工藝作風(fēng)，遵守?zé)崽幚硎┕し桨负拖嚓P(guān)標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定，做到操作無(wú)誤、記錄準(zhǔn)確。

焊工上崗時(shí)須配帶鋼絲刷、扁鏟等工具，選用的焊鉗應(yīng)輕巧、接觸良好不易發(fā)熱，且便于焊條的更換；穿戴合格的焊接手套、白色焊接工作服；配備防紫外線眼鏡、口罩以及焊接面罩等。

電焊機(jī)及氬弧焊槍應(yīng)帶有電流衰減和高頻引弧裝置；熱處理電腦控溫機(jī)的熱電偶、補(bǔ)償導(dǎo)線、電壓電流表、記錄儀和紅外測(cè)溫儀等必須經(jīng)過(guò)校驗(yàn)，且在使用有效期內(nèi)。焊接時(shí)使用相匹配的焊條：焊條、焊絲應(yīng)符合國(guó)家（國(guó)際）標(biāo)準(zhǔn)，并有制造廠的質(zhì)檢合格證，焊材到現(xiàn)場(chǎng)后按批次進(jìn)行光譜復(fù)檢。

焊條使用前應(yīng)按要求給予烘焙。施工過(guò)程中，焊條保存在保溫筒，隨用隨取，當(dāng)天沒(méi)有用完的焊條要及時(shí)退回焊接材料庫(kù)進(jìn)行再次烘焙，重復(fù)烘焙次數(shù)不超過(guò)兩次。鎢極氬弧焊宜采用鈰鎢棒，采用純度≥99.98%的氬氣。

露天施工現(xiàn)場(chǎng)，應(yīng)做好防潮、防雨、防風(fēng)等準(zhǔn)備；作業(yè)場(chǎng)所光線充足，照度滿足夜間施工要求；應(yīng)為焊接作業(yè)人員提供合適的焊接場(chǎng)所，平臺(tái)牢固，安全措施符合要求。施焊時(shí)環(huán)境溫度應(yīng)≥5℃，最低環(huán)境溫度可在施焊部位為中心的半徑為1m的空間范圍內(nèi)測(cè)量[1]。

3 對(duì)口前檢查

焊口在組裝前將廠家預(yù)制的焊縫坡口表面內(nèi)的油漆、垢、銹打磨清除至可見金屬光澤；焊件如需下料和坡口加工，則必須將割口表面的氧化物、熔渣及飛濺物按要求清理干凈；對(duì)口前對(duì)坡口及兩側(cè)做100%著色檢驗(yàn)，并經(jīng)確認(rèn)無(wú)裂紋、重皮等缺陷后方可組對(duì)。

4 氣室制作

SA-335P92鋼是高合金鋼材，為了防止焊接過(guò)程中根部的氧化過(guò)燒，須有氬氣來(lái)保護(hù)以防過(guò)燒；充氬保護(hù)范圍以坡口中心為準(zhǔn)，每側(cè)各150～250mm處，以瓦楞紙板（地面組合時(shí)）或可溶紙（安裝階段）制成堵板，用耐高溫膠帶、白乳膠粘牢，做成密封氣室。為了提高保護(hù)效果，建議每側(cè)做雙層堵板。

5 對(duì)口檢查

焊口組對(duì)應(yīng)確保內(nèi)管壁平齊，局部錯(cuò)口值不得大于管子厚度的10%，且≤1mm[1]；嚴(yán)禁強(qiáng)力對(duì)口，禁止加熱管件延伸膨脹對(duì)口，以防引起附加應(yīng)力。

6 焊前預(yù)熱

所有SA-335P92焊口均采用電加熱預(yù)熱。電加熱升溫速度不大于150℃/h，預(yù)熱溫度用紅外測(cè)溫槍在坡口內(nèi)測(cè)量。預(yù)熱溫度見表1。

