火力发电厂SA-335P92管道焊接工艺控制研究

2023-11-10中国电建集团福建工程有限公司陈祖荣

电力设备管理 2023年20期

关键词：焊口施焊氩弧焊

中国电建集团福建工程有限公司陈祖荣

SA-335P92钢在超临界、超超临界火力发电机组中焊口数量多，管径大、壁厚深；焊接工作量大，焊接质量要求高；无损检验、理化试验比例高。该马氏体耐热钢焊接性差，有淬硬倾向，焊接过程中需要严格控制线能量、层间温度及焊接热处理。

1 施工工艺流程

施工工艺流程如图1所示。

图1 施工工艺流程

图2 充氩气室

2 施工准备

焊工须具有相应的焊接理论知识，经过系统的焊接实践培训，并按照相关规程、标准考核，取得焊工合格证书。持证人员应操作技能熟练、经验丰富，具有处理施工中产生的焊接缺陷的能力；上岗前经与现场施工条件相同的焊接试件练习，经观感检查、无损探伤合格后方可上岗。

热处理作业人员必须经过专业的培训，取得电力行业相应的资格证书，并具备在火电工程中现场处理焊口的能力。同时，应有良好的工艺作风，遵守热处理施工方案和相关标准中的规定，做到操作无误、记录准确。

焊工上岗时须配带钢丝刷、扁铲等工具，选用的焊钳应轻巧、接触良好不易发热，且便于焊条的更换；穿戴合格的焊接手套、白色焊接工作服；配备防紫外线眼镜、口罩以及焊接面罩等。

电焊机及氩弧焊枪应带有电流衰减和高频引弧装置；热处理电脑控温机的热电偶、补偿导线、电压电流表、记录仪和红外测温仪等必须经过校验，且在使用有效期内。焊接时使用相匹配的焊条：焊条、焊丝应符合国家（国际）标准，并有制造厂的质检合格证，焊材到现场后按批次进行光谱复检。

焊条使用前应按要求给予烘焙。施工过程中，焊条保存在保温筒，随用随取，当天没有用完的焊条要及时退回焊接材料库进行再次烘焙，重复烘焙次数不超过两次。钨极氩弧焊宜采用铈钨棒，采用纯度≥99.98%的氩气。

露天施工现场，应做好防潮、防雨、防风等准备；作业场所光线充足，照度满足夜间施工要求；应为焊接作业人员提供合适的焊接场所，平台牢固，安全措施符合要求。施焊时环境温度应≥5℃，最低环境温度可在施焊部位为中心的半径为1m的空间范围内测量[1]。

3 对口前检查

焊口在组装前将厂家预制的焊缝坡口表面内的油漆、垢、锈打磨清除至可见金属光泽；焊件如需下料和坡口加工，则必须将割口表面的氧化物、熔渣及飞溅物按要求清理干净；对口前对坡口及两侧做100%着色检验，并经确认无裂纹、重皮等缺陷后方可组对。

4 气室制作

SA-335P92钢是高合金钢材，为了防止焊接过程中根部的氧化过烧，须有氩气来保护以防过烧；充氩保护范围以坡口中心为准，每侧各150～250mm处，以瓦楞纸板（地面组合时）或可溶纸（安装阶段）制成堵板，用耐高温胶带、白乳胶粘牢，做成密封气室。为了提高保护效果，建议每侧做双层堵板。

5 对口检查

焊口组对应确保内管壁平齐，局部错口值不得大于管子厚度的10%，且≤1mm[1]；严禁强力对口，禁止加热管件延伸膨胀对口，以防引起附加应力。

6 焊前预热

所有SA-335P92焊口均采用电加热预热。电加热升温速度不大于150℃/h，预热温度用红外测温枪在坡口内测量。预热温度见表1。

表1 预热温度表

电加热时，加热宽度从对口中心开始，每侧感应加热不少于焊件厚度的3倍、柔性陶瓷电阻加热和远红外辐射加热不少于焊件厚度的4倍，且不小于100mm；保温棉包扎宽度不少于加热片宽度加100mm，每侧加热器距离坡口边缘最小25mm，以方便焊工施焊；焊口预热时，除热处理机的自动控温预热外，还必须有专人对焊口用经校验合格的红外测温枪对焊缝坡口进行监测，预热温度达到要求后才能焊接并记录。

