T/P92鋼焊接熱處理控制

■ 郭國均，張學(xué)鋒

1. 概述

高溫、高壓管道鋼材的使用是火力發(fā)電廠安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行最重要的保障，它不僅對電廠的安全可靠運(yùn)行起著重要的作用，而且也影響回收電廠的建設(shè)投資。T/P92鋼是在T/P91材料的基礎(chǔ)上經(jīng)過改良而發(fā)展起來的，與T/P91相比，T/P92鋼加入了1.5%～2.0%的鎢，減少0.5%鉬的含量以調(diào)整鐵素體－奧氏體元素之間的平衡，并且加入了微量的合金元素硼。由于W的固溶強(qiáng)化和Nb、V的碳氮化物的彌散強(qiáng)化作用，600℃時許用應(yīng)力比P91高34%，在高溫下（600℃及以上）可以有效地減少管道結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)壁厚，降低結(jié)構(gòu)的整體重量，熱態(tài)強(qiáng)度等指標(biāo)達(dá)到了冷態(tài)TP347的水平，屬于新一代高鉻馬氏體熱強(qiáng)鋼。

T/P92鋼理化強(qiáng)度指標(biāo)如下：抗拉強(qiáng)度≥620MPa，屈服強(qiáng)度≥440MPa，伸長率≥20%，沖擊吸收能量≥41J（常溫）硬度≤250HBW。

T/P92鋼熱處理包括：預(yù)熱、后熱、完全馬氏體化熱處理及焊后熱處理。熱處理溫度控制如下：預(yù)熱溫度為200～250℃；層間溫度為200～250℃；后熱溫度為300～400℃；完全馬氏體化溫度為80～100℃；焊后熱處理溫度為750～770℃

目前國內(nèi)已安裝了多臺超超臨界火力發(fā)電機(jī)組，T/P92鋼焊接及熱處理技術(shù)已非常成熟，但在安裝過程、運(yùn)行檢修過程中發(fā)現(xiàn)，因熱處理過程的控制問題而導(dǎo)致焊縫出現(xiàn)質(zhì)量事件時有發(fā)生。本文將通過兩個案例來闡述熱處理控制的重要性，分析原因并結(jié)合焊縫熱處理的施工現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，提出保證焊縫質(zhì)量具體操作方法與原則。

2. 案例1：層間溫度控制超標(biāo)

（1）案例描述 我們在進(jìn)行P92鋼φ330mm×50mm規(guī)格焊接工藝評定焊后熱處理時發(fā)現(xiàn)，手持遠(yuǎn)紅外測溫儀測量溫度的數(shù)值與Preheat35熱處理機(jī)（點(diǎn)焊式）所測量的溫度數(shù)值有40℃的誤差。經(jīng)儀器檢定表明，手持遠(yuǎn)紅外測溫儀所測量的溫度偏低，也就是說P92鋼焊接時實(shí)際的預(yù)熱溫度、層間溫度控制高了40℃，預(yù)熱控制實(shí)際為240～250℃，層間溫度控制實(shí)際為250～290℃，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 819—2010 《火力發(fā)電廠焊接熱處理技術(shù)規(guī)程》要求可知，該焊接件層間溫度超標(biāo)。因此，我們又按方案要求重新進(jìn)行了焊接工藝評定試件的焊接，并同時對這兩條焊縫進(jìn)行了無損檢測、力學(xué)性能和理化試驗(yàn)。

試驗(yàn)結(jié)果表明，層間溫度超標(biāo)的試樣除了沖擊韌性值偏低外，其余拉伸、彎曲、金屬組織等試驗(yàn)數(shù)據(jù)相差不大。于是，我們又對本單位所進(jìn)行的T/P92鋼焊接工藝評定所進(jìn)行的沖擊韌性數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，如附表所示。

（2）原因分析 由附表數(shù)據(jù)可知，沖擊韌性值與層間溫度控制影響很密切，溫度控制低則沖擊韌性值較高。

第一，通過浙江華能玉環(huán)電廠4臺百萬機(jī)組的安裝，國電信息網(wǎng)出臺了《T/P92鋼焊接指導(dǎo)性工藝》，工藝規(guī)定T/P92鋼層間溫度控制溫度為≤300℃；隨著T/P92鋼應(yīng)用技術(shù)的成熟，層間溫度的控制溫度降為≤250℃，并在DL/T 819、DL/T 869標(biāo)準(zhǔn)中先后進(jìn)行了明確規(guī)定。

第二，當(dāng)焊接時層間溫度控制在250℃以下時，沖擊值較高；當(dāng)層間溫度控制在300℃以下焊接時，沖擊值較低，與層間溫度控制在250℃以下焊接時的焊縫相差較大，且有些值處于41J的合格臨界值邊緣。

第三，T92鋼由于是小徑薄壁管，散熱狀態(tài)較好，層間溫度容易控制，故沖擊值較為理想；而大徑厚管則由于散熱不好，控制較難，沖擊值則處于合格臨界值偏上。若測溫手段等其他不利因素存在，則不能保證其焊縫的質(zhì)量。

