提高焊接质量。
关键词：P92钢；焊接接头；问题
引言
P92钢是目前应用于超超临界机组的新型耐热钢材料,比其他铁素体合金钢具有更高的高温强度和抗蠕变性能,P92钢的抗热疲劳性强、热传导系数和膨胀系数具有较好的抗腐蚀性和抗氧化性能。因而P92钢具有更高的运行参数,可提高机组的热效率,常用于高温、高压主蒸汽管道等部件,因此,其焊接接头性能的优劣直接关系到机组的安全可靠运行。
1 P92焊接特性
P92钢是在P91钢中增加了2％左右的钨，降低约0．5％的钼含量，并加入少量硼，而形成一种新型的高强度、高韧性细晶，其体现出热膨胀系统更小、导热性及抗热疲劳性更高等优势。但是相比P91而言，P92对温度的敏感性更高，其基本焊接工艺是小线能量、快速焊接，如果焊接质量控制不当，极易出现细小裂纹、夹渣、熔合等缺陷，故P92焊接过程中要对其预热温度、层间温度、线能量输入及热处理温度等指标进行严格控制，来保证焊缝质量。
2 P92钢焊接工艺流程
2.1焊前预热
预热通常采用远红外加热法，工艺控制方面，要尽量控制热影响区宽度，以免出现裂纹，且管道内外壁间温度差不得超过20℃。预热前要注意校验热处理设备，要求温控仪具备环境温度自动补偿功能，加热时加热器的宽度、均温区、厚度及保温层宽度等均要与焊接工艺评定要求相符。理论上氩弧焊打底要求预热温度为≤150℃，不过在实际操作过程中为了提高与手工焊接预热温度衔接的紧密性、减少停工次数，可适当将打底温度提高至200℃。层间温度控制在150-200℃范围内；且预热温度达到200℃后要对层问温度进行不定期测量，一旦超过200℃则立即停止施焊，温度降至150℃时再进行施工。
2.2焊接过程控制
大径厚壁管采取多层多道焊，盖面层焊退火焊道，钨极氩弧焊打底的焊层厚度不小于3mm。如果是用焊条电焊时，每层标准要求是：所焊焊缝的厚度一般不宜超过焊条直径，而同时，其宽度不超过焊条直径的4倍。每层焊道必须严格清理干净。任一焊道的焊接线能量不超过20kJ/cm。P92钢焊接的特点：熔池铁水粘度较大、而流动性较差，焊接规范又较小，所以容易出现夹渣、层间未熔等缺陷。在对口焊接过程中，如果采用单向作业，保持一端为自由伸缩端，可以减小焊接时的应力，这样就可以防止焊纹产生。另外，按照DL／T869—2004的规定，P92钢焊接的最低环境温度为5℃，低于此温度焊接时，可对施焊场所提供热源。同时，施工现场应采取有效的措施，比如：在施焊位置做搭设防风防雨棚，这样可以有效的防止因风雨而造成的焊接质量问题。
2.3焊后热处理
大径管焊口焊接完毕，待其冷却80-100℃恒温1h以上，随即升温进行焊后热处理。热处理温度为(760±IO)℃。恒温时间按壁厚每25mm／h计算，最少不得少于4h。设备采用远红外加热器DWK型电脑温控仪，热电偶测温时，其标准要求如下：热电偶必须对称分布在焊缝中心，且不少于两点；而针对水平管道焊口，测温点应该上、下对称，如果需要分区控温时，热电偶的布置与加热装置相对应。最后，当同炉处理多个焊口时，热电偶应该布置在有代表性的焊口上。热处理过程中，采用多路输出、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，使热处理焊口在升、降温及恒温过程中各点温度均能满足热处理工艺要求。当焊接过程中断或焊后不能及时进行热处理时，应立即进行后热处理。
3焊接接头存在的问题及防范措施
3.1焊接冷裂纹
3.1.1产生原因