表1 預(yù)熱溫度表

電加熱時(shí)，加熱寬度從對(duì)口中心開始，每側(cè)感應(yīng)加熱不少于焊件厚度的3倍、柔性陶瓷電阻加熱和遠(yuǎn)紅外輻射加熱不少于焊件厚度的4倍，且不小于100mm；保溫棉包扎寬度不少于加熱片寬度加100mm，每側(cè)加熱器距離坡口邊緣最小25mm，以方便焊工施焊；焊口預(yù)熱時(shí)，除熱處理機(jī)的自動(dòng)控溫預(yù)熱外，還必須有專人對(duì)焊口用經(jīng)校驗(yàn)合格的紅外測(cè)溫槍對(duì)焊縫坡口進(jìn)行監(jiān)測(cè)，預(yù)熱溫度達(dá)到要求后才能焊接并記錄。

7 對(duì)口點(diǎn)固

焊口點(diǎn)固用的焊材應(yīng)與母材相同，點(diǎn)焊后應(yīng)對(duì)各個(gè)焊點(diǎn)質(zhì)量進(jìn)行檢查，不允許出現(xiàn)裂紋、氣孔、未熔合、夾渣等缺陷，如發(fā)現(xiàn)缺陷應(yīng)打磨去除，重新進(jìn)行點(diǎn)固焊；大徑厚壁管點(diǎn)固焊不少于3點(diǎn)；點(diǎn)固焊直接在坡口內(nèi)進(jìn)行的，點(diǎn)固焊長(zhǎng)度為15～20mm，點(diǎn)固焊厚度不大于3mm；點(diǎn)固焊工藝與正式焊工藝相同。

焊口點(diǎn)固如采用過(guò)橋或塞塊則其材料應(yīng)與母材相同或選用含碳量小于0.25%的鋼材且用與母材材質(zhì)相同的焊材堆焊，堆焊厚度不少于4mm。焊接作業(yè)時(shí)，施焊到“定位塊”，需將“定位塊”去除，并用角向磨光機(jī)將焊點(diǎn)、焊疤磨除，經(jīng)目視檢查，未發(fā)現(xiàn)質(zhì)量缺陷后方可繼續(xù)焊接。

8 充氬保護(hù)

焊口點(diǎn)固完成后，用鋁箔紙或高溫膠帶將坡口側(cè)扎緊，預(yù)留平焊位一小段不包扎，用來(lái)排除管內(nèi)的空氣，然后打開氬氣管的閥門開始充氬；充氬流量可為10～20L/min，施焊過(guò)程中流量應(yīng)保持在8～10L/min；管道內(nèi)不得有穿堂風(fēng)，引弧時(shí)應(yīng)提早送氣，排凈輸送氬氣的皮管內(nèi)及氣室內(nèi)的空氣。SA-335P92焊口采用GTAW/SMAW焊接，打底結(jié)束后氬弧焊再焊一層，后電焊2～4層，這個(gè)過(guò)程期間根部應(yīng)繼續(xù)充氬保護(hù)，以防止對(duì)根部焊縫金屬的氧化。

9 焊接要點(diǎn)

氬弧焊、手工電弧焊工藝參數(shù)見表2。

表2 焊接工藝參數(shù)

施焊前應(yīng)了解焊口位置、間隙，合理選擇焊接順序，避免由于位置不好或?qū)陧樞蝈e(cuò)誤而增加焊接難度，焊接時(shí)從最困難的位置引弧，在障礙最少處收弧、封口。為了減少焊接變形和接頭缺陷，管徑＞194mm焊縫接頭應(yīng)采用雙人對(duì)稱施焊。

引弧應(yīng)位于坡口內(nèi)。禁止在被焊管件母材表面隨意引燃電弧、電流試驗(yàn)或隨意焊接臨時(shí)支撐物。

氬弧焊打底的焊層厚度為2～3mm，為避免電焊填充層焊接時(shí)燒穿，形成打底層缺陷，要求打底結(jié)束后氬弧焊再焊一層。進(jìn)行封底焊縫的次層蓋面時(shí)，應(yīng)選用較小的焊條直徑或較小的電流焊接，以防止封底層焊縫燒穿。采用短弧焊，以防止產(chǎn)生氣孔；層間厚度≤焊條直徑，擺動(dòng)焊寬度≤焊條直徑的4倍。

