供熱再熱熱段加裝流量裝置改造焊接（材質(zhì)為P91）

中國能源建設(shè)集團(tuán)廣東火電工程總公司

摘要：本文對(duì)供熱再熱熱段加裝流量裝置焊接情況進(jìn)行分析，提出了較好的防止焊口在焊接過程發(fā)生爆裂現(xiàn)象。對(duì)類似 T91/P91 材質(zhì)的管道焊接工作起到較好的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：T91/P91；材質(zhì)；管道；焊接；熱處理；充氬

前言

海南東方電廠#3 機(jī)組為國產(chǎn) 350MW 超臨界機(jī)組，同步建設(shè)煙氣脫硫、脫硝裝置，是國內(nèi)少有的同時(shí)具有脫硫、脫硝的環(huán)保電廠。汽輪機(jī)為 CLN350-24.2/566/566 型超臨界、一次中間再熱、雙缸雙排汽、單軸單背壓、凝汽反動(dòng)式、8 級(jí)回?zé)岢槠啓C(jī)。主要承擔(dān)基本負(fù)荷，并具有一定的調(diào)峰能力（100%～50%范圍）。鍋爐型號(hào)：HG-1100/25.40/571/569，為超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈直流爐，單爐膛、一次再熱、采用前后墻對(duì)沖燃燒方式、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐。本次供熱再熱熱段加裝流量裝置（材質(zhì)均為 P91，焊絲采用ER90S-B9，焊條采用 E9015-B9）是為了提高熱網(wǎng)蒸汽的利用效率，從而提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效率。

一、材質(zhì)為 1 P91 的管道焊接后裂焊或爆焊的發(fā)生

T91/P91 鋼以其良好的高溫持久強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性和高溫抗蠕變能力等綜合性能，雖然我國對(duì)該鋼材的焊接工藝方面積累了一些經(jīng)驗(yàn)，并且由國家電力公司電源建設(shè)部下發(fā)了《T91/P9l 鋼焊接工藝導(dǎo)則》指導(dǎo)性文件，但在現(xiàn)場(chǎng)焊接過程中時(shí)有發(fā)生焊口裂焊或爆焊的現(xiàn)象。

二、材質(zhì)為 1 P91 的管道焊接后裂焊或爆焊的 原因分析

2.1 1 供熱再熱熱段 和 流量裝置 參數(shù)：

供熱再熱熱段管道規(guī)格為Φ273x23，流量裝置規(guī)格為 DN250，材質(zhì)均為 P91[1]。P91材質(zhì)相當(dāng)于國標(biāo)10Cr9Mo1VNbN，不僅具有高的抗氧化性能和抗高溫蒸汽腐蝕性能，而且還具有良好的沖擊韌性和高而穩(wěn)定的持久塑性及熱強(qiáng)性能。在使用溫度低于620℃時(shí)，其許用應(yīng)力高于奧氏體不銹鋼。在550℃以上，推薦的設(shè)計(jì)許用應(yīng)力約為 T9和2.25Cr-1Mo 鋼的兩倍。本次焊接采用氬（WS）加電的方法進(jìn)行焊接，即先采取氬弧焊接打底，再用多層多道電焊（GT）方式焊接并蓋面；坡口型式：雙 V 型，對(duì)口間隙：3-6mm 焊條/焊絲牌號(hào)：E9015-B9/ER90S-B9。

2.2 材質(zhì)為 1 P91 的管道焊接后裂焊或爆焊的 原因分析：

2.2.1 P91 管道對(duì)口焊接前、焊接后及焊接過程中沒有進(jìn)行預(yù)熱處理[3]、升降溫?zé)崽幚砗秃銣責(zé)崽幚恚率构艿琅c焊縫存在溫差造成管道與焊縫熱應(yīng)拉力的不同，尤其是溫差越大，管子承受的拉應(yīng)力就越大，在這樣不均勻變形的反復(fù)作用下，就越易開裂，且開裂的形式主要表現(xiàn)為橫裂，裂紋的長(zhǎng)度較短[4]。

2.2.2 P91 管道采取了強(qiáng)力對(duì)口，焊接前就存在較大的外部剪切力、拉力或張力，在焊口點(diǎn)焊后、打底時(shí)或焊接時(shí)松開對(duì)外部力量的約束而產(chǎn)生了焊口撕掉力，使得焊口脫開或爆焊等

2.2.3 P91 管道對(duì)口焊接打底時(shí)沒有采用背面充氬保護(hù)工藝或者充氬工藝水平較差，在焊接過程中焊縫根部產(chǎn)生氧化、燒焦，致使焊縫夾渣、產(chǎn)生氣孔和裂紋等較差的焊接效果。

三、消除泄漏的措施

1 3.1 熱處理方式消除溫差產(chǎn)生的熱應(yīng)力：

3.1.1 熱處理采用電腦溫控設(shè)備，對(duì)焊口進(jìn)行跟蹤預(yù)熱，熱電偶對(duì)稱布置，熱電偶與管件應(yīng)接觸良好，并計(jì)量合格。預(yù)熱寬度：從坡口中心每側(cè)不少于3倍的管壁厚。