7 对口点固

焊口点固用的焊材应与母材相同，点焊后应对各个焊点质量进行检查，不允许出现裂纹、气孔、未熔合、夹渣等缺陷，如发现缺陷应打磨去除，重新进行点固焊；大径厚壁管点固焊不少于3点；点固焊直接在坡口内进行的，点固焊长度为15～20mm，点固焊厚度不大于3mm；点固焊工艺与正式焊工艺相同。

焊口点固如采用过桥或塞块则其材料应与母材相同或选用含碳量小于0.25%的钢材且用与母材材质相同的焊材堆焊，堆焊厚度不少于4mm。焊接作业时，施焊到“定位块”，需将“定位块”去除，并用角向磨光机将焊点、焊疤磨除，经目视检查，未发现质量缺陷后方可继续焊接。

8 充氩保护

焊口点固完成后，用铝箔纸或高温胶带将坡口侧扎紧，预留平焊位一小段不包扎，用来排除管内的空气，然后打开氩气管的阀门开始充氩；充氩流量可为10～20L/min，施焊过程中流量应保持在8～10L/min；管道内不得有穿堂风，引弧时应提早送气，排净输送氩气的皮管内及气室内的空气。SA-335P92焊口采用GTAW/SMAW焊接，打底结束后氩弧焊再焊一层，后电焊2～4层，这个过程期间根部应继续充氩保护，以防止对根部焊缝金属的氧化。

9 焊接要点

氩弧焊、手工电弧焊工艺参数见表2。

表2 焊接工艺参数

施焊前应了解焊口位置、间隙，合理选择焊接顺序，避免由于位置不好或对口顺序错误而增加焊接难度，焊接时从最困难的位置引弧，在障碍最少处收弧、封口。为了减少焊接变形和接头缺陷，管径＞194mm焊缝接头应采用双人对称施焊。

引弧应位于坡口内。禁止在被焊管件母材表面随意引燃电弧、电流试验或随意焊接临时支撑物。

氩弧焊打底的焊层厚度为2～3mm，为避免电焊填充层焊接时烧穿，形成打底层缺陷，要求打底结束后氩弧焊再焊一层。进行封底焊缝的次层盖面时，应选用较小的焊条直径或较小的电流焊接，以防止封底层焊缝烧穿。采用短弧焊，以防止产生气孔；层间厚度≤焊条直径，摆动焊宽度≤焊条直径的4倍。

采用多层多道焊，各焊层的接头应错开10～15mm，每层焊缝的外表要平滑，便于焊缝药皮清理和杜绝焊缝夹角的出现。在根部焊三层后，每层焊缝至少三道焊道，中间应有一退火焊道，以利于改善焊缝金属组织和性能；焊接时，要高度重视接头和收弧的质量，收弧时应将熔池填满，避免出现弧坑裂纹。如发现弧坑裂纹，应用角磨将裂纹打磨干净，再进行焊接。

施焊过程应连续完成，若被迫中断，应采取后热、缓冷、保温等措施。恢复焊接时，应进行细致的检查并确认无缺陷后，才可以按原定工艺继续焊接；每层焊道施焊结束后，使用錾子、角向磨光机等工具对焊缝药皮、飞溅等杂物进行清理（特别应注意中间接头和坡口边缘），经目测合格才可继续次层的焊接。

严格控制层间温度，层间温度用红外测温枪在起焊点前50mm处实时测量并记录。焊接完成后，焊工应仔细自检，将附着物（如飞溅、焊渣）彻底清理，如发现未熔合、咬边等质量缺陷，应及时打磨补焊；焊接接头有超标缺陷时，采取机械挖补方式返修，但同一位置上的挖补次数不得超过二次；返修工艺与正式施焊工艺相同且应彻底清除缺陷。

