火电机组P92钢焊接缺陷分析与焊接过程管理

火电机组P92钢焊接缺陷分析与焊接过程管理

吴海涛王选鹏

（河南第一火电建设公司河南郑州450001）

摘要：P92新型马氏体耐热钢的焊接性能较差，对焊接工艺及焊缝检验要求较为严格，合理的焊接过程管理可有效减少焊接缺陷的产生。本文结合某1000MW火电机组的P92材质的主汽、热段管道在安装过程中所产生的焊接缺陷与焊接管理问题，阐述了焊接缺陷的产生原因并对现场焊接施工管理情况进行分析。

关键词：P92钢；焊接；焊接缺陷；焊接管理；火电

前言：

近几年关于P92钢焊接性研究一直是焊接专业研究的热点之一，研究方向主要是探讨各种焊接方法及工艺对焊接接头使用性能的影响[1]，对安装焊接接头的缺陷产生原因及焊接过程管理分析研究较少。P92是在P91材料基础上经过以下的改良而发展起来的:在P91钢的基础上加1.5%-2.0%的W，降低了Mo含量以调整铁素体一奥氏体元素之间的平衡[2]。另外加入了少量的B,通过W的固溶强化及Nb、V等碳氮化物的弥散强化来提高钢材的持久强度。P92钢的合金含量在10%以上，淬硬倾向较大，焊接时液态熔池金属较为粘稠，焊接过程中容易产生夹渣、裂纹等缺陷。

在对某1000MW火电机组材质为P92钢的主汽、热段焊缝检验过程中发现多道焊缝不合格。本文结合现场实际焊缝解剖，对缺陷产生原因及焊接过程管理进行分析，探讨提高P92钢焊接合格率的措施。

1P92钢焊接工艺及热处理工艺

1.1P92钢焊接材料与工艺

对于本工程的主汽、热段均采用P92钢管道。P92钢焊接要求较为严格，对于每道焊缝在对口前均要进行坡口清理和100％的表面渗透检验，经检验合格方可进行下一道工序。对于P92钢制主汽、热段管道的现场安装焊接，通常采用钨极氩弧焊（GTAW）和焊条电弧焊（SMAW）。本工程的主汽、热段焊材均采用伯乐一蒂森公司生产的规格分别2.4mm×1000mm的THERMANITMTS616焊丝和2.5mm×300mm、3.2mm×350mm的THERMANITMTS616焊条。

焊接工艺的选择直接影响着焊缝的冲击韧性，由于P92热强钢焊接热影响区也有明显的软化带，易产生“IV型裂纹”[3]，焊接过程均遵循控制热输入的原则应用小线能量、薄焊层、多层多道焊技术来焊接。由于这类钢是高Cr合金，所以管道焊接根层应采取内壁充氩等防氧化措施[4]，其焊接参数如表1，坡口形式如图1，焊口示意图如图2：

a）2G焊口焊接示意图；（b）5G焊口焊接示意图

为满足现场焊接的质量要求，降低热输入，在填充焊时焊条摆动宽度不得大于11mm，每道焊层厚度不得大于焊条直径。填充焊头两层要求采用Φ2.5mm的焊条进行施焊；5层以上则采用Φ3.2mm的焊条进行施焊。焊接过程中通过控制焊接电流、焊接速度，从而达到控制焊接热输入的的目的，也使P92焊接具有熔深浅的特点。

1.2P92钢热处理工艺

现场热处理采用柔性陶瓷电阻加热的方法进行P92管道焊前局部与热处理和焊后局部热处理试验，保温材料材料则选用无尘石棉布和硅酸铝纤维毡。氩弧打底预热温度为150-200℃，升温速度不大于60℃/h，层间温度控制在150-250℃。

焊后缓冷，在100-120℃恒温2小时进行马氏体转变。随后以不大于60℃/h的升温速度加热至750-770℃，恒温9h后缓冷至室温。

2P92管道焊接缺陷分析

实践表明，P92钢焊接过程中对层问温度的敏感性要高于P91钢，当层问温度大于300℃时，由于P92钢合金含量的进一步提高，纯净度高，铁水粘稠度增加，焊接过程中熔池内的熔渣不易浮出，层间出现裂纹的可能性就会增大[4]。但是只要焊接过程中认真实施各白工艺，可以有效避免这类问题的发生。