3.1.2 氬弧焊 WS 焊接前預(yù)熱升溫至150-200℃，然后保持恒溫進(jìn)行焊接。

3.1.3 氬弧焊完成后準(zhǔn)備進(jìn)行電焊，焊接前預(yù)熱升溫至200-250℃，然后保持恒溫進(jìn)行焊接。

3.1.4 焊接完畢后，應(yīng)對(duì)管道和焊縫先進(jìn)行后熱處理，即將焊縫加熱至300-350℃，了保溫2小時(shí)；再以每小時(shí)150℃升溫至750-770℃，保持恒溫大于3個(gè)小時(shí)；接著以每小時(shí)150℃進(jìn)行降溫直室內(nèi)常溫后熱處理完畢，可申請(qǐng)對(duì)焊口進(jìn)行金屬檢驗(yàn)。

3.2 管道對(duì)口消除外部應(yīng)力和不合格現(xiàn)象發(fā)生：

3.2.1 管道對(duì)口裝備應(yīng)采用專用對(duì)口卡具，并用臨時(shí)制作的3塊 P91材質(zhì)的馬崽對(duì)焊口進(jìn)行點(diǎn)焊固定，使其在氬弧焊打底時(shí)不會(huì)隨意晃動(dòng)影響焊接質(zhì)量和效率。

3.2.2 管道連接時(shí)不得用強(qiáng)力對(duì)口，消除外部力量對(duì)焊口造成的外部剪切力、拉力或張力，避免焊口在焊接過程中產(chǎn)生裂紋或爆焊；對(duì)口時(shí)管道內(nèi)壁局部錯(cuò)口值不超過1mm，外壁局部錯(cuò)口值不超過3mm，口間隙3-6mm，可以避免焊接完畢后存在咬邊、錯(cuò)口等不合格現(xiàn)象發(fā)生。

3.3 管道對(duì)口焊接[2]規(guī)范化消除氧化和裂紋等不合格現(xiàn)象：

3.3.1 采用背面充氬保護(hù)工藝，以避免焊縫根部氧化。不僅第一遍打底時(shí)需要充氬保護(hù)，第一遍電焊時(shí)，仍需充氬保護(hù)（利用余留的氬氣進(jìn)行電焊作業(yè)，在施工中未發(fā)生根部氧化現(xiàn)象）。

3.3.2 此類管道改造工程大多是在系統(tǒng)某個(gè)部位進(jìn)行割除更換，在進(jìn)行管道焊接時(shí)無法采取專用裝置充氬，所以充氬也成為一個(gè)問題；因此經(jīng)過多方試驗(yàn)取證，可用耐高溫硬紙板配合耐溫膠布等材料在焊口附近形成形成密閉氣室，在焊口上采用耐溫膠布密封，并在焊接區(qū)域取個(gè)充氣口將氬氣充進(jìn)密閉氣室，對(duì)焊接區(qū)域進(jìn)行充氣保護(hù)。

3.3.3 氬弧焊打底在管道預(yù)熱到規(guī)定溫度并加熱均勻后進(jìn)行；打底采用直流正接法、兩人對(duì)稱焊接。氬弧焊打底時(shí)采用高頻引弧、衰減收弧；氬弧焊電流80-110A；氬弧焊打底時(shí)，焊接速度不宜太快，焊層厚度不少于3mm。氬弧焊打底應(yīng)焊兩遍，目的是防止電焊擊穿打底層，造成根部氧化。

3.3.4 在氬弧焊打底完畢后，將預(yù)熱溫度升至 200-250℃，可以開始電弧焊；采用直流反接法、兩人對(duì)稱焊接，第一、二層電弧焊，采用Φ3.2mm 焊條，電流90-130A；在保證熔化良好的前提下，盡量減小焊接電流，嚴(yán)防燒穿氬弧焊打底焊縫；中間層采用Φ4.0mm 焊條，電流 110-150A；各層接頭應(yīng)互相錯(cuò)開，焊工要加強(qiáng)層間清理，嚴(yán)防焊縫夾渣。

四、結(jié)論

供熱再熱熱段管道改造等類似 P91 材質(zhì)的管道焊接發(fā)生發(fā)生焊口裂焊或爆焊等現(xiàn)象的主要原因：焊接前未進(jìn)行預(yù)熱處理；焊接過程中沒有進(jìn)行恒溫?zé)崽幚怼崽幚韺挾炔粔蚧蛘邷囟炔痪鶆颍缓附雍笪催M(jìn)行升降溫、恒溫?zé)崽幚怼４我颍撼錃鍩o法密閉起不到應(yīng)有的保護(hù)作用；對(duì)口時(shí)采用強(qiáng)力對(duì)口。

本次供熱再熱熱段管道加裝流量裝置改造，通過查找資料總結(jié)出上述原因，提出可靠的施工方案并順利地完成此次改造，為類似 P91 或者其它合金鋼材質(zhì)管道焊接提供組提供一個(gè)有益的借鑒。

五、致謝

在編寫論文過程中，得到了業(yè)主汽機(jī)專工張明東、同事張子芳、高壓焊工李令

平等人的大力支持和指導(dǎo)，為本文的修改和完善提供了寶貴的意見，謹(jǐn)此致謝！

參考文獻(xiàn)：

[1]火力發(fā)電廠金屬材料選用導(dǎo)則

[2]DLT869-2004 火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程

[3]DLT819-2002火力發(fā)電廠焊接熱處理技術(shù)規(guī)程

[4]豆丁網(wǎng) http：//www.docin.com/p-614932626.html《P91鋼材焊接裂紋的探討》