采用多層多道焊，各焊層的接頭應(yīng)錯(cuò)開10～15mm，每層焊縫的外表要平滑，便于焊縫藥皮清理和杜絕焊縫夾角的出現(xiàn)。在根部焊三層后，每層焊縫至少三道焊道，中間應(yīng)有一退火焊道，以利于改善焊縫金屬組織和性能；焊接時(shí)，要高度重視接頭和收弧的質(zhì)量，收弧時(shí)應(yīng)將熔池填滿，避免出現(xiàn)弧坑裂紋。如發(fā)現(xiàn)弧坑裂紋，應(yīng)用角磨將裂紋打磨干凈，再進(jìn)行焊接。

施焊過(guò)程應(yīng)連續(xù)完成，若被迫中斷，應(yīng)采取后熱、緩冷、保溫等措施?；謴?fù)焊接時(shí)，應(yīng)進(jìn)行細(xì)致的檢查并確認(rèn)無(wú)缺陷后，才可以按原定工藝?yán)^續(xù)焊接；每層焊道施焊結(jié)束后，使用鏨子、角向磨光機(jī)等工具對(duì)焊縫藥皮、飛濺等雜物進(jìn)行清理（特別應(yīng)注意中間接頭和坡口邊緣），經(jīng)目測(cè)合格才可繼續(xù)次層的焊接。

嚴(yán)格控制層間溫度，層間溫度用紅外測(cè)溫槍在起焊點(diǎn)前50mm處實(shí)時(shí)測(cè)量并記錄。焊接完成后，焊工應(yīng)仔細(xì)自檢，將附著物（如飛濺、焊渣）徹底清理，如發(fā)現(xiàn)未熔合、咬邊等質(zhì)量缺陷，應(yīng)及時(shí)打磨補(bǔ)焊；焊接接頭有超標(biāo)缺陷時(shí)，采取機(jī)械挖補(bǔ)方式返修，但同一位置上的挖補(bǔ)次數(shù)不得超過(guò)二次；返修工藝與正式施焊工藝相同且應(yīng)徹底清除缺陷。

對(duì)于采用葫蘆等工具對(duì)焊口進(jìn)行調(diào)整的，必須等焊口焊接和熱處理完成后方可松開。所有SA-335P92管道均應(yīng)從預(yù)熱開始進(jìn)行全程控溫跟蹤。

10 熱處理要求

氬弧焊打底完畢應(yīng)立即升溫至層間填充所需溫度，焊口施焊過(guò)程中層間溫度應(yīng)控制在200～250℃。

焊縫整體焊接完畢后，冷卻至80～100℃保溫1～2h，再進(jìn)行焊后熱處理。當(dāng)焊接接頭不能及時(shí)熱處理時(shí)，應(yīng)于焊后冷卻至80～100℃，保溫1～2h后立即做加熱溫度為300～350℃、保溫時(shí)間2h的后熱處理，見表3。

表3 熱處理溫度、恒溫時(shí)間表

最終熱處理的溫度最高一般不允許超過(guò)母材的下臨界點(diǎn)AC1溫度。

加熱范圍：一是一般管道對(duì)接接頭加熱寬度應(yīng)根據(jù)加熱方法及外徑D與壁厚δ的比值來(lái)選取，但最少不小于100mm。加熱中心位于焊縫中心，并應(yīng)采取措施降低周向和徑向的溫差[2]。

二是當(dāng)采用電磁感應(yīng)加熱時(shí)，按下述方式確定加寬度：當(dāng)D/δ≤15時(shí)，加熱寬度從焊縫中心起每側(cè)≥管材厚度的5倍；當(dāng)D/δ＞15時(shí)，加熱寬度從焊縫中心起每側(cè)≥管材厚度的6倍。

三是當(dāng)采用柔性陶瓷電阻加熱、遠(yuǎn)紅外輻射加熱時(shí)，按下述方式確定加寬度：當(dāng)D/δ≤10時(shí)，加熱寬度從焊縫中心起每側(cè)≥管材厚度的6倍；當(dāng)10＜D/δ≤20時(shí)，加熱寬度從焊縫中心起每側(cè)≥管材厚度的7倍；當(dāng)20＜D/δ≤40時(shí)，加熱寬度從焊縫中心起每側(cè)≥管材厚度的9倍；當(dāng)40＜D/δ≤70時(shí)，加熱寬度從焊縫中心起每側(cè)≥管材厚度的12倍；當(dāng)D/δ＞70時(shí)，加熱寬度從焊縫中心起每側(cè)≥管材厚度的15倍。

