SA213-T91钢焊接质量控制
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［摘 要］SA213-T91钢凭借其较高的强韧性、优越的抗高温蠕变性能在超临界、超超临界机组中得到了广泛的应用。提高T91钢焊接及热处理质量，是保证机组的安全稳定运行的基础保障，本文主要介绍了小径SA213-T91钢的焊接、热处理过程控制，以保证预期的焊接质量。
关键词SA213-T91钢；焊接；热处理
0引言
近年来由于火力发电厂机组运行参数的提高，具有较高强韧性、优越抗高温蠕变性能的SA213-T91钢在超临界、超超临界机组中得到了广泛的应用。本文根据公司机组现场的施工经验，制定合理的焊接、热处理工艺，摸索出过程质量控制重点并使之在现场焊接中得到应用，成功进行了SA213-T91钢的现场焊接作业。
1 SA213-T91钢的化学成分
T91钢是一种改良型的9Cr-1Mo钢，是在原9Cr-1Mo马氏体钢基础上，降低含碳量，添加微量V、Nb等合金元素，控制N、Al含量得到的。该钢具有良好的高温热强性和抗氧化性，通过固溶强化和沉淀强化提高了该钢的抗高温氧化和抗蠕变性能。该钢的化学成分如下：
2 SA213-T91钢的焊接性问题
2.1在焊后空冷条件下即能淬硬，焊接时导热性能差，焊后残余应力较大以及氢的作用，都使得其冷裂倾向较大。
2.2在焊接过程中有较大的晶粒长大倾向，在焊接热影响区会出现粗大的块状铁素体和碳化物组织，使钢材的性能明显下降。
2.3具有较明显的回火脆性。
3 SA213-T91钢的焊接控制要点
SA213-T91钢如果要得到良好的焊接效果，根本在于对焊缝金属晶粒成型的控制、避免打底根部氧化起渣及减小冷裂倾向，所以必须控制以下几点：
3.1 焊工必须要持证上岗，并且选择操作水平高，质量意识强的焊工。
3.2做好充氩保护措施，确保充氩保护效果。
3.3严格控制收弧点及接头焊接质量，要及时对收弧点及接头进行打磨。
3.4加强焊接层间温度的控制。
3.5严格按照焊接施工工艺要求施工，控制好焊接热输入，保证层间温度。
3.6严格做好焊后热处理工艺的控制。
4 SA213-T91钢的焊接施工工艺
4.1焊前准备
4.1.1焊接施工人员必须具有该项目的焊工合格证，并有长期从事高合金钢焊接的经验，且一次探伤合格率高，施工业绩良好。技术人员须对参加施工的人员进行作业指导书交底，并签字确认，使拟施焊的焊工焊前对图纸及现场施工情况了解，并模拟现场施工环境，组织焊工进行焊接前模拟练习，使焊工熟悉此类材质的焊接工艺及现场注意事项。
4.1.2焊接设备选用运行稳定性能良好的逆变式弧焊机及热处理设备；焊丝应质量应符合国家标准，必须具有合格证，使用前要确保去除表面的油漆垢锈，直至露出金属光泽；所使用的氩气须符合GB4842---1995规程的要求，氩气的纯度不低于99.95% ，使用前须检查氩气纯度。
4.1.3焊口的清理、打磨及对口符合DL/T869-2004规程的规定。
4.2 SA213-T91钢现场焊接热处理工艺及过程控制
4.2.1气室制作及充氩
管屏与集箱进行焊接时，集箱侧的小口径管道焊接前全部用强力胶带进行密封管口，在一个管口处开一个小孔进行释放空气，以保证集箱及管道内的氩气纯度，在管排侧小径管内塞水溶纸，以密封为标准，预留的空间长度在50cm左右为宜，这个长度可以保证在焊后热处理过程中不会把水溶纸烧坏，确保返修焊口可以再次充氩保护。
管排焊口直接焊接时，需采用从焊口对口间隙处充氩的方法。用水溶纸塞入焊口两端进行封堵，距离焊口坡口边缘预留50cm左右为宜，并用强力胶带将焊口间隙密封，预留1cm左右间隙，使用鸭嘴形状的充氩装置插入该间隙向管口内充氩。
