P92钢焊接工艺在超(超)临界机组主蒸汽管中的应用

【摘要】P92钢凭借其本身卓越的抗高温蠕变性能，在现代火电机组对主蒸汽管道机械性能要求极其严苛的时代中表现出了在应用中所具备的非凡品质。而针对P92钢的原材质的优良属性，我们不持怀疑态度，但是在进行焊接加工的过程后，是否真的具备这样的优越性质就显得更为重要了。通过不同的焊接工艺，所产生出来的P92钢在主蒸汽管中的表现，也就出现了不同的使用效果。

【关键词】P92钢；焊接工艺；超（超）临界机组；主蒸汽管

针对超超临界的主蒸汽管道的临界点来说，不同国家都有不同的标准规格。而即便如此，对于钢材的使用来说，仍旧是比较严苛的。但是介于P91钢的使用情况，P92的在减少了0.5个百分点的Mo以后增加了1.8个百分比的W，在粒子结构上有了新的结构，在实验室的结构检测中，也比P91的性能要优越很多，但是同时其焊接中所遇到的问题也就比较明显了。而下面，我们就焊接头在使用过程中对于超超临界火电机组主蒸汽管的适应分析：

一、P92钢的焊接属性分析

首先，我们针对P92钢的冷裂纹敏感试验，依据《GB4675.1-1984焊接性试验斜Y型坡口焊接裂纹试验方法》进行试验，其主要的试验位置在斜Y坡口。在进行试验中，我们采用焊前梯度温度条件处理，从而确定在不同的温度下P92钢在焊好的斜Y接口处的各项性能。

然后，我们针对IV型的裂纹以及软化问题进行焊接口的相应分析。在国外经过研究，国外专家们认为铁素体系的耐热钢型在进行了焊接处理后，在焊口处由于受到了焊接时的高温处理，从而导致了其粒子结构发生了变化，在使用过程中，就出容易出现金属疲劳，进而导致出现各种的裂口损伤。

最后，任何焊接操作，都无法避免的问题就是，焊接后的接口钢材机械性能变化，导致接口材质变脆。这一问题在进行P92钢的焊接加工过程中，应该被重视起来。在进行试验的过程中，我们针对不同厚度的P92进行不同的焊接工艺操作，其中在针对多层多道焊接的厚壁钢型中，因为多次回温的问题，从而导致其脆性更加的严重。而验证中我们进行对比分析也发现，750℃的回火可以在一定程度上保证P92的焊缝仍具备一定的原有冲击韧性和抗疲劳效果。

对于以上的分析，我们不难看出P92的焊接过程中，应该尽量的防止焊接时层间温度的骤然变化并保持层间温度控制在一定范围内，这样不仅可以防止钢性质变脆，对于多次回温而言，在金属离子结构中，也不会因为多次的温度变化而产生相应的氧化反应。

二、P92在焊接中的性能指标

DL/T868中明确的规定了相关的系数指标，而针对P92的焊接头，其最基本的性能要求则是，抗拉强度≥620MPa，断后拉长率≥15%，180℃冷弯裂长度≯3mm，焊缝冲击功≥41J，硬度≤300HB。在我们进行的试验中，应该尽量的满足以上的标准，从而保证在超超临界机组的主蒸汽管在进行焊接作业的过程中能够保持其最优良的性能。

三、P92焊接材料的选择

针对2004年的DL/T869标准的严格要求，而其满足的条件如下：首先，焊缝处的金属化学成分应该和原材料的基本相同，其力学性能也应该能够满足在焊接后的工况状态；其次，焊接的材料在进行焊接后，熔后冷却的属性和原材料的基础属性不能有太大的出入；然后，材料扩散符合DL/T869中的标准规定；最后，施工的工艺应该满足所需要的焊接要求。

在焊接中的熔敷面，应该按照统一的焊接既定工艺和符合标准规定的材料，包括严格控制焊接层间温度和焊层厚度，保证其在焊接接头处不出现较为严重的问题。而进行焊接施焊参数的标准应该按照GB5118-85进行参考。

所以在进行焊接的材料选择上，就应该按照标准选择合格的焊接材料和辅助添加剂，同时施焊前的机械加工和坡口表面及附近工件表面的除污除锈等处理措施要保证，这样才能保证焊接接头机械性能满足超超临界火电机组主汽管道高温高压的工况条件，从而降低在超超临界机组中出现金属金相组织的变化和晶界处的良好机械性能，抵抗高温变形、氧化、晶间腐蚀，蠕胀以及拉伸变形等问题。

