T91鋼管免充氬保護焊接

祁金惠 邢臺國泰發電有限責任公司

T91鋼管免充氬保護焊接

祁金惠 邢臺國泰發電有限責任公司

T91鋼管作為高合金鋼管，為防止焊接過程中的氧化，常規焊接工藝要求鋼管背面充氬氣保護焊接。在檢修現場通過使用“鴨嘴”(圖1）或插氬氣管充氬保護，存在鋼管內部充氬困難的現象。在T91鋼管焊口作為封口焊時，只能通過“鴨嘴”對鋼管內部充氬保護焊接。鴨嘴從焊口處插入管內充氬，流量過小則容易氧化，流量過大則容易帶入空氣降低保護效果；同時，打底結束后不能再繼續充氬保護。使用氬氣管插入管內充氬，氬氣管離焊口過近容易燃燒，離得太遠保護效果不好，并且需要預留充氬焊口，充氬時需要人員配合放置氬氣管。兩種充氬方式隨著焊接的進行均需不斷調整氬氣流量，費時費力。

圖1 鴨嘴

1 免充氬保護焊接工藝

為了克服使用“鴨嘴”或插氬氣管充氬保護的不足，通過查閱相關T91焊接資料，采用“太陽”牌免充氬保護劑進行背面保護，并對規格為φ42mm×5mm的T91鋼管制訂了焊接工藝規程(RWPS),并進行了焊接工藝評定。

1.1 保護劑的配制

將粉末和專用粘合劑按照（6～8):1比例（質量比）進行混合，然后再加入丙酮，將混合物稀釋成為奶油狀。調好后的保護劑放置一段時間后,由于丙酮的揮發會變得粘稠，可以再次加入丙酮調為奶油狀后繼續使用。

1.2 涂藥

將準備涂藥處的油漬清除。在管子預熱前將奶油狀混合物涂于焊口背面，寬度約3mm,厚度約1mm(注：坡口處不要有藥物殘留)，見圖2。涂后一段時間，在涂層的表面會形成連續的粘合劑膜，在膜的下面包敷著粉末，所以不能對涂層進行劃擦，以防止粘合劑膜破損造成粉末外泄，從而失去保護效果。可停留幾分鐘焊接，也可停留幾天焊接，不會因時間長而失效。

圖2 涂藥示意圖

1.3 焊接

焊前預熱至200℃。采用鋼管內部充氬的氬弧焊工藝參數進行焊接，其主要焊接參數見表1。由于背面涂有的保護劑有墊板的部分作用，因此焊接中可大于正常電流10%焊接，以得到更好的熔深。 焊后待冷卻至100℃以下立即進行760℃、1h的高溫回火熱處理。

表1 T91焊接參數表

2 檢驗

按照NB/T 47014－2011《承壓設備焊接工藝評定》和DL/T 868—2004《焊接工藝評定規程》對所焊試件進行了檢驗，結果如下：

2.1 外觀檢驗

按NB/T 47013.7－2012《承壓設備無損檢測第7部分：目視檢測》，采用直接目視檢查，焊縫及熱影響區表面未見咬邊、裂紋、未熔合、氣孔、弧坑、夾渣等缺陷。外觀合格。

2.2 無損檢測

對3道焊口進行了射線探傷，按JB/T 4730.2－2005《承壓設備無損檢測 第2部分：射線檢測》和DL/T 821－2002《鋼制承壓管道對接焊接接頭射線檢驗技術規程》進行評定，均未見可記錄缺陷，評定為Ⅰ級，合格。

2.3 拉伸試驗

試驗結果見表2，符合ASME（2007）標準要求（SA213-T91：Rm≥585MPa、A≥18%)。

表2 拉伸試驗結果表

2.4 彎曲試驗

對3個面彎試樣和3個背彎試樣進行試驗，所有試樣拉伸面上均未見單條長度超過3mm的開口缺陷，滿足標準要求。

2.5 硬度試驗

對焊縫、熱影響區和母材各進行三點硬度試驗，結果見表3，硬度合格。

表3 硬度試驗結果表

2.6 金相試驗

焊縫金相組織為：板條馬氏體，組織未見異常，焊縫熔合線金相組織為：馬氏體，左側為焊縫，組織未見異常，母材金相組織為：回火馬氏體，組織未見異常。

根據上述試驗結果，綜合評定該焊接工藝合格。

3 現場應用

某電廠#8鍋爐型號為DG—670/13.7—8型。在2012年C級檢修中根據上次檢修中金相采樣及防爆檢查結果更換氧化皮超標的高溫再熱器管子。具體方案為背火側左21排至左59排外3、外4下彎頭焊口向上2m直段，更換管子材質為T91，共計156道焊口。對78道下口采用管內充氬氣保護焊接，對78道上口若采用常規方式進行管子內部充氬將無法在檢修工期內完成焊接工作。因此，焊完下口后，對上口采用了免充氬保護劑進行背面涂抹保護焊接。采用免充氬保護劑進行背面涂抹保護焊接的78道T91焊口無損檢測一次合格率達到了100%。C級檢修工期內順利完成了高溫再熱器T91管的更換工作。

4 兩種焊接工藝的比較

1）保護劑(454g)和粘合劑一套4670元，可焊接約800道口（φ42mm×3.5mm)，平均5.84元/道。一瓶氬氣145元，可充氬保護約20道口（φ42mm×3.5 mm)，平均7.25元/道。用免充氬保護劑代替充氬保護，每道焊口可節約成本1.41元。

2）在#8爐換管工作中，相比充氬焊接，由于采用免充氬焊接，減少了焊前準備的環節和工具材料的數量，焊前準備時間節約了13min；免充氬焊接，減少了內部充氬環節，使焊接更易操作、效率得以提升，焊接時間減少了20min；免充氬焊接外觀質量好，降低了自檢（修磨）時間，時間節約了6min。而過去采用充氬焊接一道口（φ42mm×3.5mm）的時間平均為164min（對2010年至2011年的不完全統計)。本次換管中采用免充氬焊接一道口（φ42mm ×3.5mm）的時間平均約125min。在降低成本的同時，每道焊口焊接時間約節約39min。

3）在焊接質量上，免充氬焊接略優于充氬焊接，兩種工藝的焊口質量總體差別不大。由于熔化后的保護劑對熔化金屬的支托作用使得免充氬焊接焊縫根部成形上明顯好于充氬焊接。

2013－09－29）