摘要：SA-335P92钢由于其良好的抗腐蚀性能以及非常高的高温蠕变断裂强度，现在已经被广泛应用于国内超超临界机组中。本文针对一只φ610×135mm末级过热器出口集箱焊口，制定了内外壁同时加热的热处理方法，减小了集箱焊口热处理过程中内外壁温差，保证了热处理工艺的严格实施，提高了热处理质量，确保焊缝整体性能满足今后高温高压条件下长期运行的需要。
关键词：P92钢；大口径厚壁；现场焊接热处理；内外壁加热法
前言
P92钢是日本新日铁推出的用于超临界锅炉的9%Cr的含钨的马氏体耐热钢，该钢含1.8%W左右，在600℃下的最长蠕变断裂试验时间约为45000h。国内超超临界火电机组高温部件广泛应用的钢种。随着机组容量的增加，电站P92钢的壁厚逐渐增厚。
1 P92钢末级过热器出口集箱焊口热处理工艺参数的制定
1.1预热和层间温度控制
P92钢有一定的焊接冷裂纹倾向，焊接时必须焊前预热和控制层间温度，降低焊接残余应力，减缓马氏体转变时的冷却速度，防止生成粗大的马氏体，从而达到防止焊缝产生冷裂纹的目的。根据相关资料及我单位所做的焊接工艺试验结果表明，预热及层间温度宜控制在200℃～300℃范围内，钨极氩弧打底时可降低至150～200℃，可以防止冷裂纹的发生。
1.2焊后热处理温度
P92钢的供货状态是正火加高温回火，该钢的AC1温度为800℃~845℃，AC3为900℃~920℃，为使焊缝、热影响区、母材具有良好的综合力学性能，焊后热处理温度最终确定在760℃±10℃。
1.3热处理保温时间
对于P92钢而言，随着焊后热处理保温时间的延长，回火效果增加，但达到一定程度后，延长保温时间的作用将不再明显。保温时间应根据管道壁厚、加热温度、加热方式、保温散热条件等来确定，同时由于W的加入，P92钢的抗回火能力有所增强，焊缝冲击功更难以提高，根据工艺评定经验数据，保温时间设定为10小时。
1.4热处理时机
P92钢属于新型马氏体耐热钢，其马氏体转变开始温度Ms在400℃左右，转变终了温度Mf为100℃左右。为了获得完全的回火马氏体焊接接头，焊后不能立即进行热处理，必须冷却到100℃以下的并保持2小时以上，待马氏体转变完全后，再及时升温进行焊后热处理。
1.5热处理方法
本次P92钢末级过热器出口集箱的厚度为135mm，使用传统的柔性陶瓷电阻法从单面加热，焊后热处理时无法确定管道内外壁温差会达到多少。由于焊口两侧管座间的距离只有540mm，无法满足规程要求的6倍壁厚的加热宽度，为减小热处理过程中管道内外壁温差，提高内壁焊缝的冲击韧性，保证整体焊缝的综合性能，我公司设计了一套针对大壁厚P92管道管内外壁同时加热的热处理方法。
2热处理工艺方案实施
2.1热电偶的选择和校验
根据现场实际，选用K型热电偶，即镍铬-镍硅热电偶，它的正极是镍铬合金（镍90.5%，铬9.5%），负极为镍硅（镍97.5%，硅2.5%）。热电偶在使用之前必须按相关规定进行校验。
2.2热电偶的固定方式
点焊方式测温准确，能真实的反映管壁的温度，故我们都使用点焊方式固定热电偶。
2.3温度补偿导线的选择和连接
采用补偿导线把热电偶的冷端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。温度补偿导线的型号必须与热电偶相匹配，KC型温度补偿导线（正极为铜，导线颜色为红色，负极为康铜，导线颜色为蓝色）与K型热电偶相匹配。
2.4温控系统误差测量
热处理温控设备在长时间运行后，由于元器件老化等原因，温控设备会产生较大的误差。在对马氏体耐热钢进行热处理之前应该用高精度的电位差计（热工1045表计）对温控系统进行误差测量，在温度设定时相应的扣除数值。
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2.5测温系统的温度补偿