對(duì)水平位置的管徑＞273mm的管道或大型部件宜分區(qū)控溫。恒溫過(guò)程中，任意兩處測(cè)溫?zé)犭娕硷@示的數(shù)據(jù)的差值應(yīng)在規(guī)定范圍之內(nèi)，且不超過(guò)50℃。保溫寬度從焊縫中心算起，每側(cè)應(yīng)比加熱寬度增加至少2倍管材厚度，且≥150mm；保溫厚度一般在40mm～60mm之間，感應(yīng)加熱時(shí)，可適當(dāng)減小保溫厚度?？梢赃m當(dāng)采用改變保溫層厚度來(lái)減小水平管道上下部分的溫差。

升降溫速度：如使用柔性陶瓷電阻加熱、遠(yuǎn)紅外輻射加熱時(shí)升降溫速度=6250/壁厚（℃/h），壁厚為mm，且不超過(guò)150℃/h；當(dāng)采用中頻感應(yīng)加熱時(shí)，升溫速度=8000/壁厚（℃/h），降溫速度=6250/壁厚（℃/h）。降溫至300℃以下時(shí)，可不控制，在保溫層內(nèi)冷卻至室溫。當(dāng)壁厚大于100mm時(shí)，升、降溫速度按60℃/h進(jìn)行控制。

焊縫熱處理過(guò)程應(yīng)連續(xù)，若因停電、設(shè)備故障停止時(shí)，對(duì)被處理焊件應(yīng)采取緩冷措施，待問(wèn)題解決后，重新按規(guī)范要求進(jìn)行熱處理。已經(jīng)熱處理過(guò)的焊口，若由于焊接質(zhì)量問(wèn)題需要局部返修，則返修補(bǔ)焊后應(yīng)再次進(jìn)行熱處理，在補(bǔ)焊過(guò)程中的預(yù)熱、后熱、焊后熱處理工藝與正式工藝相同；對(duì)返修焊件恒溫時(shí)間的選擇也可按焊件名義厚度計(jì)算，但應(yīng)符合規(guī)程要求。

熱處理結(jié)束后，應(yīng)檢查記錄曲線是否符合規(guī)范要求，并對(duì)焊縫硬度測(cè)定，如果出現(xiàn)異常，應(yīng)分析查找原因，確定對(duì)應(yīng)的返修方案。

11 焊縫檢驗(yàn)

SA-335P92焊口應(yīng)100%做無(wú)損檢驗(yàn)，無(wú)損檢驗(yàn)不合格的焊口，經(jīng)返修兩次仍不合格則應(yīng)割掉重新對(duì)口焊接，返修的焊口經(jīng)熱處理合格后應(yīng)重新進(jìn)行無(wú)損檢驗(yàn)；SA-335P92焊口應(yīng)100%硬度、光譜檢查，硬度值范圍180-270HBW，且不低于母材標(biāo)準(zhǔn)硬度下限值的90%。對(duì)于硬度檢查不合格的焊口，進(jìn)行金相分析，金相分析不合格，則割口換管重焊。對(duì)于同一焊縫，無(wú)論是采用射線還是超聲波檢驗(yàn)，都應(yīng)該是合格的。

12 結(jié)語(yǔ)

火力發(fā)電廠壓力管道的焊接質(zhì)量對(duì)其正常的運(yùn)行有著非常重要的影響，而SA-335P92管道焊接質(zhì)量的影響因素又比較復(fù)雜，必須在焊接施工的過(guò)程中對(duì)影響其質(zhì)量的多方面因素進(jìn)行有效管控，才能獲得高質(zhì)量的焊接接頭，從而更加充分地保證管道的運(yùn)行穩(wěn)定性，同時(shí)也為電廠的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行奠定良好的基礎(chǔ)。