对于采用葫芦等工具对焊口进行调整的，必须等焊口焊接和热处理完成后方可松开。所有SA-335P92管道均应从预热开始进行全程控温跟踪。

10 热处理要求

氩弧焊打底完毕应立即升温至层间填充所需温度，焊口施焊过程中层间温度应控制在200～250℃。

焊缝整体焊接完毕后，冷却至80～100℃保温1～2h，再进行焊后热处理。当焊接接头不能及时热处理时，应于焊后冷却至80～100℃，保温1～2h后立即做加热温度为300～350℃、保温时间2h的后热处理，见表3。

表3 热处理温度、恒温时间表

最终热处理的温度最高一般不允许超过母材的下临界点AC1温度。

加热范围：一是一般管道对接接头加热宽度应根据加热方法及外径D与壁厚δ的比值来选取，但最少不小于100mm。加热中心位于焊缝中心，并应采取措施降低周向和径向的温差[2]。

二是当采用电磁感应加热时，按下述方式确定加宽度：当D/δ≤15时，加热宽度从焊缝中心起每侧≥管材厚度的5倍；当D/δ＞15时，加热宽度从焊缝中心起每侧≥管材厚度的6倍。

三是当采用柔性陶瓷电阻加热、远红外辐射加热时，按下述方式确定加宽度：当D/δ≤10时，加热宽度从焊缝中心起每侧≥管材厚度的6倍；当10＜D/δ≤20时，加热宽度从焊缝中心起每侧≥管材厚度的7倍；当20＜D/δ≤40时，加热宽度从焊缝中心起每侧≥管材厚度的9倍；当40＜D/δ≤70时，加热宽度从焊缝中心起每侧≥管材厚度的12倍；当D/δ＞70时，加热宽度从焊缝中心起每侧≥管材厚度的15倍。

对水平位置的管径＞273mm的管道或大型部件宜分区控温。恒温过程中，任意两处测温热电偶显示的数据的差值应在规定范围之内，且不超过50℃。保温宽度从焊缝中心算起，每侧应比加热宽度增加至少2倍管材厚度，且≥150mm；保温厚度一般在40mm～60mm之间，感应加热时，可适当减小保温厚度。可以适当采用改变保温层厚度来减小水平管道上下部分的温差。

升降温速度：如使用柔性陶瓷电阻加热、远红外辐射加热时升降温速度=6250/壁厚（℃/h），壁厚为mm，且不超过150℃/h；当采用中频感应加热时，升温速度=8000/壁厚（℃/h），降温速度=6250/壁厚（℃/h）。降温至300℃以下时，可不控制，在保温层内冷却至室温。当壁厚大于100mm时，升、降温速度按60℃/h进行控制。

焊缝热处理过程应连续，若因停电、设备故障停止时，对被处理焊件应采取缓冷措施，待问题解决后，重新按规范要求进行热处理。已经热处理过的焊口，若由于焊接质量问题需要局部返修，则返修补焊后应再次进行热处理，在补焊过程中的预热、后热、焊后热处理工艺与正式工艺相同；对返修焊件恒温时间的选择也可按焊件名义厚度计算，但应符合规程要求。

热处理结束后，应检查记录曲线是否符合规范要求，并对焊缝硬度测定，如果出现异常，应分析查找原因，确定对应的返修方案。

11 焊缝检验

SA-335P92焊口应100%做无损检验，无损检验不合格的焊口，经返修两次仍不合格则应割掉重新对口焊接，返修的焊口经热处理合格后应重新进行无损检验；SA-335P92焊口应100%硬度、光谱检查，硬度值范围180-270HBW，且不低于母材标准硬度下限值的90%。对于硬度检查不合格的焊口，进行金相分析，金相分析不合格，则割口换管重焊。对于同一焊缝，无论是采用射线还是超声波检验，都应该是合格的。