超（超）临界机组P92钢厚壁管道修复的焊接工艺设计

超 ( 超 ) 临界机 组 P 9 2钢厚壁 管道修 复 的 焊 接 工 艺 设 计 广东惠州平海发电厂有 限公 司( 5 1 6 3 6 3 ) 谢江侯志强 苏 州 热 工 研 究 院 有 限 公 司( 2 1 5 0 0 4 ) 吕一仕王淦刚赵建仓 广 东 火 电 工 程 总 公 司( 广州市5 1 0 7 3 5 ) 赵明凯 摘要P 9 2钢凭借其优良的高温力学性能和良好的焊接性， 广泛应用于国内超( 超 ) 临界电站的主蒸汽和再热 热段管道等高温高压管道。目前 P 9 2钢的焊接工艺不是很完善， 特别是主蒸汽及再热热段管道等大壁厚大直径管 道中， 焊接接头容易出现焊接缺陷问题。文中通过对某超( 超) 临界电站 P 9 2钢主蒸汽及再热热段管道焊接接头进 行修复， 探索出一种可靠的焊接修复工艺。 关键词 ： 超 ( 超 ) 临界P 9 2钢焊接修 复 中图分类号 ： T G4 5 7 6 0前 言 目前国内的 S C，U S C机组中应用最广泛 的是 P 9 2 钢 ， P 9 2钢相 比其他铁素体合金钢具有更高的高温强度 和蠕变性能， 它的抗腐蚀性和抗氧化性能等 同于其他 9 C r 铁素体钢 ， 它 的抗热疲 劳性能强于奥 氏体 不锈 钢 。正是因为 P 9 2钢的这些优势， 在未来 S C， U S C机组 上仍将被 大量采用。尽 管 P 9 2钢开发 出来 已经有 2 0 多年 ， 但在 国外大规模应用 的业绩并不是很多 ， 在 国内 也是近几年才开始 。焊接接头是影 响机组运行安全 的 最薄弱环节 ， 由于 P 9 2钢合金元素含量高 ， 焊接上有较 大的技术难度 ， 且 目前 P 9 2钢 的焊接工艺不是很完善 ， 特别是 主蒸 汽及再 热热段 管道等 大壁厚 大直径 管道 中， 焊接接头容易出现焊接缺 陷问题 ； 而 P 9 2钢对于焊 接接头缺陷的修复要求非常高 ， “ 耐热钢在 同一位置上 的挖补次数不应超过两次” 。因此 ， 这对 P 9 2钢主蒸汽 及再热热段管道的含缺陷焊接接头的修复工艺提出很 高的要求 。 1 问题背景 某 电厂一期工程为 2台 1 0 0 0 MW 超超 临界燃煤 机组 ， 其 中2 机组于 2 0 1 1年 4月 2 8日通过 1 6 8试运 ， 至 2 0 1 2年 1月 2 0 E t 停 机检修 ， 累计运行 约 6 0 0 0小 时。 2 机组检修时对机组主汽与再热热段焊接接头超 收稿 日期 ： 2 0 1 40 62 4 48 2 0 1 4年第 1 2期 声波探伤抽检发现， 现场安装接头存在超标缺陷， 扩大 至对主汽与再热热段全部 1 2 3道现场安装焊接接头检 查 ， 发现共有 1 2道接 头存在超标缺陷 ， 接 头编号与缺 陷情况见表 1 ， 另有部分焊接接头存在记录性缺陷。超 声波反映缺陷类型有体积型缺陷和面积型缺陷。根据 焊接冶金过程特点判断， 体积型缺陷可以确定为气孔、 夹渣 ， 面积型缺陷可能为夹渣( 片状 ) 、 裂纹 、 未熔合、 未 焊透等 ， 而面积型缺陷对管道安全有极大影响。 为保证机组安全运行 ， 电厂决定对该 1 2道含超标 缺陷焊接接头进行焊接修复。 2修复难点 2 1 缺陷多 ， 分布广 此次待修复 的管道 中， 部分管道焊缝 在沿周 向和 深度方 向分布大量 的缺陷 ， 这 给检测和修 复带来很 大 的困难 。各个焊缝中超标缺陷的深度分布范围和超标 缺陷的数量见表 1 。 2 2 P 9 2钢焊接性分析 待修复的主蒸汽和再热管道的结构尺寸较大， 尤 其管道壁厚较大， 焊接过程会产生较大的拘束应力 ， 焊 后容易出现冷 裂纹n - 2 3 ； P 9 2钢具 有一定 的热裂纹倾 向 - 5 3 ， 而且 P 9 2钢还存在焊缝金属的脆化问题 。 同时， 在修复过程中， 天气因素也有很大 的影响。由于 雨水过多 ， 空气湿度很大 ， 焊条很 容易潮湿 ， 造成 焊缝 氢含量过高， 产生冷裂纹 。