P92钢是在对9Cr-1Mo钢的成分做进一步完善改进而研制出的新型耐热合金钢。该钢采用复合-多元的强化手段,降低Mo含量至0.30%-0.60%,加入1.50%-2.00%的W,形成以W为主的W-Mo复合固溶强化,加入N形成间隙固溶强化,加入V、Nb和N形成氮化物弥散沉淀强化,加入0.00l%-0.006%的B形成,B的晶界强化。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由于P92钢合金元素含量高,因此其焊接接头有冷裂纹倾向,但P92钢中的C、S、P等元素含量低,且具有晶粒细、韧性高的特点,使其焊接冷裂纹倾向大为降低。
3.1.2防范措施
控制焊缝的含氢量。为防止氢致延迟裂纹的产生,必须选择低氢型碱性P92钢专用焊条(丝),并严格按照焊条(丝)说明书的规定烘焙。施焊时,焊条(丝)应放入80-120℃的便携式保温筒内随用随取。如焊后不能及时进行热处理,应进行消氢处理。
降低焊接接头应力。焊接缺陷会引起应力集中,致使应力成倍增长,产生冷裂纹,因此应尽量减少焊接缺陷。拉伸拘束应力的存在是产生冷裂纹的充分条件,拉应力越大,产生冷裂的倾向越大,因此,要避免强行对口。
3.2.Ⅳ型裂纹
3.2.1产生原因
通过热处理强化的铁素体钢,由于低于临界温度的回火作用和临界温度范围内微观结构的变化,在焊接热影响区外的硬度会下降。对焊接接头进行高温持久强度试验时,在硬度下降的部位往往出现断裂,该部位被称作软化带。在高温长期运行中,9Cr-1Mo这类铁素体耐热钢往往在焊接接头的软化带产生裂纹。英国人按裂纹产生位置的分类方法,称这种裂纹为Ⅳ型裂纹。
3.2.2防范措施
为防止Ⅳ型裂纹的产生,焊接时,尽量不采用过高的预热温度及层间温度,不采用过大的焊接线能量；采取多层多道焊,焊层厚度控制在2～3mm,确保上层焊道对下层焊道的回火作用；尽力控制热影响区软化带宽度窄一些,加强其拘束强化作用,减小软化带的影响。
3.3焊缝金属韧性低
3.3.1产生原因
采用电弧焊焊接P92钢,焊缝是温度极高的熔融状态冷却下来的铸造组织,不可能获得极细颗粒弥散析出的Nb、V碳氮化合物和高度细化的晶粒,即不具备细晶强韧化的条件。相反,由于熔池金属的高温停留以及快速的凝固冷却,熔敷金属中的Nb、V等微合金化元素可能仍大部分固溶在金属中,不仅难以细化晶粒、韧化焊缝,反而通过固溶强化而降低焊缝韧性。
3.3.2防范措施
选择焊接方法。焊接方法对焊缝金属韧性有一定的影响。美国ORNL的试验研究结果表明,钨极氩弧焊(GTAW)焊缝的冲击韧性比熔化极氩弧焊(GMAW)和手工电弧焊(SMAW)焊缝金属的冲击韧性高,而埋弧焊(SAW)焊缝金属的冲击韧性最差，故建议选择钨极盒弧焊。
控制预热温度和层间温度。预热温度和层间温度是通过降低焊接残余应力,减缓马氏体转变的温度冷却速度,有利于氢的扩散,达到防止焊缝产生冷裂纹的目的。P92钢的预热温度和层间温度应控制在200-300℃。在200-300℃预热温度、层间温度下,焊缝金属发生马氏体转变时的冷却速度减慢,产生“自回火”现象,形成回火马氏体,防止冷裂纹的产生,又提高了焊缝金属的冲击韧性。
结语
P92钢作为新型铁素体耐热钢,其焊接接头存在一些问题,但可以在焊接工艺上采取一定的措施,诸如焊接材料的选择、焊前预热温度的控制、焊接线能量的控制和焊后热处理的控制等措施,避免和防范此类问题的发生。
参考文献
[1]欧阳杰，冯砚厅，王庆．P92钢焊接及焊后热处理中的问题分析[J].河北电力技术，2018(3)．
[2]邵小剑．超超临界机组主蒸汽P92钢的焊接[J].电焊机2018，38(01)：58-62．
[3]李孝露，何山，李以善．在用检验结果对P92钢的焊接工艺优化研究[J].焊接技术，2018，13(44)：48．51．
论文作者:杨慧敏
论文发表刊物:《中国电业》2019年21期
论文发表时间:2020/3/10
标签：温度论文; 裂纹论文; 韧性论文; 应力论文; 焊条论文; 耐热钢论文; 金属论文; 《中国电业》2019年21期论文;