印度燃煤电厂T91小径管焊口质量控制石磊龙

印度燃煤电厂T91小径管焊口质量控制石磊龙

石磊龙安宝军

（山东电力建设第三工程有限公司山东省青岛市266100）

摘要：T91钢有较高的强韧性、优越的抗高温蠕变性，在超临界、超超临界机组中得到了广泛的应用。提高T91钢的焊接以及热处理质量，在保证机组安全高效使用方面有着及其重要的作用。本文介绍了T91钢的焊接、热处理和无损检测过程，以保证预期的焊接质量。

关键词：T91钢；焊口质量；热处理；无损检测

当前随着电站锅炉参数的提高，T91钢在受热面的高温过热器、高温再热器得到广泛的应用。本文根据机组现场的施工经验，制定合理的焊接、热处理方式，详细阐述了T91焊接质量控制的相关经验。以印度某2×600MW超临界燃煤电站项目为例，其锅炉采用哈尔滨锅炉厂制造的HG-2069/17.5-YM9型控制循环汽包炉，安装焊口26300余支，其中受热面T91小径管焊口2352支。本文从T91小径管的焊接、热处理、无损检测三个方面出发，探讨了各个过程的控制要点，最终取得了良好的质量效果，项目最终获得了境外鲁班奖。

一.T91钢及其焊接问题

1.T91钢及其化学成分

T91钢是90年代中期出现在国内安装的进口机组中，现已在我国的大型电站锅炉上普遍采用。这类钢是热强钢的第三代产品，主要特点是含碳量低，同样是多元复合强化，但各合金元素含量控制极严格，从而改善了钢的塑韧性和焊接性，提高了钢的高温稳定性，其600℃时的持久强度比F11和F12提高了近70%。在此类钢的焊接中，焊工操作工艺的重要性已经退居其次；使用的焊接工艺必须经过评定，评定的依据不再是一系列常温力学性能，而把重点放在验证焊接接头能否获得预期的塑韧性和金相组织；焊接此类钢应该在焊接工艺的全过程严格受控。此类钢对焊接工艺的严谨性要求与早期的9Cr-1Mo钢相比更高，焊接热输入量要求更严格，焊后热处理的温度和保温时间对焊接接头的韧性有很大影响，必须给予足够重视。该钢的化学元素成分如下（%）：

按照国际焊接学会(IIW)推荐的碳当量计算公式，对T91钢的碳当量计算如下：CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15≈0.23

可见T91钢焊接性差，焊前预热及焊后热处理极其重要。

2.T91钢的焊接问题

T91钢焊接性突出问题是淬硬倾向、冷裂纹敏感性较大，同时如受到冲击载荷后，极易产生焊趾裂纹并扩展；又如氩气保护不当易造成焊缝根部的氧化和充氩方法不当形成的内凹缺陷，也可能是裂纹产生的契机。高温过热器及高温再热器的吸热量占整个锅炉有效热量的份额较大，锅炉需要布置较多的管排，多以蛇形管或Ｕ型弯的形式固定成管排分布，且管子之间、管排之间距离较小，造成现场安装或焊接过程中多少存在一定困难位置，对焊接质量存在一定的影响，加之受管排不规则形态、管排间距、密集性等因素的影响，无损检测效果也可能受到一定的影响。

二.焊接

1.焊材管理：焊材使用指定厂家，严格执行各项出入库记录和温湿度控制。使用前要求焊丝端部油漆标识，防止焊材错用。

2.典型T91钢对接接头的焊接工艺：

基于焊接性分析及舍菲勒组织图，对锅炉安装和检修中常见的3种接头形式进行了焊接工艺评定，焊接工艺如下：

A.T91+T91（Φ54×8mm，TIG）

焊前预热温度：≥200℃；层间温度：≤300℃；保护气及流量：Ar，10～12L/min；背面成型气体及流量：Ar，7～8L/min；焊接电流：直流正接，110～130A；电压：12～14V；焊丝：φ2.5mm，TGS-9cb；焊后热处理：〔750℃～770℃〕×1h。

B.T91+12Cr1MoV（Φ54×8mm，TIG）

焊前预热温度：≥200℃；层间温度：≤300℃；保护气及流量：Ar，10～12L/min；背面成型气体及流量：Ar，7～8L/min；焊接电流：直流正接，110～130A；焊接电压：12～14V；焊丝：Φ2.5mm，TGS-9cb；焊后热处理规范为〔730℃～750℃〕×1h。

C.T91+TP304H（Φ54×8mm，TIG）

焊前预热温度：≥200℃；层间温度：≤250℃；保护气及流量：Ar，11～13L/min；背面成型气体及流量：Ar，7～9L/min；焊接电流：直流正接，110～120A；焊接电压：11～13V；焊丝：ERNiCrFe3；焊后热处理规范：（750～770℃）×1h。

3.充氩方式改进：T91焊口打底焊接过程需要将焊口两侧管子进行封堵然后充氩。传统方法使用纸团封堵，耗纸量较大，不经济。改进方式采用漏斗状单层水溶纸形成密闭气室，防止焊口根部氧化。主要技术：将纸折成漏斗状，且使用少量粘合剂，使水溶纸与管壁紧密结合达到漏斗口与内管壁紧密结合，防止气体流通。