第四，層間溫度是焊接過程中焊接時該層與前一層的溫度，它不是前一層焊接前的瞬時溫度，而是一個動態(tài)的溫度控制。層間溫度控制主要應(yīng)從以下幾個方面控制：①測量儀器的正確性。②測量位置的正確性。③測量的連續(xù)性或測量的頻次。

圖1 硬度超標(biāo)焊縫微觀金相（400×）

層間溫度控制與沖擊值

3. 案例2：層間溫度、焊后熱處理溫度超標(biāo)

（1）案例描述 某電廠鍋爐在水壓保養(yǎng)期間發(fā)現(xiàn)末級再熱器出口集箱安裝焊口泄漏，材質(zhì)為SA213T92，規(guī)格為φ50.8mm×4.5mm，缺陷性質(zhì)為焊縫熔合線處開裂。

割管后，對母材進(jìn)行了焊縫硬度檢測、化學(xué)元素分析和微觀金相組織分析。試驗(yàn)結(jié)果表明，母材化學(xué)元素符合設(shè)計(jì)要求；焊縫硬度異常，其中母材為162HBW、熱影響區(qū)為143HBW、焊縫為189HBW，而合格標(biāo)準(zhǔn)母材和熱影響區(qū)硬度于250HBW且不低于母材；焊縫金相組織偏大，有淬硬馬氏體組織存在，晶間有析出物存在，微觀金相如圖1所示。后經(jīng)擴(kuò)大檢查，又在其他管排中發(fā)現(xiàn)兩條熱影響區(qū)硬度偏低、微觀金相組織異常的焊縫。

該三條焊縫經(jīng)割管重焊，并按要求進(jìn)行了熱處理。事后檢測表明，硬度與微觀金相都滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求，其微觀金相如圖2所示。

（2）原因分析 由圖1可知，焊縫金屬及熱影響區(qū)金屬結(jié)晶體粗大、晶間有碳析出現(xiàn)象且淬硬馬氏體組織存在。在沈陽與中國科學(xué)院金屬研究所李依依院士和王培博士共同研討認(rèn)為，主要原因是層間溫度、焊后熱處理溫度過高導(dǎo)致的。層間溫度過高，導(dǎo)致焊縫在結(jié)晶過程中停留的時間偏長，晶粒體粗大；包扎時過快又導(dǎo)致焊縫組織沒有完全馬低體化，使得焊縫組織有淬硬馬氏體組織存在。焊后熱處理溫度過高，導(dǎo)致晶間有碳析出現(xiàn)象存在，晶粒之間存在薄弱區(qū)，使得焊縫、熱影響區(qū)、母材硬度偏低，特別是母材與熱影響區(qū)金屬有軟化現(xiàn)象。

層間溫度超標(biāo)的原因是預(yù)熱溫度偏高且層間溫度未控制；焊后熱處理溫度超標(biāo)存在的原因有以下幾方面，由于出現(xiàn)問題的焊縫是個別現(xiàn)象，且管排熱處理是整片進(jìn)行的，因此原因分析是④和⑤造成的：①哈夫加熱器成套電阻不同（功率不同，導(dǎo)致加熱效果不同）。②焊后熱處理溫度設(shè)置過高。③熱處理設(shè)備補(bǔ)償不到位，顯示的焊后熱處理溫度雖未超標(biāo)，但實(shí)際的熱處理溫度過高。④控溫?zé)犭娕荚O(shè)置點(diǎn)不對，沒有設(shè)置在溫度的最高點(diǎn)。⑤哈夫加熱器成套包扎力度不均勻，存在有些過緊、有些過松現(xiàn)象。

圖2 重焊焊縫微觀金相（400×）

4. 控制措施

（1）層間溫度控制措施 T/P92鋼SMAW預(yù)熱溫度控制≥200℃，而層間溫度控制≤250℃，因此焊接區(qū)間非常窄，如涉及到5G、6G位置，焊縫上下側(cè)存在著溫度差，則焊接區(qū)間更窄，極易引起層間溫度超標(biāo)，因此如何進(jìn)行中間監(jiān)督控制是關(guān)鍵。

通過分析，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)和施工現(xiàn)場實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，層間控制的原則與方法如下。

第一，預(yù)熱溫度的上下溫差區(qū)間應(yīng)盡可能窄，應(yīng)控制在200～210℃。焊縫2G位置可采用繩狀加熱器，焊縫5G、6G位置則應(yīng)采用塊狀履帶加熱器，塊狀履帶加熱器功率應(yīng)小而多，更容易保證焊縫周圈溫度的控制并相接近?？s小焊縫的預(yù)熱溫度區(qū)間，從而增大了焊縫焊接時溫度的控制區(qū)間。

第二，加強(qiáng)測溫儀器儀表的檢定，使儀器儀表一直處于合格有效期內(nèi)且數(shù)據(jù)正確，并進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的校正。

