1、引言

近年来，随着国内高参数、大容量的机组不断建设，新型耐热钢在新建的机组中得到了广泛的应用。在目前我们所广泛应用的新型耐热钢主要有铁素体型耐热钢如T91、P91、T92、P92、T122、P122等，以及奥氏体型耐热钢如Super304H、TP347HFG、HR3C等。本文通过对华能井冈山电厂二期工程高温过热器的焊接，介召铁素体型耐热钢T91、T92钢的在现场施工中的焊接作业要点。

华能井冈山电厂二期工程2×660MW超超临界机组锅炉采用东方(集团)股份有限公司制造的DG2060/26.15-Ⅱ2型锅炉。高温过热器沿炉宽排列35片，每片管组采用20根管，每片管屏与高温过热器的集箱上的管接头对接。入口段管子为φ45×6.5，材料为SA213-T91，有现场焊口700只。出口段管子为为φ45×11，材料为SA213-T92，有现场焊口700只。

2、新型铁素体型耐热钢的特点

2.1 T91及T92钢化学成份

从化学成份表中我们可以看出，新型耐热钢中Cr元素含量大大增加，同时还加入了V、W、Cb等合金元素，提高了材料的高温蠕变断裂强度，它是马氏体耐热钢。此外，T91及T92钢的C含量低，相对F12等钢具有良好的焊接性。因此，在超超临界机组中的高温过热器、高温再热器、屏式过热器等组件中大量采用了T91及T92钢。

2.2 T91及T92钢焊接特点

众所周知T91及T92钢属高合金钢，焊缝根部易氧化，焊接难度大，焊后热处理工艺要求严格。如果焊接及热处理工艺不当造成返工将对施工工期、质量产生严重的影响。其焊接特点主要有：

1)管道焊缝为高铬马氏体钢，经热处理后金相组织为高温回火马氏体，因此焊接材料的选择应与母材相当。

2)熔敷金属合金含量高，易氧化。因此在封底焊及焊接过程中应进行充氩保护，以防止焊缝根层及层间发生氧化现象。

3)易产生再热裂纹，焊接完毕后应及时采取正确的热处理工艺，进行焊后热处理。

4)管道焊缝的冲击韧性高低是保证管道高温持久强度的前提，焊缝的冲击功Akv≥47J。因此必须严格控制焊接工艺参数及热处理工艺参数。

3、焊接工艺确定

3.1 焊接材料的选择

焊接材料的原则是焊缝金属的成份与强度性能应基本上与母材相应的指标一致，或应达到产品技术条件提出的最低性能指标。现场焊接所选用的焊接材料除要求金属满足室温下的强度外，还应满足运行温度下的韧性和强度的要求。因此我们采用德国蒂森的焊材，焊接T91钢采用的焊材对应牌号为MTS3。焊接T92钢采用的焊材对应的牌号为MTS616。

3.2 焊接工艺的选择

通过T91及T92钢焊接工艺评定，确定了以下焊接工艺：采用全氩弧焊(Ws)，内壁充氩保护，T91钢焊前预热100~150℃，T92钢焊前预热150~250℃。T91及T92钢焊接层间温度控制在200~300℃，采用较小的焊接线能量。焊后进行760±10℃焊后热处理，其中T91钢恒温1小时T92钢恒温2小时。

3.3 充氩保护

为防止焊缝根部氧化，在氩弧焊打底层及次层必须进行充氩保护，采用的方法是气室密封充氩，密封室在对口之前必须设置好。气室的封堵材料采用水溶纸，在焊后热处理及或管道进水后可以消除。充氩的效果好坏直接关系到焊缝根部的质量。

4、现场施工中焊接工艺的实施要点

4.1 焊前清理：对口前将坡口表面及附近母材内、外壁每侧15~20mm范围内的油、漆、垢、锈蚀等杂物应清除干净，并打磨露出金属光泽。

4.2 焊件对口：焊件对口时，一般应做到内壁齐平，如有错口，其错口值应不超过壁厚的10%，且不大于1 mm。焊口的局部间隙若有过大时，应设法修整到规定尺寸，严禁在间隙内填加塞物。

4.3 作业条件：焊接场所应有防风、防雨、防雪、防寒等措施,冬季施工时应作好防冻保温措施。管内不得有穿膛风，管子两端必须堵严实。焊接时允许的最低环境温度为5℃。

4.4 人员要求：所有焊工均需经电力部或质量技术监督局焊工考核规程的考核，并具备了相应的焊接资质。

4.5 焊接机具：所配备的电焊机要求电压稳定，电源调节灵活，焊接电缆绝缘性能良好，工作性能可靠等基本条件。

4.6 焊前预热：焊前预热方法为火焰预热，宽度以坡口边缘算起每侧不少于壁厚的3倍，预热力求均匀，采用手持式红外线测温仪进行温度控制，T91钢焊前预热100~150℃，T92钢焊前预热150~250℃。采用红外线测温仪控制温度。

