P91钢管道焊接工艺

由于P91钢具备良好的低温综合操控性,近多年以来在我省小型电站的主蒸汽管线中得到了应用。责任编辑阐释了P91管线的冲压优点、冲压工艺技术、冲压产品安全卫生、冲压产品质量监视及行业发展趋势。

在我省近多年以来的许多小型火力电站发电机组建设中,主蒸汽管线都两极化选用A335P91(简称P91钢)钢。该钢是美国六十年代末九十年代初开发的新型纤维状耐热钢,相当于升级换代9Cr-1MoV钢种,该钢与升级换代钢相比,以具备低温强度高、抗氧化剂操控性和抗塑性操控性好和具备相对高的传热性与低的受热率等特征,弥补了电感钢 (如 P22)与莱氏体钢间的盲点,使焊件具备较细的横截面体积,有效地增加了焊件壁厚,增加了材料使用量,增加了管线电绝缘,增加了热烦躁裂缝的危险。

国电某地区发电厂二期3、4炉改建的2×300MW锅炉发电机组,由华东电力结构总公司结构设计,锅炉由东方锅炉(集团)股份有限公司制造,机型为DG1025/17.4-Ⅱ12,涡轮机选用长春涡轮机有限责任公司制造,型态为亚零点一次中间再热,牵引式M1928单排汽凝汽式涡轮机。主蒸汽主管、管路和高旁阀前管线的结构设计温度均为545℃,化纤技术标准分别为Φ364×41、Φ273×29和Φ216×23,织物为A335P91。

P91钢过去在我省各Eurotium应用还不十分两极化,各工程施工方的冲压工艺技术综合评价工作及冲压、退火的特征都需要在工程施工操作过程中探索,而且管线装配次序对冲压产品质量也起着巨大作用。为保证P91钢筋线的冲压工艺技术和冲压产品质量达到明确要求,必须依照P91钢的冲压优点作出冲压工艺技术综合评价,并依照综合评价报告作为当晚安装、冲压工程施工的依据,和在当晚工程施工操作过程中严格遵守此工艺技术明确要求。

冲压性分析

钢材的成份

A335—P91钢的成份如下表:

从上述表中可以看出,此钢属于中合金耐热钢。

P91钢的冲压优点

① 由于P91是中合金钢,它具备相当高的冷裂倾向,在不预热条件下冲压裂缝达100%,当预热200～250℃时可避免冷裂缝的产生。

② 在冲压操作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退火开始的时间间隔。

③ 对冲压输入热量的控制明确要求比较高,实践经验证明,选用较细的焊条直径、比较低的层间温度和较细的冲压线能量,冲击韧性可以大大提高。

④ 冲压接头在焊后状态均为高硬度的不稳定组织,焊后必须作相应的退火。

冲压方法的选择

P91钢有较高的淬硬倾向,对冲压冷裂缝很敏感,可选用钨极氩弧打底和低氢型焊条填充和盖面的焊条电弧焊冲压。

冲压工艺技术规范、参数

坡口型态:

对口间隙:3~5mm

冲压参数

预热方式/温度:跟踪电加热/150-200℃(GTAW)、200-250℃(SMAW)。

保护气体:氩气,纯度≥99.99%,氩气流量:焊枪8-12L/min,背面第一遍10-25L/min,第二遍3-8L/min。

层间温度:<250℃(选用远红外线测仪控温)。

后退火:焊后升温至300-350℃,保温2h。

退火:温度750℃-770℃,保温时间5min/mm,且不少于4h;焊后退火升降温度小于150℃/h。

按上述工艺技术冲压了水平固定、垂直固定各一件的Φ273×30试件,经检查和检验,均符合规范明确要求。

冲压工程施工工艺技术

在工艺技术综合评价合格的基础上,依据工艺技术综合评价报告,及时编制了有关的冲压作业指导书。P91钢冲压作业指导书的内容如下:

焊前准备

1.焊材的选择 焊丝ER90S-B9 焊条E9015-B9

2.坡口加工 坡口选用机械加工,坡口应平滑均匀,体积符合明确要求,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。

3.对口 应选用专用的对口卡具,不得强行组对,对口时应做到内壁齐平,如有错口,其错口量不超过壁厚的10%,且不大于1mm;对口前应仔细检查坡口处母材是否有缺陷,如有应另行处理;点焊用的冲压材料、冲压工艺技术和选定的焊工技术条件应与正式冲压时相同;小径薄壁管点焊时,间隙为2～3mm,可在坡口内直接点固2～3点,大口径管点焊时,间隙为3～5 mm,点焊可选用定位块固定。