第三，焊接時應(yīng)控制熱輸入，主要是層道厚度、焊道寬度的控制，應(yīng)在保證焊縫質(zhì)量的情況下盡可能的采用最小的焊接熱輸入。

第四，控制焊接的節(jié)奏，加強(qiáng)層間溫度的測量控制，層間溫度并不是焊接前底層的溫度，而是一個動態(tài)的溫度，應(yīng)在焊接過程中跟蹤測量底層的溫度，一旦接近上溫度控制點(diǎn)時應(yīng)立即停止焊接，規(guī)范測量方法如圖3所示。

第五，預(yù)熱時，應(yīng)在加熱履帶外且接近坡口處布置一支熱電偶，作為遠(yuǎn)紅外測溫儀或其他測溫工具測溫的基準(zhǔn)點(diǎn)，防止遠(yuǎn)紅外測溫儀等出現(xiàn)設(shè)備問題時影響焊縫的焊接質(zhì)量。

（2）焊后熱處理控制措施 焊后熱處理時應(yīng)解決的問題有：一是保證焊縫熱處理溫度的均恒性，焊縫上下內(nèi)外溫度控制在750～770℃之間；二是保證焊縫焊后熱處理溫度不超標(biāo)。

通過分析，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)和施工現(xiàn)場實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，焊后熱處理控制的原則與方法如下。

第一，采用遠(yuǎn)紅外熱處理設(shè)備進(jìn)行焊縫的焊后熱處理時，設(shè)備必須有熱電偶溫度補(bǔ)償裝置（補(bǔ)償設(shè)備區(qū)的環(huán)境溫度），否則極易引起熱處理溫度超溫。

第二，T92鋼小徑薄壁管進(jìn)行焊后熱修理時，成套的哈夫加熱器每一只加熱片大小、加熱電阻應(yīng)一致，使用前應(yīng)進(jìn)行檢查；不允許相近的不同規(guī)格焊縫采用同一套哈夫加熱器進(jìn)行焊后熱處理。

第三，成套哈夫進(jìn)行焊后熱處理時，包括手法及寬緊度應(yīng)一致，并至少應(yīng)布置兩支及以上熱電偶，一支作為控溫用，另一支作為監(jiān)控用。

第四，P92厚壁大徑管熱處理設(shè)備盡可能采用Proheat35，如采用遠(yuǎn)紅外熱處理設(shè)備時，則應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝評定實(shí)施時的熱處理方案。

第五，焊縫熱處理時，控溫點(diǎn)的熱電偶應(yīng)布置在溫度的最高點(diǎn)，如圖4所示，且布置兩支（一支備用，特別是點(diǎn)焊式）；P92鋼溫度設(shè)定應(yīng)留有一定的空間（如770℃，則設(shè)定在767℃或768℃，特別是布置在焊縫或熱影響區(qū)上），T92鋼由于均溫性較好，可設(shè)置在760℃（而往往熱處理工為保證焊縫硬度合格，溫度設(shè)置都偏高）。

第六，熱電偶選擇盡可能選擇點(diǎn)焊式，壓合式應(yīng)捆扎牢固；熱電偶與加熱器間應(yīng)有保溫隔離。

第七，焊縫2G位置可采用繩狀加熱器，焊縫5G、6G位置則應(yīng)采用Proheat35的繩狀加熱器或塊狀履帶加熱器。采用Proheat35時，繩狀加熱器布置繩與繩間距應(yīng)上寬下窄，并可在加熱過程根據(jù)需要微調(diào)；采用遠(yuǎn)紅外履帶加熱器時，履帶選擇應(yīng)上窄下寬，履帶數(shù)量越多越容易控制，每塊履帶必須布置一支熱電偶。

第八，保溫材料包扎時，應(yīng)上薄下厚，層與層之間的接頭應(yīng)錯開。

第九，熱處理時，焊縫管內(nèi)能用保溫材料堵時應(yīng)盡量進(jìn)行封堵。

第十，加強(qiáng)熱處理過程中對設(shè)備的監(jiān)控，防止設(shè)備原因造成熱處理溫度的超標(biāo)，嚴(yán)重時會造成焊縫過熱或過燒。

圖3 測溫點(diǎn)位置

圖4 熱電偶布置

5. 結(jié)語

T/P92鋼焊縫層間溫度與焊后熱處理溫度控制應(yīng)按熱處理工藝卡要求嚴(yán)格執(zhí)行，而熱處理工藝卡編制時應(yīng)嚴(yán)格按焊接工藝評定實(shí)施時的熱處理方案進(jìn)行編制。

（1）T/P92鋼焊縫熱處理控制的重點(diǎn)是層間溫度與焊后熱處理溫度的控制。

（2）T/P92鋼焊縫層間溫度的控制重點(diǎn)在于層間溫度的監(jiān)控與監(jiān)控溫度數(shù)據(jù)的正確性。

（3）T/P92鋼焊縫焊后熱處理溫度的控制重點(diǎn)熱處理方式選型并按要求進(jìn)行包扎。