2.1P92钢焊接缺陷

在某电力配管厂对45个P92材质的焊接缺陷进行解剖分析发现：P92钢焊后各类缺陷分布情况分别为：气孔0%，大夹渣0%，微小夹渣44.4%，未熔合22.2%，裂纹33.4%[4]。本工程材质为P92钢的主蒸汽管道（规格为Di344mm×98mm）和再热（热段）蒸汽管道（规格为Di686mm×55mm）在焊后均进行100%的焊缝表面磁粉探伤和超声波探伤，两种管道在检测过程中共计发现10道焊缝出现超标（依据DL/T820-2002进行检验、DL/T869-2012进行验收），在返修解剖过程中发现产生缺陷多为夹渣与未融合，详细解剖缺陷分布情况如表2，部分缺陷返修解剖形貌如图3。

图5部分缺陷返修解剖形貌

（a）主汽9#焊口缺陷；（b）主汽10#焊口缺陷；（c）、（d）主汽33#焊口缺陷；（e）主汽3#焊口缺陷；（f）热段29#焊口缺陷

2.2P92钢焊接缺陷产生原因分析

在对这10道焊缝进行超声波检测并对缺陷标记过程中，发现大多数缺陷均出现在坡口边缘，并且深度较为集中,并且有一定的规律性。而这10道返修焊口中有,7道是横焊焊缝（2G），3道吊焊焊缝（5G）。从表2可以看出吊焊焊缝（5G）出现的问题较多，夹渣、裂纹、未熔合以及气孔均有出现，横焊焊缝（2G）均为夹渣及气孔类缺陷，而从解剖现场实际情况来看这些缺陷大多是伴随产生。

2.2.1横焊焊缝（2G）缺陷产生原因分析

横焊在施焊过程中对焊工的焊接手法要求较高，如运条速度、焊条角度、焊道宽度的掌控等。施焊过程中每层最后一道与上坡口焊合的位置往往会因为焊工操作手法不当，在焊接过程中对最后一道焊缝预留宽度不够而形成焊道与坡口之间的“夹沟”现象，致使清渣困难。而在下一层的同一位置焊接过程中，焊接能量不足以将“夹沟”熔透、熔平，从而形成未熔合；“夹沟”中的残渣在下一层施焊中因其存在深度较深，电弧吹力的搅拌作用较弱，使得残余熔渣无法浮出，从而形成夹渣。而本工程7道焊缝的未熔合与多数夹渣均出现在此处。

虽然P92在焊接过程中的裂纹发生率较高，但只要严格执行焊接工艺规范及相关焊接标准，还是可以减少或避免裂纹的产生的。从表5可以看出主汽3#焊口在焊接过程中出现了裂纹，从图5（e）可以看出，此裂纹发生在熔合线附近。而从3#焊接记录表中发现，由于赶工期，3#焊口在施焊期间正值大雨天气，空气湿度较大。再加上焊接过程中焊工违反操作规定，一次性取出多根焊条拿在手中，导致焊条受潮，最终致使焊缝中还原氢含量偏高，再加上应力作用，最终导致裂纹的产生。

2.2.2吊焊焊缝（5G）缺陷产生原因分析

由于P92钢液态熔池金属较为粘稠，焊接过程中熔渣不易浮出，且多为弥散小夹渣，只要不是密集出现，通常在进行超声波检测时是不会超标的。本工程吊焊焊缝出现的问题明显少于横焊焊缝，一方面与焊接对两种位置焊接的熟练程度不同；另一方面也与残渣清理难易程度有关。

在填充焊或是在盖面焊时，好的焊接成型有助于焊渣的清理。经过对本工程3道吊焊焊缝的解剖分析并与焊工交流发现，此次吊焊焊缝缺陷均出现在焊工技术短板的位置或是施焊空间受限的位置。由于技术短板，焊工在施焊过程中一旦出现焊条角度调整不及时、焊接速度不稳定等问题则容易出现窄深焊道间隙、焊道高低不平等问题。特别是出现窄深焊道间隙时，往往会造成清渣困难，而焊工往往选择靠下一层熔平来消除此类问题，最终形成链状夹渣，如本工程的主汽38#焊缝与热段39#焊缝均是此类问题所造成的。

