新型耐热钢主蒸汽SA335—P91钢焊接工艺浅析.doc

新型耐热钢主蒸汽SA335—P91钢焊接工艺浅析

摘要：本文主要介绍了新型耐热钢SA335-P91钢具有良好的高温综合性能，近十几年来在我国大型发电站的主蒸汽管道中得到了广泛应用。通过我公司这几年承接的300MW以上机组施工安装过程中积累的实践经验、数据和技术资料对P91钢的焊接工艺方法进行分析与探讨。

关键词：SA335-P91；主蒸汽管；焊接工艺；探讨

引言

为了适应我国大型、高效、环保型超（超）临界火电燃煤机组建设发展的需要，火电机组正在向大容量、高参数、大型化发展。全球能源危机和人们环保意识的提高，加速发展洁净煤技术的超（超）临界火电燃煤机组作为能源节约、保护环境、促进社会经济可持续发展的重要战略。

我公司开展了针对主蒸汽管道P91钢的焊接工艺的试验研究工作，对P91钢的焊接性能，做了充分的研究和分析，制定了详细的焊接工艺评定和热处理工艺方案，通过主蒸汽管道P91钢的评定工作，积累了丰富的经验和数据资料。依据评定方案进行焊接施工的超（超）临界火力机组主蒸汽管道P91钢的焊接性能达到标准规定，为推动超（超）临界火电机组采用新型钢做出了重大贡献。

一、SA335-P91钢焊接工艺原理：

SA335-P91钢是在9Cr-1Mo钢基础上加入微量元素V、N、Nb等形成的变质新钢种。它是高合金马氏体耐热钢，具有良好的抗氧化性，较好的耐高温强度和耐硫化氢腐蚀性及具有较好的冷变形性能。

该钢种由于C，P，S等元素含量低，纯净度高，并且具有高的韧性，焊接冷裂倾向相应降低。但它的合金总含量已大于10%，可焊性相对是较差的，尤其焊接时具有强烈的脆硬敏感性。鉴此于，焊接前必须先做行之有效的焊接工艺评定，严格执行各项工艺纪律才能保证P91钢的焊缝质量。

SA335-P91钢具有优良的常温及高温力学性能由于其良好的综合性能，在火电站建设中得到广泛的应用，其使用温度在500℃—650℃左右。SA335-P91钢的化学成份和常温机械性能如表1、2所示。

表1P91钢的主要化学成分（Wt%）

表2P91钢的常温力学性能

P91钢已列入ASEM、JIS和GB标准中。P91钢材尽管焊接性优于F11、F12钢，但它的淬硬倾向仍然是大的，容易产生再热裂纹和冷裂纹。

冷裂紋产生的因素有三个：一是P91钢属于空冷马氏体钢，在组织上有较大的冷裂敏感性；二是在焊后的马氏体转变中，氢以过饱和状态残留在马氏体中，促使该区域进一步脆化；三是由于焊后的马氏体相变，使接头处的组织应力增大。这三个因素的共同作用，使P91钢对冷裂纹较为敏感。因此，P91钢焊接时应采取相应的措施。

二、SA335-P91焊接特性：

（一）焊接接头在焊后状态均为高硬度的不稳定组织，焊后必须作相应的热处理。

（二）对焊接输入热量的控制要求比较高，实践经验证明，采用较小的焊条直径、比较低的层间温度和较小的焊接线能量，冲击韧性可以大大提高。

（三）在焊接过程中严格控制焊件的层间温度，使其保持在预热温度或更高的温度是首要的任务。其次要十分注意从层间温度冷却至焊后热处理开始的时间间隔。

三、SA335-P91钢焊接施工工艺流程及操作要点：

（一）施工工艺流程如下所示：

对口前检查→设置充氩装置→对口检查→点固前预热→点固→焊前预热→充氩→氩弧打底→层间焊接→盖面焊接→焊后自检、专检→热处理→金属实验室检测。

（二）焊前准备及施工操作要点：

1、SA335-P91钢焊接工艺采用：GTAW+SMAW；

2、焊接设备：ZX7—400ST型逆变焊机。

3、焊接材料：焊丝采用WCrMO91（型号ER90S-B9规格Ф2.4mm），焊条采用CROMOCORD9M（型号E9015-B9规格Ф3.2mm、Ф4.0mm）。

4、对口前检查：坡口尺寸和对口间隙应符合《火力发电厂焊接技术规范》（DL/T869-2004）。

5、坡口加工：坡口采用机械加工，坡口应平滑均匀，尺寸符合要求，对口前需认真检查，发现不合格者必须用磨光机等工具修磨至合格。清理坡口内外壁两侧15～20mm范围内的铁锈、油污等污物，直至露出金属光泽。

6、焊前预热：采用电脑温控设备，对焊口进行跟踪预热，热电偶对称布置，热电偶与管件应接触良好，氩弧焊预热温度为100～150℃，焊条电弧焊预热为200～300℃，预热宽度从坡口中心每侧不少于3倍的管壁厚计算。

表3SA335-P91钢焊接工艺参数表

7、施焊时按照焊接工艺参数表3进行；打底层焊接，当预热温度达到规定温度并均匀后，焊丝选用ER90S-B9规格Ф2.4mm采用直流正接由两人对称焊接，第一层和第二层焊缝均采用氩弧焊。打底层焊时，采用内送丝法，要注意根部熔合良好，厚度控制在2.8～3.2mm范围内。

8、氩弧焊打底过程中，用聚光手电筒仔细检查根部焊缝，确保无跟不可看缺陷，打底完成并经目测检查合格