P91管道焊缝异常组织检验与探析

P91管道焊缝异常组织检验与探析

左寒冰 张富生 姚宪同

合盛电业（鄯善）有限公司

摘要：本文对P91管道焊缝中存在的异常组织进行检验和分析，并进一步探究如何提升P91管道焊接质量，希望能为减少P91管道焊缝异常组织出现及降低部分焊缝返修处理问题发生几率提供有效建议。

关键词：P91管道；焊缝异常组织；白块组织；网状组织

引言：P91管道焊缝中出现异常组织，与厂家焊接工艺控制不严格有着密切关联，焊接工艺操作不规范促使焊缝层间组织温度过高，进而出现白块或网状组织，严重会导致管道出现裂缝问题，整个管道系统运行安全性难以保证。如何有效检验P91管道焊缝异常组织，是目前各相关人员需要考虑的问题。

1.检验P91管道焊缝异常组织

1.1案例分析

本文以某电厂新建的350MW超临界直流锅炉主蒸汽管道、再热热段管道为例，该类型管道材质为P91；P91管道具有良好的力学特性和较强的耐受压力以及抗高温氧化性等优点，因其管道材质特殊性，使得P91管道在大型电力系统的主蒸汽管道、再热热段管道等高温承压关键部位广泛运用。焊缝中异常组织出现是P91管道焊接过程中较为常见的情况，不仅仅与焊接工艺相关，下面将通过对P91管道焊缝中所存在的异常组织进行检验，分析致使异常组织出现的成因^[1]。改良原有9Cr-1Mo钢性能，形成P91钢，P91钢材质中合金元素含量较高，因此，对P91钢焊接与热处理操作要求严格要求；钨极氩弧焊、手工电弧焊、埋弧焊等均是目前常用的焊接方法，下面将注重分析与检验P91管道焊缝中存在的异常组织。P91钢的化学元素构成参考表1。

表1 P91钢的部分化学元素构成

1.2 P91管道焊缝中白块组织检验

通过对P91管道焊缝进行检验，发现P91管道焊缝存在白块组织，选择机械抛光与化学抛光组合方式对其进行金相检验，因化学抛光在实际操作过程中则会产生不同程度上的预浸蚀作用，进而将浓度为10%的硝酸酒精作为本次检验操作中所要使用的腐蚀剂，白块组织与周边正常组织存在较为明显的界限，则表示硝酸酒精对焊缝中的白块组织难以产生腐蚀作用，先认定为δ铁素体，行业现行规定中，明确提出δ铁素体在P91钢焊缝中的含量不能高于10%。

为了精准确认焊缝中存在的白块组织，在焊缝中提取一定量的样品，并对其进行金相和能谱分析，在此过程中更换了另一种腐蚀剂，其目的对白块组织有区别划分。P91管道焊缝的白块组织，使用王水作为腐蚀剂，对样品中间圆形组织进行腐蚀，实际操作过程中，发现王水能够对白块组织起到腐蚀作用。

从取样焊缝中白块组织的能谱分析结果得出，白块中心为纯Cr，Cr在其边缘含量约为83%，则确认白块中心的化学成分为纯Cr，Cr含量呈中心至边缘递减，经过比分析上述两种检验结果，白块组织并不是常见的δ铁素体。

通过调研P91钢厂家所提供的焊接工艺信息，焊接过过程中将英国曼切特9MV-N作为焊条，该类型焊条属于药皮过渡型，说明碳钢是英国曼切特9MV-N焊条的钢芯材质，药皮上过渡从焊缝中的合金元素，受药皮中合金元素熔合不良影响(焊接过程脱落大块药皮或熔池未充分搅拌)，促使焊缝中出现纯Cr白块组织，需要返修处理这一部分焊缝^[2]。

1.3 P91管道焊缝中网状组织检验

通过对P91管道焊缝进行检验，发现焊缝中有网状组织存在。网状组织沿着奥氏体晶界析出，黑色网状组织为回火马氏体组织，白色网状组织则是魏氏组织。通过一系列分析，可确认导致P91管道焊缝中出现该网状组织的成因与焊接时电流量过大有着密切关联，受高温影响，促使焊缝层间晶界析出网状组织。若想有效减少P91管道焊缝中网状组织，必须加强对焊接工艺控制，提升焊接工艺操作规范性，要求待每次焊接工序完成后，需要填满焊缝空间，确保盖面焊接合理性，控制焊接线能量，防止因焊层厚度增加而导致网状组织在P91管道焊缝中出现。

2.提升P91管道焊接质量的有效措施

2.1焊接工艺要点

为了减少焊缝中异常组织问题出现，在实际焊接P91管道过程中，需要注意以下几点：

(1)需要根据具体要求，将温度加热至合适温度，一般情况下，使用电焊焊接方时，焊接前，先将温度预热至200度上下再进行焊接处理，此时焊条也需要做好保温处理。

(2)在焊接过程中，技术人员需要合理运用元红外测温仪，其主要目的实时监控P91管道焊缝处的热处理温度及层间温度。详细记录热处理温度变化，并进行对比，确保温度控制精准性。其中层间温度控制不低于200度^[3]。

(3)每一层焊接工序完成后，均要将其清理干净，待检验合格后及无任何杂物，即可进行此层焊缝的焊接，以10mm作为多层多道焊接时每层焊道接头错开间距，切记要保证焊接面平滑性。每层焊道厚度不应超过焊条直径4倍。

(4)为了能够确保上层焊道可发挥对下层焊道的回火作用，在具体操作过程中，需要做到至少保留三道焊缝，中间层作为退火焊道，进而达到对P91管道焊缝金属组织及性能有效改善与提升目的。

2.2热处理工艺要点

2.2.1做好热处理工序前技术准备工作

为了防止焊接接头被外力作用影响下出现不必要问题，技术人员应在加热前期做好相应防护措施，避免热处理过程中温度控制不好把握，而导致焊接接头冷却速度过快，对焊接接头质量带来较大影响。针对热处理的加热宽度控制，则需要根据实际情况来决定。热处理期间，应在焊缝中心两侧对称设置测温点，确保焊缝中心上下位置与焊缝左右位置温度相一致。必须严格按照相关规范进行热处理，并详细记录热处理过程中所产生的各种数据信息，从根本上保证热处理各个环节均达P91焊接工艺标准。热处理参数设置参考表2。

表2 热处理参数设置

2.2.2检验焊缝质量

确认P91管道焊缝表面成型是否达到质量标准要求，若发现焊缝中存在异常组织，则需要及时进行返修处理。待热处理工序完成后，需要对其进行硬度测试，主要检测管道焊缝区。针对不合格焊缝，视问题严重程度再决定打磨补焊或者重新焊接处理，从源头上把控P91管道焊缝质量。

3.结束语：综上所述，通过检验P91管道焊缝异常组织，其中白块组织为纯Cr，与δ铁素体无关；网状组织则是由焊接工艺操作不规范，促使焊缝温度过高而形成的魏氏组织(白色网状组织)。因此，针对P91管道焊接，必须加强焊接工艺操作规范，减少异常组织在焊缝中出现，保证P91管道始终保持良好工作性能。

参考文献：

[1]韩传高,王飞,赵阳.P91钢管道受限空间焊缝相控阵超声检测[J].热力发电,2021,50(09):167-172.

[2]范德良,王志武,句光宇.P91钢管道异常低硬度部位的组织和性能[J].金属热处理,2020,45(03):1-6.

[3]张天睿,施晓明.P91管道硬度及组织变化对金属监督作用探讨[J].焊接技术,2019,48(S1):105-107.