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摘要：本文主要介绍了SA335-P91钢管道的焊接工艺方法。通过在近几年我公司承接的燃煤机组安装中积累的实践经验、数据和技术资料对SA335-P91钢的焊接工艺方法进行分析与探讨。
关键词：电厂管道；新型耐热钢P91；焊接工艺质量控制
引言
随着电力事业的不断发展，发电厂正朝大容量、高参数方向发展，机组采用的钢种也越来越多，其中新型马氏体耐热钢SA335-P91的应用最为瞩目，广泛用于大中型、高参数电厂主蒸汽管、再热蒸汽管热段和锅炉末级过热器出口联箱等重要部件。本工程采取的管道材质之一是SA335-P91，为特殊难焊材料，焊接施工工艺复杂，质量要求又高。故该部件焊接质量的好坏直接影响到工程总质量。因此，本文就此展开探讨。
一 SA335-P91钢焊接性
1.1 SA335-P91钢的特点
SA335-P91钢属性于9Cr-1Mo-V-Nb钢种。是在9Cr-1Mo的基础上添加V，Nb等碳化物元素，并用真空脱氢，炉外精技术，S，P含量极低，在1040℃～1060℃正火空冷+760℃～780℃回火后得到一种单相马氏体组织。其高温性能明显改善。该钢具有较好的热强匹配，其化学成分及力学性能见表2。
表 2 SA335-P91钢的化学成分范围（%）
1.2 焊接性分析
SA335-P91钢由于化学成分的调整，其高温性能明显提高，但其主要是通过加入Cr，Mo，V，Nb等强碳化物元素，焊接时在高温空冷下易产生淬硬的马氏体组织，根据新日铁公司近年建立的碳当量计算公式：
CEN=C+A（C）（Si/24+Mn/16+Cu/15+Ni/20+Cr/5+Mb/5+V/5+Nb/5+5B）（%）；C=0.10%时，碳的适合系数A（C）约为（0.754-0.584）/2+0.584=0.669。
由上式计算出SA335-P91钢的CEN为1.41%-1.85%，这说明该材料焊接性较差，有较大粹硬倾向，接头冷裂纹和脆化是焊接的主要问题。由于马氏体钢导热性差，焊接残余应力较大，在焊接工艺选择不当时，冷裂倾向很大。另一方面，由于SA335-P91钢C含量较低，该材料具有较好的热塑性和韧性。所以，焊接时只要正确选择焊前预热、焊接工艺参数和焊后热处理参数，同时避免强力对口，控制焊缝中的含氢量，冷裂和脆化是完全可以避免的，从而获得优质的焊接接头。
二 P91管焊接工艺
（1）对SA-335P91进行焊接时，为防止根层焊缝金属氧化，氩弧焊打底时，要在管子内壁实行背面气体保护，保护气体采用氩气，防止过烧。为防止电焊填充时击穿根部焊缝，氩弧焊打底应焊接两层。
（2）对口前先把坡口（U形）两侧管子内外各20～30mm范围内打磨干净，直接露出金属光泽，确保无漆斑、油渍、铁锈、水分、氧化物或其他对焊接有害的物质。
（3）SA335-P91钢属于高合金钢，为了防止根部焊缝由于过热而产生烧损和氧化，焊接时管内必须充氩气进行背部保护。根据主蒸汽管道特点和现场施工条件选择合理的充氩方法，在距管400-450mm的两侧用水溶性纸进行封堵，而且要保证有较好的密封性，由于主蒸汽管道直径较大，管内穿堂风也较大，如密封性不好，会影响保护效果并造成氩气浪费，充氩气15分钟后才开始施焊，焊口先用胶布封住，留一小段不封，以便排出管内的空气。氩气流量16.20L/min，为了避免手工电弧焊时由于温度高而导致根部出现过烧，直到第二层电弧焊完成后才停止充氩气。
（4）焊前预热是焊接马氏体钢防止冷裂纹和脆化的重要措施。按有关工艺要求，管口采用全氩弧焊，焊前预热200～250℃。采用远红外电加热方法加热，用热电偶测温，温度记录仪作全过程的温度记录。
（5）施焊过程中，应注意控制层间温度，层间温度不宜超过250℃，超温时应暂时停止焊接，待焊缝温度降至200~250℃时再继续进行焊接。
（6）焊条电弧焊进行填充和盖面时，宜采用直径不大于3.2mm的焊条焊接，每根完整的焊条所焊接的焊道长度与该焊条的熔化长度之比应大于50%。焊缝其单层增厚不超过焊条直径，焊道宽度不超过焊条直径的4倍。
（7）焊后后热处理。SA335-P91钢焊后由于空冷存在脆硬组织，残余应力较大，必须加以消除，即进行高温回火的焊后热处理。焊完后应降温至100～120℃、恒温1～1.5小时再进行高温回火处理。如不及时焊后热处理，应进行温度为350℃、时间1h的后热。焊后热处理的升、降温速度必须小于150℃/h，其中壁厚为50mm的SA335-P91钢管必须小于125℃/h，恒温时间为4小时，降温至300℃以下时，可不控制，在保温层内冷却至室温。
三 P91钢焊接热处理质量控制
热处理作为一个特殊过程，要求具备资格的人员来完成，并要对热处理过程进行连续的监视和控制。热处理质量控制的内容主要包括材料、设备、工艺、检验和生产操作等方面，是全过程的质量控制。
3.1 焊接热处理材料
焊接热处理材料分为主用材料和辅助材料。主用材料是保证加热过程顺利进行而必须使用和消耗的材料，包括保温材料、热电偶、电缆导线以及加热装置所用的材料，如感应加热的铜线，远红外加热的加热器等。辅助材料是指协助主用材料共同完成热处理过程而必须消耗的材料，包括铁丝、绝缘胶带（布）、接插件、记录纸以及设备维修所需的各种消耗材料等。对这些材料必须认真进行入厂检验，检查质量证明文件，入库必须堆放合理，并符合要求。
3.2 设备的质量控制
焊接热处理设备主要包括加热设备、测控温设备、检验设备以及各种操作与维修工具等。这些设备的质量控制是指温度控制的准确度及温度分部的均匀性。焊接热处理质量控制正是通过对加热设备的控制来实现的，因而设备的质量控制是热处理生产中的控制要点之一。
3.3 检查验收应达到的质量技术标准
（1）热处理曲线符合要求。
（2）热处理自动记录图异常时应做硬度检查。硬度检查超过规定范围时，应查找原因，采取措施。如果重新热处理，则应在热处理后重新检验硬度。
（3）执行《火力发电厂金属技术监督规程》DLT 438-2016规程标准要求P91细晶马氏体钢的安装焊口热处理后须进行100%硬度检验。（4）执行《火力发电厂焊接技术规程》DL/T869-2012中第7.3.1条：热处理后焊缝的硬度，一般不超过母材布氏硬度加100HBW，且不超过下列规定：
合金总含量≤3% 布氏硬度值≤270HBW
合金总含量3%~10% 布氏硬度值≤300HBW
（5）热处理工应严格按工艺操作及自检，热处理工程师及热处理班长要做好热处理质量检查工作。热处理班长、热处理工程师要做好焊前预热记录以及焊后热处理记录等工作。
四 结束语
通过此焊接热处理工艺方法的实施，保证了我公司近几年来累计完成的P91钢焊口质量，满足了各项性能指标的要求，所承建的工程均通过了国家相关部门的验收，确保了机组的安全、可靠、稳定运行，同时创造出了一定的经济效益和社会效益。
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