为消除热电偶冷端温度波动造成的测温不准，施工现场必须采用带有自动温度补偿的热处理温控设备。热处理温控设备自动补偿可通过在测温线路中安装补偿电桥，利用不平衡电桥产生的电动势补偿热电偶因冷端波动引起的热电动势的变化。
2.6热处理设备选择及加热器、热电偶布置
选用热处理设备为WDJK系列WDJK480—12E全自动液晶多回路温控仪，热处理加热器功率可根据美国经验公式进行粗略估算：
加热器功率（kW）=管子直径（mm）x管壁厚（mm）÷645
管子直径为610mm，管壁厚为135mm，粗略估算加热器功率为127kW。预热时，集箱管径定做的预热用加热片共6片，管道外侧焊口两侧各布置3片履带式加热片，每片功率为20kW；同时每侧个加设一根绳式加热器，每根功率为20kW。分别在每片加热片下布置一个热电偶，按照管壁两侧周向匀等间隔布置6个位置，热电偶最佳位置为固定在距坡口边缘20mm处。
2.7加热器、热电偶布置注意事项
（1）加热器与管壁应紧密接触。
（2）且不得有扭结或不平整情况。
（3）加热器中心应该正对焊缝中心。确保加热区域的温度最高点必须在焊缝中心。
（4）热电偶必须点焊牢固。
2.8保温材料选择和包扎
保温材料需要有足够的强度和厚度，现场选用具有优良的热稳定性及抗拉强度的硅酸铝纤维毯，厚度在40mm~60mm。根据热处理规程DL/T819-2002，最小保温宽度为管件10倍壁厚。同时保温材料的厚度直接影响了所需加热器的功率，我们要求加厚护保温层，用50mm厚度的保温材料绑扎两层，且包扎紧密、牢固。
2.9过程控制
预热时，升温速度为40℃/h，电脑温控仪预温度设定至180℃，温度记录仪达到设定温度时，保温3个小时，使用远红外测温仪测得坡口根部温度为高于150℃，开始氩弧打底。氩弧焊接两层以后，温控仪预温度设定至220℃，使用远红外测温仪测得坡口内温度达到200℃以上时，开始电弧焊。焊后冷却到80℃～100℃时恒温2h以上进行马氏体转变，然后进行760℃±10℃恒温10h的焊后热处理。在恒温过程中，均温区域中的最大温差不得超20℃，使热处理施工过程符合工艺要求。
3检验
根据P92钢的成分、组织和性能特点，保证P92部件的使用寿命及安全，对P92焊缝进行100%硬度检验，同时进行10%的金相微观检验。焊缝硬度标准为180HB~250HB，经检验全部合格。
结论
（1）末及过热器集箱焊口实际壁厚与工艺评定壁厚的差别很大，如果不能很好的控制，层间累积的温度将会很高，同时内外壁温差也会很大，造成焊缝冲击韧性的下降。因此在热处理过程中应采取比工艺评定更严格的措施来保证P92管道热处理质量。
（2）在无法保证加热器的宽度、均温区的宽度、保温层的宽度的时候，要适当增加保温层的厚度，减少环境对焊口热处理温度偏差的影响。
（3）焊前适当的预热、施焊过程保持一定的层间温度、充分的回火效应、焊后热处理温度控制在760℃±10℃的更小范围，恒温时间需确保焊件内外壁温差不超过20℃，对SA-335P92焊缝性能有着非常重要的影响。
（4）采用管道内外壁同时加热的热处理工艺，极大程度地消除了内外壁温差，热处理后焊缝硬度值、金相组织均在标准范围内，保证了焊接接头的使用性能。
（5）内外壁同时加热的热处理工艺的不足之处在于无法准确测量内壁温度，需进一步研究解决。
参考文献：
[1]杨富，章应霖，任永宁，等.《新型耐热钢焊接》北京：中国电力出版社，2006
[2]中国电机工程学会电站焊接专业委员会《火电机组焊接热处理实用技术培训教材》北京：中国电力出版社，2009
[3]东电一公司焊接工艺评定
作者简介：
高浩，男，出生于1980年6月，毕业于大连理工大学，从事火电安装焊接专业，工程师职称。
论文作者:高浩
论文发表刊物:《基层建设》2018年第31期
论文发表时间:2018/12/18
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