焊前预热

选用电脑温控设备,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150～200℃,焊条电弧焊预热为200～250℃,预热宽度从坡口中心每侧不少于3倍的管壁厚计算。

打底层冲压

选用WS-400焊机,直流正接。当预热温度达到规定温度并均匀后,大径管由两人对称冲压,第一层和第二层焊缝均选用氩弧焊。打底层焊时,选用内送丝法,要注意根部熔合良好,厚度控制在2.8～3.2mm范围内。为防止根部焊缝金属氧化,应在管子内充氩保护。

充氩保护可参照下列明确要求进行:

a、充氩保护范围以坡口中心为准,每侧各200～300 mm处,以可溶纸或其它可溶材料,用耐低温胶带粘牢,做成密封气室。

b、选用充气针从坡口间隙或探伤孔中插入进行充氩,开始时氩气流量背面为10～25L/min,第二遍背面为4～8 L/min,焊枪为8～12 L/min。

c、用点燃的打火机或火柴放至焊缝间隙附近,当火焰熄灭时,说明内部空气已排空,可进行氩弧焊打底冲压。

焊条电弧焊填充、盖面层冲压

氩弧焊完成后,将预热温度升至200～250℃,开始电弧焊;选用直流反接法、两人对称冲压。由于P91钢冲压时,熔池铁水粘度大,流动性差,冲压规范又小,因而容易出现夹渣,层间未熔合等缺陷,因此为避免大的缺陷产生及保证冲压接头的综合机械操控性,必须选用多层多道、小规范进行冲压,焊层厚度尽量薄,每层焊道厚度不超过4mm;摆动冲压时,焊条摆幅不超过焊条直径的4倍,每层焊道必须清理干净,尤其注意清理接头及焊道两侧,焊缝外表冲压完毕,明确要求焊工立即进行清理自检,发现外表成形不好的马上补焊,严禁在焊缝冷却后再直接补焊。

焊后退火

当冲压接头不能及时进行退火时,应于焊后立即做加热温度为300～350℃、恒温时间为2小时的后退火。

焊后退火选用多路输出、多点测温,且加热器与热电偶一一对应,焊口上、下温度始终保持一致,使退火焊口在升、降温速度以≤150℃/h为宜。降温至300℃时,可不控制,冷却至室温。加热温度为750～770℃,恒温时间为5min/mm,但最少不得少于4小时。

焊缝产品安全卫生

焊缝产品质量按I类焊缝的验收标准检验,检验内容及明确要求为:

1.外观,按DL/T869—2004《火力发发电厂厂冲压技术规程》,I类焊缝外观的产品质量标准验收;

2.无损检验,按JB4730对焊缝进行100%超声波(UT)、磁粉(MT)探伤,I级合格;

3.硬度,退火完毕后,做100%硬度测定,硬度值小于350HB;

4.光谱,对焊缝金属合金成分进行100%光谱分析复查。

焊缝返修

1.冲压接头外观检查不符合标准时。轻者打磨焊补,严重者应割掉重新冲压。2. 经无损检验不合格的冲压接头,其缺陷可进行焊补,但必须在确认缺陷已经彻底消除的基础上,按正常冲压工艺技术或焊补工艺技术规定进行。3 .返修焊补的冲压接头,一般同一焊口不得超过两次,否则应割掉重新对口冲压。4.返修焊补的冲压接头,必须重新进行焊后退火和无损检验。

产品质量监视

加强对P91钢冲压操作过程的控制工作,由于P91钢的冲压操控性较差,冲压操作过程中的任一环节控制不好都会导致冲压接头机械操控性差及裂缝等致命缺陷的产生。首先,所有焊工在上岗前,均要进行培训并取得 P91钢的上岗资格证书,其次,从措施、材料、设备、对口、冲压、退火参数、冲压接头表面产品质量、无损探伤、缺陷焊缝的返修等各方面进行严格控制。

结论

通过选择以上工程施工工艺技术,和严格的技术、产品质量管理措施,国电该地区发电厂二期3、4炉的主蒸汽管线焊缝的外观产品质量、接头表面硬度全部符合标准明确要求、无损探伤一次合格率达到100%。另外,从发电厂主蒸汽管线水压试验和投入运行以来的情况来看,焊缝产品质量正常。因此,P91钢筋线选用上述冲压工艺技术是行之有效的。此外,火电站主蒸汽管线选用P91化纤比过去两极化使用的P22化纤有较高的性价比。目前,在小型火力发发电厂发电机组中选用P91钢已成为一种必然的趋势。