充氩完成以后，调整焊口到合适的间隙(2.5～3.0mm为最佳)，每次仅打开需要焊接的焊口的密封胶带，保证其它焊口的充氩效果。
充氩效果通过打底根部反映的金属光泽能够一目了然，干净、有明显的光洁度是合格的充氩。
4.2.2预热及打底
采用火焰预热的方式，预热温度100～150℃，预热时要保证焊口上下温度的均衡。焊口预热以后严格测量温度（指坡口实测温度，以远红外测温枪精确测温），并按焊接工艺的要求达到需要的温度，待均衡以后再重新测量一次，确保管壁内外温度的一致。
打底时通过没有焊接的一段间隙充分观察内部打底情况是否良好。特别强调的是要一边焊接一边揭开充氩密封用胶带，以免空气进入后影响充氩质量并且充氩保护措施必须要等到打底结束后方可停止，条件允许最好等到第二遍焊接完再停止充氩，从而避免焊缝根部背面被氧化。
焊口打底完毕检查外观焊缝的颜色，若焊缝表面呈现金黄色，说明温度控制良好。
4.2.3焊接线能量的输入控制
由于T91钢导热系数比较小，焊接热量比较集中，如果不采取控制措施，层间温度可以达到350℃，从而使焊缝的冲击韧性大大降低，所以焊接过程中一定要严格控制焊接线能量的输入来控制层间温度（200～250℃），实践证明，采用较小的焊接电流、较快的焊接速度，降低每层焊道的厚度，可以有效的控制层间温度。
4.2.4外观检查
焊接后除了焊工严格自检之外，质检员还要对焊缝做100%的外观检查，并详细进行记录，发现缺陷立刻进行返修。
4.2.5焊后热处理
焊后热处理温度为760℃±5℃，恒温时间为1h，升降温速度≤150℃/h，在设定恒温温度时应考虑热电偶及温控柜的误差。
热处理的测温必须准确可靠，采用自动温度记录仪。热处理用仪表、热电偶及其附件应根据计量部门规定进行标示和校验，且必须在有效期限内。使用前进行一次全面的检查，以确保热处理的测温准确可靠。
热处理规范、热电偶布置和加热器安装符合规范和工艺要求，热处理的加热宽度，从焊缝中心算起，每侧不小于管子壁厚的3倍，且不小于60mm。热处理的保温宽度，从焊缝中心算起，每侧不小于管子壁厚的5倍，且每侧应比加热器的安装宽度增加不少于100mm。热电偶用焊偶仪点焊方式固定,且用保温材料与辐射源绝缘，避免受辐射的影响使热处理温度指示不准。测温点热电偶选择布置在有代表性的位置上。为确保保温棉的保温效果，还应充分考虑现场实际，多用几道铁丝绑扎。
4.3焊后检验及返修
焊接后，要进行100%的射线探伤，并对焊缝进行10%的光谱复查和10%的硬度检查。若发现材质不符，则对该批焊口进行100%光谱复查，经光谱分析材质不符的焊缝，须进行返工。光谱分析的焊口，应磨去弧光的烧点。焊缝的内部质量应符合DL/T821-2002《钢制承压管道对接焊接接头射线检验技术规程》中I、II级质量等级标准，硬度值在180～250HBW范围内。
针对不合格的焊口，及时返修。焊缝缺陷应用机械方法清除，禁止使用热加工的方法清除。对于返修的焊口，其焊接、热处理、质量检验均须和返修前一样。
5小结
5.1 SA213-T91钢焊接较通常使用的钢种焊接性能较差，焊接工艺控制要更严格，特别要控制焊接参数、控制焊接线能量。
5.2选择适当的焊前预热温度，控制层间温度是保证焊接质量的重要因素。
5.3严格控制焊后热处理工艺，确保金相组织的转变合格。
参考文献
1．《火力发电厂焊接技术规程》DL/T869-2004
2．山东电建一公司《工艺评定报告》
3．《焊接工艺评定规程》DL/T868-2004
4．《火力发电厂焊接热处理技术规程》DL/T819-2002
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
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