施工中高合金钢排管焊接充氩方案的应用
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摘要：分析了在电力建设中，高合金钢排管充氩保护对焊接接头性能的影响，结合实际工作，针对高合金管材焊接工艺进行探讨，在钨极氩弧焊（GTAW）的基础上确定排管的充氩保护方案，避免高合金钢在焊接过程中高温区域氧化严重的问题，同时结合其它保护措施及合理的焊接工艺，明显地提高了高合金钢排管的焊接质量。
关键词：高合金钢 ， 焊接， 排管，充氩保护
Abstract: the author analyzes the electric power construction in, high alloy steel tube filling of argon protection row influences the performance of welding joints, combining with the working, in view of the high alloy pipes welding process carries on the discussion, in tungsten extremely argon arc welding (GTAW) are determined on the basis of the filling line tube argon protection scheme, avoid high alloy steel the welding process of high temperature area oxidation serious problem, in combination with other protection measures and reasonable welding technology, obviously improve the high alloy steel pipe line of welding quality.
Keywords: high alloy steel, welding, row tube, filling argon protection
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
1引言
我国电力工业发展已经有120年的历程，随着电力工业的迅速发展，目前正在建设的300MW及以上的亚临界、超临界、超超临界火电机组，都采用了新型细晶强韧化铁素体耐热钢系列中的SA213T91、SA213T92、新型细晶奥氏体耐热钢Super304H、TP347HFG和高铬镍奥氏体钢HR3C、NF709等。而在高温过热器、高温再热器和屏式过热器等系统排管中常用到的材质为SA213T91、SA213T92、SA213T122等，这些材料都属于高合金钢材料，在GTAW焊接下根部极容易产生氧化，因而降低了焊缝接头的性能，轻则减少电厂使用寿命，重则发生爆管，带来巨大的损失，通过对高合金钢排管焊接性能及工艺的研究，制定了一套特殊的工艺措施，用于实际生产，取得了很好的效果。
T122钢是在传统的12Cr钢的基础上，通过减少C、Mo、S、P的含量，添加W、Cu、Nb、B、N等合金元素，开发了含Cr量为12％的具有高的热强性和耐蚀性的铁素体耐热钢，此钢的耐蚀性优于9Cr钢，许用应力是T91/P91钢的1.3倍，焊接性良好；
T91/P91钢的组织为马氏体，一般状态为正火＋回火，属于高合金钢，此种钢具有良好的高温抗氧化性和抗腐蚀性，含 8%～9.5 %Cr，焊接性较差，易出现冷裂纹、焊接接头脆化等问题，必须严格按照工艺规程，方可获得满意的焊接接头；
T/P92钢为日本新日铁公司于1986年提出的NF616钢（9Cr-0.5Mo-1.7W-V-Nb），1994年被ASME规范案例正式认可，P92钢是在P91钢的基础上，通过超纯净冶炼、控扎技术和微合金化工艺改进的一种细晶强韧化热强钢，在化学成分上将含Mo量减少到0.5%，并且增加了1.7%的W，T/P92钢AC1在800℃-835℃之间，AC3在 900℃-920℃之间，马氏体转变开始温度 MS=400℃，马氏体转变终了温度MF=100℃。P92钢具有常温和高温强度高、高温抗氧化和腐蚀性能力强、塑性和韧性好、焊接裂纹敏感性低等特点。
3提高焊接质量采取的措施
3.1保证焊接质量的前提措施
a)正确选用焊接工艺参数及必要的焊接热处理方案；
b)采用高纯度氩气进行焊接，焊接接头保证呈银白色；
c)必须在焊前对焊材及工件认真清理；
d)加强熔池、热影响区及背面的保护。
3.2排管结构
高合金钢排管主要是高温过热器、高温再热器和屏式过热器等，其特点是一排或两排管道要求同时焊接完成，例如邹县电厂四期工程2×1000MW超超临界机组中，高温过热器是由位于折焰角上部的一组悬吊受热管组成，沿炉宽方向布置36片，每片管屏由24根管子并联绕制而成，共计864只焊口，管屏规格为φ45×8.2（共828只）、φ48.6×8.9（外圈管36只）管排横向节距S1=914.4，管子纵向节距S2=57。屏式过热器布置在上炉膛区，为全辐射受热面，在炉深方向布置了2排，每一排管屏沿炉宽方向布置19片，共38片，每片管屏由21根管子并联绕制而成，共计798只焊口，管屏规格为φ45×8.9（共760只）、φ48.6×9.6（外圈管共38只）的管子绕成，屏式过热器管屏的横向节距S1=1714.5，纵向节距S2=57。高温再热器布置在水平烟道上方，共98片管排，每片12根管子U型弯制而成。其它此类机组大致也是相同，只是在材质、管排数等上稍有差别。
3.3背部保护选择
焊接根部质量是否被氧化主要在于排管背面保护措施是否成功。通过研究，采用排管整体充氩保护效果很好。为什么排管背面保护措施选用氩气进行保护？因为氩气是无色、无味、单原子的惰性气体，原子量为39．948，密度为 1．78kg／m3（空气密度为 1．29kg／m 3）。氩气的重量是空气的1．4倍，可在熔池上方形成一层稳定的气流层，具有良好的保护性能。另外在焊接过程中，产生的烟雾较少，便于控制焊接熔池和电弧。氩气是一种惰性气体，在常温下与其它物质均不发生化学反应，在高温下也不溶于液态金属中，故在焊接有色金属时更能显示其优越性。
4具体实施方案
4.1施工方案
方案A：在排管内部清理干净，达到对口条件后，取一定量的水溶纸，团成一团，大小约大于排管管道内口径，用专用的细的不锈钢管把水溶纸塞到管排（非集箱侧）焊口内，距离管口约200～300mm处，从出口小集箱口处充氩。
方案B：把管排集箱侧的每个焊口离管口200～300mm处都塞上水溶纸，从进口管口处对每个焊口单独充氩进行保护。
4.2充氩方案的选定
选用方案A的优点是管道能同时充氩保护，既方便又有利于焊口根部缺陷返修，缺点是同时对排管充氩保护，也许焊口根部效果达不到技术要求。选用方案B的优点是对焊接的焊口能起到足够的氩气保护效果，缺点是有点费事，也不利于焊口根部缺陷返修。通过模拟焊接和充分考虑后，采用第一种充氩保护方案，并在次基础上进行改进，在每个小集箱内放两根氩气皮带，靠近内侧、接近外侧各放一根，并把排管的每个焊口都用高温胶带或胶布把整个焊口全部封严，两根皮带都进行充氩，气体流量为12-16L/min，大约充氩20min后，在靠近进口管排的第一道焊口处撕开一个小口看是否有氩气逸出，待有氩气从间隙中逸出后再进行打底焊接，其它焊口都封好。焊接管排的顺序尽量从进口管侧向出口管的方向进行，同时也要考虑排管焊接的一般点口特点，点口范围为整个焊口的1/2。焊接完第一层后再进行次层焊接，为了防止把氩弧焊第一层击穿，第二层要求采用GTAW工艺，增加对第一层的保护，确保整体焊口打底有良好的质量。
5结论
5.1高合金钢排管在电厂建设中工作量比较大，要求有责任心强，现场经验丰富的高压焊工承担。
5.2焊接时可靠的保护及合理选择焊接规范是确保质量的前提，其中背面充氩保护效果是关键技术。
5.3通过邹四近一个月的时间内完成屏式过热器SA-213T92钢焊口798只，一次探伤合格率为98.62％，高温过热器SA-213T92钢焊口864只，一次合格率为99.07％，取得了很好的效果。