3P92管道焊接管理现状

P92钢管道焊缝返修不仅费时费力，更增加了施工成本，而结合本工程主汽、热段的焊接管理情况来看，其问题主要表现如下几个方面：

1.焊工培训不足：焊工缺少有针对性的岗前练习，有的焊工由于长时间未焊，手法生疏。

2.现场监督管理不足：P92在焊接时要求焊条随用随取，实际施工往往是“多取再用”，这样容易使焊条受潮，增大了冷裂纹的发生率；分包商为节约成本赶工期，不顾环境因素违规施工。

3.焊接过程缺少管控力度：标准要求[5]在焊接时要进行逐层检查，实际现场因为施工位置较多，且一旦开始施焊便昼夜不停，再加上焊接管理人员不足，因此很难实现，同时也就造成了焊工违规操作或是焊接过程中即使发现问题也不及时解决的现象。

4.焊缝可追溯性差：目前现场P92焊口均由分包商进行焊接，部分分包商现场及人员管理松散，人员流动性较大，焊口施焊人员较多。以主蒸汽焊口为例，每道焊缝由4人共同施焊完成，分成白班和夜班，且交接过程无记录。一旦焊缝出现问题需要查找原因，则焊工相互推诿，且有的焊工当焊口一焊完便离开工地，无法追溯。

5.现场工具、设备不齐全：部分分包队伍的焊工焊缝清理、修磨工具不足，如某施工队焊工仅配备清渣凿，仅能进行简单的清渣工作，对于坡口边缘的残渣可能无法清除干净，对于有问题的焊道更无法进行修磨，此外现场照明不足会给夜间焊道清理带来不便。

6.缺陷返修拖延滞后：焊口经检测不合格并确认返修后，分包商推诿、延后，使得缺陷产生原因分析与防控措施被动。

4P92管道焊接管理改进措施

焊接质量是火电安装质量的重要一环，作为高温高压蒸汽管道的主汽、热段更是焊接质量的重要一环，其焊接质量的好坏越来越受业主及监理的关注，更是一个公司技术实力的有力体现，而针对P92钢现场焊接管理中的问题主要提出以下几点改进措施：

1.焊工在进场施焊前必须进行有针对性的焊前练习与考试，不能简单地以无损检测的结果来决定其去留，更要有专业的焊接培训老师对考试过程进行全程监督，并对对其焊接手法进行考评；不定期的组织焊工进行焊接工艺培训与返修实例讲解，提高焊工质量意识。

2.加强现场及焊接过程监控，对违规现象严查严办，落实完善夜间现场施工的照明措施。

3.加强痕迹管理工作：焊接过程交接记录要详细，既要有人员、时间记录，又要有完成工作量（完成焊层厚度、个人完成部位等）记录，做到查有实据、追溯有源；对不合格焊口，做到谁焊的谁返修，通过返修提高焊工技术水平。

4.对在焊接过程中频出问题的焊工要及时停焊培训，避免问题进一步扩大、蔓延。

5.要求分包队配备必要的施工工具，如专用角磨机、锋钢锯、抛光刷等。

6.健全并落实焊缝返修管理制度。

7.应逐步建立一支专业技术精湛的焊接管理队伍与焊工队伍。

参考文献：

[1]董永红，杨文峰，陈君平.P91/P92新型马氏体耐热钢焊接缺陷特征与产生机理探讨[J].华北电力技术，2012，NO.7：55-66.

[2]孙志强.P92钢焊接工艺性能试验与研究[D].天津：天津大学材料学院,2007：1-56

[3]郭建新.T/P92钢的焊接质量控制要点[J].宁夏电力，2008:191-193.

[4]李振山，严正，柳志明，孟庆若，祁乃春.P91/P92钢管道焊接接头的无损检验[J].电力建设，2010,31（8）：94-99.

[5]DLT869-2012，火力发电厂焊接技术规程.