4.7 充氩保护：在焊口对口前，先将可溶纸塞入集箱管接头母材钢管一端，距离焊口中心约80~100 mm左右，确保无缝隙。开始充氩时坡口处先不密封，待管内空气排尽后用胶带纸封在坡口处做成密闭气室且继续充氩，施焊时胶带纸边焊边撕。充氩开始时流量为10~20L/min，施焊过程中应保持在8~10L/min。

4.8 焊接参数：采用直流正接法，氩气流量为8~10L/min，焊接电流85~100A，焊接电压10~15V，焊接速度：5~55mm/min。

4.9 焊接操作要点：引弧为短路接触式引弧，动作应轻捷，以防损伤钨极，氩弧焊的引弧和收弧应在坡口内进行，严禁在被焊工件表面引弧、试验电流或随意焊接临时支撑物，取外填丝法，焊枪与焊件表面夹角为70~85°，焊丝与焊件夹角为15~20°，如遇有障碍，其角度可作适当调整变化。施焊时，送丝速度与焊枪运动应相适应，在坡口间隙较大的情况下，焊丝应跟着焊枪作横向摆动，焊丝熔化时，不得离开氩气保护区，以免高温氧化或产生气孔而影响焊接质量。收弧时，焊接速度应适当减缓，以增加焊丝的填充量，待熔池填满后不再加丝，同时应立即将电弧引至坡口边缘，快速灭弧。施焊过程中发现裂纹、气孔等缺陷应彻底清除，不得用熔化法清除缺陷。发现电弧不稳应立即检查钨极端头形状、氩气流量、焊接电流是否符合要求。夹钨时，应立即停止焊接，将其清除并更换钨极。

4.10 焊接完毕后应进行仔细检查，焊缝表面不允许有裂纹、未熔合、夹渣、气孔等缺陷，焊缝咬边深度≤0.5mm，咬边长度小于焊缝总长10%，且不大于40mm。

5、热处理工艺要求

在T91及T92钢的焊接中，焊后热处理是相当重要的一环。热处理质量的好坏直接影响到管道的冲击韧性，从而影响管道的运行使用寿命。因此热处理的操作必须严格按照相关的规程及工艺指导性文件执行。

5.1 基本要求

焊后及时进行焊接热处理所采用的设备应满足工艺要求，所使用的计量器具必须经过校验，并在有效期内。操作人员做到持证上岗。

5.2 热处理的升降温速度

采用远红外加热，T91钢热处理升降温速度控制在150℃/h，降温直300℃以下时可不控制，保温缓冷至室温。T92钢热处理升至300℃以前升温速度为150℃/h，300℃以上时升温速度为120℃/ h，降温速度为150℃/h，降温直300℃以下时可不控制，保温缓冷至室温。

5.3 热处理恒温时间

T91钢热处理恒温1小时，T92钢热处理恒温2小时。恒温温度为760±10℃。

5.4 加热宽度及保温宽度

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，加热器的宽度应比要求的加热宽度每侧多60mm。热处理的保温宽度从焊缝坡口边缘算起，每侧不小于壁厚的5倍，且比加热器增宽100mm。保温厚度大于等于50mm。

5.5 热电偶布置

热电偶的固定方式采用绑扎式，热电偶的冷端采用与热电偶相匹配的补偿导线连接，补偿导线的另一端接在控温设备的测温接线柱上。热处理采用自动温度记录，计算机温度控制系统的显示温度应以自动记录仪的温度显示为准进行调整。

6、检验要求及结果

6.1 华能井冈山电厂T91及T92钢热处理完毕的无损探伤采用100%射线探伤，按《钢制承压管道对接焊接接头射线检验技术规程》(DL/T 821-2002)的规定进行评定，II级以上为合格。经检查所有焊缝均符合要求。

6.2 热处理完毕后进行5%的硬度检查，焊缝硬度(HB)合格标准为180~250。所抽查的焊缝硬度值符合要求。

7、结论

7.1T91及T92钢具有很好的热强性，但焊接施工具有一定的难度。

7.2充氩的好坏直接影响焊接的质量及施工进程。

7.3 在焊接过程中线能量的控制及焊后热处理工艺参数的控制是提高焊缝冲击韧性的关键。