上述这一系列 问题对 焊接 修复工艺提出了很高的要求。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 1 F X 9 2管道含超标缺陷接头编号、 规格及焊接位置 2 3 产生类似缺陷问题 在待修复的焊接接头中， 有些接头在安装过程中 已经由于产生缺 陷进行返修 ， 因此该次修 复是第二次 返修， 使得该次焊接接头的缺陷补焊修复的难度增大。 在修复过程中， 很容易出现类似缺陷 ， 这就对焊接修复 工艺、 焊工的操作水平提 出了更高的要求 。 3 修复方案 3 1 缺陷复检 根据缺陷通知单 ， 对待修复焊接接头进行无损检 验复检， 确认超标缺陷具体位置， 以便于能够完全消除 超标缺陷 ， 保证修复质量 。 3 2 缺陷消除 缺陷消除的原则是在尽可能少 的损伤母材 的情况 下 ， 将超标缺陷完全去除 。因此根据超标缺 陷分布位 置 ， 该次缺陷消除方案共有 3种 ： ( 1 )局部挖补消缺陷 适用范围 ： 浅且短的缺陷 修复。技术要求 ： 打磨裂纹后 目视及磁粉 、 着色检查缺 陷， 局部补焊处理 ； 否则转入方案 2 。 ( 2 )坡 口机加工未到焊缝 根部 的焊接修复适用 范围 ： 浅但较长的缺陷修复。技术要求 ： 机加消除缺 陷 后目视及磁粉、 着色检查缺陷， 打磨部位制作坡 口， 进 行预热并用焊条焊接修复 ， 后进行高温回火热处理 ， 无 损检查合格且焊缝硬度检验满足焊缝 不大于 2 7 0 HB 且小于母材硬度 +1 0 0 H B为合格 。 ( 3 )坡 口机加工到焊缝根部的焊接修复适用范 围 ： 缺陷挖除后 ， 已达根部且挖透 ， 深且 较长的缺陷修 复。技术要求 ： 机加消 除缺陷后 ， 目视及磁粉 、 着色检 查缺陷， 制作坡 口， 进行 预热焊接 ( 钨极氩弧焊 +焊条 电弧焊) 修复( 焊接过程锤击消除应力) 后进行高温回 火热处理 ， 无损检查合格且 焊缝硬度检 验满足不大于 2 7 0 HB且小于母材硬度 +1 0 0 H B为合格 ， 否则应进行 二次返修 ， 但同一部位挖补次数不得超过 2次 ， 否则断 口重新焊接 。 不论采用以上何种方案 ， 均应注意 ： 母材侧打磨 3 5 m m， 以消除余淬硬层为宜。缺陷深度车削及打 磨处理 ， 圆滑过渡。 3 3 焊接修复工艺 3 3 1 焊前预热 焊接预热采用 电加热 的方式进行 ， 每侧预热加 热 宽度不小于 3倍管道壁厚 。 预热加热 片热 电偶 应 的布 置应尽量 靠近坡 口边 缘 。预热加热器及热 电偶安装位置如图 1 所示 。 根据该机组安装焊接施工技术资料分析 ， 该 机组 安装焊接的P 9 2 钢焊接作业指导书要求焊条电弧焊层 间温度为 2 0 0 ， 虽然满足标准要求 ， 且焊接热过程记 录曲线也反应 出预热和层 间温度达到 了 2 0 0 ， 但是 在实际工程 中， 由于 P 9 2钢壁厚原 因， 一般焊接处 的温 度要低于预热热电偶测定点处的温度， 导致部分接头 焊接过程中的实际的层间温度低于标准要求。这在一 2 0 1 4年第 1 2期4 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 生产应用 r蜉慈 3 3 3 焊后热处理 热处理设备采用 Z WK型智能温度控制仪 ， 其温度 控制范围： 01 0 0 0 o C， 测温误差 ： 1 。 对于 P 9 2钢 的焊接修复热处理 ， 焊接完毕先 完成 ( 8 0 1 0 0 )o C X 2 h的马氏体转变， 结束后进行高温回 火热处理。焊后热处理工艺具体参数见表 4 。 表 4 焊后热处理工艺参数 3 4 修复后检验 ( 1 )检验项 目及 比例外观 1 0 0 ， U T探伤 1 0 0 ， M T探伤 1 0 0 ， 硬度检查 1 0 0 ， 以及典型焊接接头残 余应力测试和复膜金相检验。 ( 2 )检验结果外观检验未发现裂纹、 气孔 、 未熔 合、 夹渣或咬边等缺陷， 焊缝宽度及余高也均符合要 求。 u T 探伤， M T探伤分别按 D L T 8 2 0 -2 0 0 2和 承 压设备无损检测 第 4部分： 磁粉检测 进行 ， 均未发现 焊接接头及热影响区存在超标缺陷。 使用 E Q U O T I PB A MB I N O 2硬度计 ， 检测结果均 在 1 8 02 5 0 H B之间且小于母材硬度值 +1 0 0 H B， 硬 度检测合格 。 对典型焊接接头表 面复膜金相检验 ， 检验结果见 表 5 。 表 5 复膜金相检验结果 采用盲孔法对典型接头补焊区域进行残余应力测 试。测量结果显示， 4 道焊接接头焊缝处的最大残余应 力均 不 超 过 1 0 0 MP a ， 而 P 9 2钢 的 屈 服 强 度 为 4 4 0 M P a ， 残余应力远远低于其屈服强度。 4结 论 ( 1 )对 于大壁 厚 管道 ， 根 据不 同环境 温 度 ， P 9 2 钢管道焊前预热温度应作适当调整， 在环境温度低 的情况下， 预热温度取上限值； 反之， 预热温度取下 限值 。 ( 2 )焊接收弧时填充满弧坑 ， 层间清理药皮要 干 净 。收弧处是整个焊道的薄弱位置， 弧坑未填满 ， 在一 系列因素的作用下， 容易产生弧坑裂纹， 造成超标缺陷 的产生 。 ( 3 )对于 P 9 2钢的焊接修复热处理 ， 焊接完毕先 完成( 8 01 0 0 )q C 2 h的马氏体转变 ， 结束后进行高 温回火热处理。升降温速度不能过快， 以防止内外壁 温差过大造成管系内部残余应力。 参考文献 1 L o m o z i k M， Z e m a n M， B r o z d a J Mo d e m m a r t e n s i t i c s t e e l s f o r p o w e r i n d u s t r y J A r c h i v e s C i v i l a n d Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ， 2 0 1 2 ， 1 2 ( 1 ) ： 4 9 5 9 2 惠晓涛国产 F 9 2热强钢冷裂敏感性及焊接接头韧性研 究 D 上海 ： 上海交通大学硕士学位论文， 2 0 0 8 3 陈忠兵， 吕一仕P 9 2钢焊条电弧焊焊缝金属热裂纹及其 特征 J 焊接， 2 0 1 3 ( 1 2 ) ： 3 3 3 9 4 Ma s u y a ma F ， Y o k o y a m a T F a b r i c a t i o n and p r o p e r t i e s e v a l u a t i o n o f t u n g s t e n a l l o y e d a d v a n c e d 9 1 2 C r f e r r i t i c s t e e l s C Ma t e r i a l s for A d v a n c e d P o w e r E n g i n e e r i n g L i e g e ， B e l g i u m 1 9 9 4： 3 0 13 0 8 5 朱信钊1 0 0 0 MW 超超临界压力发电机组用管道用 P 9 2 钢焊接缺欠及质量控制 J 广东电力， 2 0 1 1 ， 2 4 ( 3 ) ： 2 9 3 2 6 V y r o s t k o v a A， H o mo l o v a V， P e c h a J ， e t a 1 P h a s e e v o l u t i o n i n P 9 2 a n d E 9 1 1 w e l d m e t a l s d u ri n g a g e i n g J Ma t e r i a l s S c i - e n e e a n d E n g