三.热处理

T91钢的热处理在焊接过程中非常重要,尤其是多排管的热处理更复杂。T91的最终热处理为正火+高温回火，正火温度为1040℃，保温时间不少于10min，回火温度为730～780℃，保温时间不少于1h，最终热处理后的组织为回火马氏体。通过优化热处理工艺,解决了T91钢多排管的热处理问题，取得了良好的热处理效果。

原印度绑扎方式粗放，不同管径、壁厚焊口，没有特殊要求：我们根据现场焊口壁厚、管径详细罗列出技术交底，严格岩棉厚度、绑扎道数，严格升温和降温速率，保证足够的恒温时长。

四.无损检测

无损检测是指在不损害被检测对象使用性能，不伤害被检测对象内部组织的前提下，利用材料内部结构异常或缺陷存在引起的热、声、光、电、磁等反应的变化，对试件内部及表面的结构、性质、状态及缺陷的类型、数量、形状、位置、尺寸进行检查和测试的方法。在本项目之中，所用的无损检测方式主要为：

1.射线照相法（RT）

是指用X射线或γ射线穿透试件，以胶片作为记录信息的器材的无损检测方法，该方法是最基本的，应用最广泛的一种非破坏性检验方法。总的来说，RT的定性更准确，有可供长期保存的直观图像，总体成本相对较高，而且射线对人体有害，检验速度会较慢。

2.磁粉检测（MT）

铁磁性材料和工件被磁化后，由于不连续性的存在，使磁粉检测工件表面和近表面的磁力线发生局部畸变而产生漏磁场，吸附施加在工件表面的磁粉，形成在合适光照下目视可见的磁痕，从而显示出不连续性的位置、形状和大小。但磁粉检测不能检测奥氏体不锈钢材料和用奥氏体不锈钢焊条焊接的焊缝，也不能检测铜、铝、镁、钛等非磁性材料。对于表面浅的划伤、埋藏较深的孔洞和与工件表面夹角小于20°的分层和折叠难以发现。

五.相关问题及应对措施

5.1印籍焊工水平低，焊口合格率低

应对措施：①严格焊工考试，对焊工考试件实行90°双片透照，保证评定区无死角，从源头上杜绝能力较差焊工；②严格控制对口间隙、雨季确保坡口无锈迹；③实行双人焊接，焊接过程锤击，消除应力；④增加防风措施，严格焊材烘焙及保温；⑤根据无损检测结果，如果某一焊工合格率低，则下岗再培训。

5.2印度分包商不使用X光机，射线底片清晰度不足，难以发现缺陷

应对措施：①由于现场主要使用Ir-192，且印度政府控制严格强度大于50居里的放射源，因此分包商放射源强度较小，普遍在35居里以下，当10居里以下时，影响透照进度且成像清晰度降低，因此与分包商谈判要求放射源低于10居里退场；②对分包商作业指导书规定T91小径管必须使用指定的AGFAD5底片，相当于国内的T2级别，更加适合对裂纹敏感性材料的检验；③双壁双影透照时，胶片采用包裹式放置缺陷检出率优于平方式布置；④增加10%表面磁粉探伤，防止表面裂纹等危害性缺陷。

5.3焊接检验工作随安装工作外包，隔层管理难度大

应对措施：①检测公司隶属于安装队伍，存在隔层管理难度，为防止分包商造假，安排公司员工夜间值班，监督并记录每日检验焊口编号、数量，以便对次日提交底片复核，避免分包商藏匿不合格焊口底片；②培训印度分包商装、卸底片的手法，防止划痕及静电斑痕；传授其在显影液内使用抖动方式防止产生气泡斑痕提高底片合格率的经验。

六.结论

随着越来越多中国企业进入印度电建市场，对于T91焊口的质量控制尤为重要，为保质保量完成机组建设任务，需要从以下几点入手抓好质量控制：

1.重在引导印度焊工焊接技巧，端正其质量态度，从根本上提高T91焊口质量；

2.借鉴印度小型化设备（印度手提式焊机），有利于现场复杂环境下焊接操作；

3.严格把控焊接和热处理工艺过程；

4.多种方式提高焊口缺陷检出率，并及时提供无损检测数据，以便于尽快分析质量原因。

参考文献

[1]王同芬.9Cr1MoV钢焊接性实验及其应用[J].1995,(01).

[2]张文钺.焊接冶金学(基本原理)[M].2004.

[3]杨富章应霖任永宁.新型耐热钢的焊接[M].2006.

[4]严苏星蔡文河王小迎王淦刚梁军王宝臣.超(超)临界机组焊接工程质量控制与管理[J].中国电力,2012,(1)

[5]DL/T869-2015火力发电厂焊接技术规程.2015.

[6]DL/T819-2010火力发电厂焊接热处理技术规程.2010.

[7]杨高兴.浅谈火力发电厂境外工程焊接质量管理[J].大众科技,2010,(7)