鍋爐安裝與檢測中高合金鋼管焊接工藝研究

摘要：

本文首先對高合金鋼管的焊接性能進行分析，并在此基礎上對鍋爐安裝與檢測中高合金鋼管的焊接工藝進行研究。期望通過本文的研究能夠對高合金鋼管焊接質量的提高有所幫助。

目前，在大型鍋爐機組的安裝中，常常會使用到一些新型的鋼材，如Super304H，HR3C、TP347HFG以及NF709等等。同時，在高溫管道系統中，還會使用到SA213T91、T92和T122等等，這些全都屬于高合金鋼材。對于高合金鋼而言，采用鎢極惰性氣體保護焊對根部進行焊接時，容易出現氧化反應，從而導致焊縫本身的性能降低，輕則會影響設備的使用壽命，嚴重時可能會導致爆管的后果，這樣會造成巨大的經濟損失。為此，必須提高鍋爐安裝與檢測中的高合金鋼管焊接工藝質量。

1.高合金鋼管的焊接性能分析

通過對傳統的萊氏體鋼Cr12進行改進后，開發出了Cr含量為12%的高耐腐性鐵素體耐熱鋼，即T122鋼，這種鋼材的耐腐蝕性遠遠高于9Cr鋼材，它的最大允許應力約為T91鋼的1.3倍左右，且具有良好的焊接性能。T/P91鋼的組織結構為馬氏體，通常狀態為正火加回火，屬于典型的高合金鋼，它的特點是高溫抗氧化性，并且也具備一定的高溫抗腐蝕性，其Cr含量約為8.0-9.5%左右，與T122相比，其焊接性能偏差，在焊接過程中，容易出現冷裂紋和接頭脆化等質量問題，如果想要獲得較為滿意的接頭焊接質量，就必須在焊接時，嚴格依據相關工藝規范的要求進行操作。T/P92鋼在上個世紀90代表中期正式被美國機械工程師協會（ASME）所認可，在P91鋼原本性能的基礎上，采用超純凈冶煉和微合金技術工藝進行改進，開發出了P92鋼，這是一種細晶強韌化熱強鋼，它的M0含量減少至5%，W增加了1.7%，其特點是在高溫條件下，抗氧化和抗腐蝕能力強，且韌性和塑性較好。

2.鍋爐安裝與檢測中高合金鋼管的焊接工藝

在鍋爐安裝與檢測工程中，管道的焊接是較為重要的組成部分之一，由于生產方面的需求，有些鍋爐管道需要采用高合金鋼材，如SA213T122等等，對于這類鋼材而言，若是采用傳統的焊接工藝，焊縫位置容易出現氧化現象，從而影響焊接質量，也不利于鍋爐的安全、穩定、可靠運行。為了確保高合金管的焊接質量，必須采取合理可行的焊接工藝，并對焊接質量進行有效控制。

2.1高合金鋼管的焊接工藝要點

（1）以母材的力學性能、化學成分、使用要求等為依據，選擇焊條和焊絲。需要注意的是，選用的焊條與焊絲的各方面性能應當與母材相適應，可以使用光譜分析儀進行檢測，鑒于焊接中的母材為高合金鋼，經綜合考慮后，決定選用R307焊條和TIG R30焊絲。

（2）在進行焊接作業前，應當先對焊條進行烘干處理，并由專人負責管理，處理好的焊條可裝于保溫桶內，不得隨意堆放。同時，為了防止電弧損傷母材的情況發生，不得在管道坡口之外的母材表面上進行引弧和試驗電流。

（3）等待焊接的接頭坡口表面需平滑無凹槽等，接頭及其兩側25mm范圍內需清理去除油脂、鐵屑、塵土等雜物，必要時需打磨至金屬光澤。

（4）當焊接件中的鉻元素超過3%，或是焊接件中的合金含量超過5%時，在進行氬弧焊打底焊接的過程中，必須預先在管道內部充滿氬氣或其它保護氣體，這樣可以避免內側的焊縫金屬出現氧化現象。

（5）在焊接的過程中，應當確保每條焊縫都一次性完成，如果有特殊原因需要斷焊時，必須按照相應的工藝要求，采取緩冷或是后熱等措施，這樣能夠避免裂紋的產生。同時，再次焊接之前，應當對焊層表面進行檢查，確定無裂紋之后方可施焊。

（6）在正式焊接前需要按規范要求進行預熱，加熱的范圍應當控制在焊縫中心位置，每一側均不得小于焊件實際厚度的3倍。焊接過程中注意控制層間溫度，層間溫度過高，建議停止焊接，待層間溫度降到合理范圍內，再繼續焊接。此外，當焊接作業完畢后，需要進行焊后熱處理，該環節的加熱范圍每一側不得小于焊縫實際寬度的3倍，同時，還應對加熱帶之外的部分采取相應的保溫措施，所有的測溫點都必須對稱布設。

（7）當熱處理溫度達到400℃左右時，加熱速率不得超過330℃/h，熱處理的恒溫時間應當根據壁厚進行確定，一般情況下，壁厚為25mm的需要恒溫1h左右，最低不得少于15min，恒溫期間的高低溫差不得超過65℃。此外，恒溫后的冷卻速率不得超過260℃/h。

2.2高合金鋼管焊接質量檢查

在高合金鋼管焊接完畢之后，需要對焊接質量進行檢查，具體內容如下：

（1）應當對管道的焊縫外觀進行檢查，并確保其符合相關規范標準中的規定要求。同時，應在每一道焊口以及熱處理工作完成之后，采用光譜分析儀對焊口進行檢查，看其化學成分是否與有關要求相符，若是不符合要求，則應當及時查明原因，并采取措施進行處理。

（2）焊接完畢后，應當焊口的熱硬度進行檢測，合格的標準為焊縫的熱硬度不超過母材本身硬度+100。

（3）在對焊縫內部質量進行檢查時，可以采用超聲波或是射線照射，而焊縫外表面可采用磁粉或滲透探傷，且磁粉或滲透探傷需在焊后保溫徹底冷卻后進行。無論采用何種方法進行檢測，都必須符合相關規范標準的規定要求。

（4）當焊接接頭存在超標的缺陷時，可以采取挖補的方式進行返修，需要注意的是，對于同一個位置挖補的次數高合金鋼不得大于2次，并且需要按照如下規定進行：其一，必須將缺陷徹底清除；其二，補焊時必須制定相應的措施，并嚴格按照批準的修補工藝要求作業；其三，返修后，返修處需再次外觀檢查、光譜分析；其四，而后應對接頭重新進行熱處理；其五，熱處理后返修處應進行必要的硬度測試；其六，熱處理后，返修接頭必須再次進行與原工藝一致的探傷檢測。

3.結論

總而言之，在鍋爐安裝與檢測中，高合金鋼管的焊接是一項較為復雜其系統的工作，除了要結合管材的性能合理選擇焊條和焊絲之外，還應當了解并掌握焊接工藝要點。同時，在焊接完畢后，必須對焊接質量進行檢查。只有這樣，才能保證高合金鋼管的焊接質量，也才能確保鍋爐的運行安全、穩定。在未來一段時期，應當加大對高合金鋼管焊接工藝的研究力度，并在現有工藝的基礎上進行不斷改進和完善。