四、后热影响

按照上述的标准进行了规范化的焊接工序以后，在结束焊接工作或提前中断的时候，应该进行相应的合理保温降温处理。因为P92钢属于马氏体钢，在后热加工中，如果出现组织转变，而我们的后处理工艺，其实也是为了将其在受热以后奥氏体重新转变成马氏体钢。但是在进行转变的过程中，如果不能够及时的控制好转变温度和保持组织稳定时间，则不能够保证其金属接头的良好机械性能，在机组长期稳定运行上就会严重影响主汽管道的安全，从而导致泄露、爆管、主机冲击等事故的发生，造成严重经济损失和人身安全事故。

而针对这一问题，我们做一下不同后热处理的P92钢在20℃的冲击、拉伸、金相三项试验。而我们试验过程中所得出的数据列表如下：

编号 A B C

Rm/MPa 735 755 815 825 840 830

Rp2.0/MPa 585 612 695 710 720 710

A/% 18.0 21.0 17.0 15.0 17.0 17.5

Akv/J 100 100，102，97 27 16，30，35 66 66，72，62

五、P92钢的焊接工艺优化

在进行P92的原材料进行相应的检测试验中，我们可以了解到的是，焊接中，会在一定程度上改变其材料的属性，而在进行P92的测试试验中，对于这一点，我们也不止一次的提出了改进的办法，但是其效果仍然不是很明显。

而在以上的分析试验中，我们对焊接好的P92钢焊接接头进行横切磨片进行盐酸、酒精溶液的腐蚀结构研究，从而进行显微组织观察，在得到相应的结果。我们首先应该明白，在现实中并没有理想状态下的材料，而P92也不可能达到理想状态，所以在其钢材内部，碳元素就会影响其本身的钢属性，而在进行了焊接以后，因为高温反应，甚至可能促进P92钢的氧化，这样就会出现分布不均的板条马氏体晶粒，这也是导致了金属在铸造以后，其基础属性不能够完美的表现出来的根本原因。

和上面所介绍的情况一样，在获得了必要的工艺条件以后，如软化区进行预热处理、施焊过程中控制好层间温度和焊层厚度等，这样在一定程度上也可以解决或缓解我们在进行现场施焊中遇到的各种问题，最大程度的降低现场焊接接头与实验室焊接接头机械性能的差别。而在进行这样优化中，应该格外注意的如下：对口装配中应该按照不同的坡口形式进行相应预处理；在进行充氩保护的过程中，应在将根部的第二层焊道任务结束以后再进行；通过进行焊接工艺参数的统计，从而控制其余热温度和焊接层之间能够保持在200℃左右正负误差不超过50℃的范围内进行；最后针对焊接后的热处理，也是这项技术中的一个比较重要工序，应该严格的控制外壁温度，而在进行这项处理的过程中，还要保证横切面上下两点的对接温度在焊接工艺卡的允许范围内。

六、实验结果分析

在进行了上述一系列措施的操作之后，我们对其外观进行检测，其完全符合规定的参数，同时在进行这项检测之后在通过仪器检测以后，也基本符合标准，证明工艺参数的选择是合适的，接头质量和性能是满足设计要求的。而在进行的焊接横截面进行的侵蚀（如右图）对比中，对于接头处的数据对比，也表明，本工艺的进程中，并没有过多的杂质引到原始材料（包括辅助焊接材料）中，对于母材料的影响并不是很严重。

而在进行的后热处理后的一系列检测中，也不难发现，在进行了严格的全过程工艺流程控制进行的操作所完成的蒸汽管焊接接头，不论是在质量上还是属性上，都能够满足超超临界主蒸汽管道工艺参数对材料机械性能的严格要求。通过接头的力学测试和金相侵蚀分析也表明这项工艺控制措施保证了焊接接头机热影响区材料本身的组织性能，也就保证了整个管道接头具有优良的机械性能和工艺性能，从材料焊接技术层面保证了超超临界火电机组的安全稳定运行。

结语

P92的焊接工艺对于超超临界机组中的应用中，是起到了至关重要的作用。而在本文所进行相应的试验中，也表明了，现场的工艺条件在一定的程度上影响到接头的应有属性，但是通过合理的工艺参数选择和焊前、焊中、和焊后各个环节的良好控制，可以满足机组对主汽管道的设计要求的。而在现阶段普遍的现场施工条件而言，我们应该注意的是，保证在尽量接近实验环境和影响因素的环境下进行相应的焊接工作，并根据变化情况针对性的制定修正措施，特别是控制好层间温差和焊后处理温度保证相变时间，才能获得优良的P92钢良好的焊接接头。

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