王培磊

（山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟南 250013）

1 概述

P91 鋼不僅具有優(yōu)良的室溫強塑性和強韌性，而且具有良好的高溫力學性能，從而使其成為燃煤電站機組的主力鋼種。P91 鋼的優(yōu)良性能被我國的電力行業(yè)所認知，目前已成為亞臨界、超臨界、超超臨界機組主蒸汽管道、熱段管道的首選［1］。

某345 MW 燃煤電站機組，熱段管道選用材質為ASME SA335 P91 鋼，設計尺寸規(guī)格為686 mm×20 mm，現(xiàn)場安裝時，發(fā)現(xiàn)25 號焊口（RD-25），兩側管道HR17 與HR18 管口橢圓度超標，導致內徑對口錯邊量達到13.5 mm，兩管道內徑編號如圖1 所示，內徑尺寸如表1 所示，ASME B31.1—2016 標準要求管道對口內徑錯邊量不能超出2 mm［2］，見圖2。因此，該管道焊口超標。

圖1 管道HR17 與HR18 內徑編號

2 處理方案

為滿足標準需求，需要對該管道焊口進行處理，處理過程要確保P91 鋼管道不能出現(xiàn)金相組織改變、力學性能改變，且不能對P91 鋼管道造成破壞，如表面裂紋、管道損傷等。充分研究了P91 鋼材料屬性，在確保P91 鋼管道質量的前提下，制定了3 套處理方案，并對其中2 種處理方案的實施情況進行了跟蹤。

表1 熱段管道HR17 與HR18 相關尺寸 mm

圖2 管道對口內徑錯邊量標準要求

2.1 熱矯正方案

以HR18 管口內徑尺寸作為基準，將HR17 管道加熱至P91 鋼材料AC1 線以下，通過千斤頂進行熱矯正，矯正到與HR18 管道的管口尺寸完全一致，以滿足ASME B31.1 規(guī)定的焊接對口內徑錯邊量要求。

1）選擇承載能力100 t 以上，行程50 mm 以上的千斤頂，并準備與管內壁接觸的圓弧襯板及必要的工裝。襯墊的尺寸大小為200 mm×200 mm，厚度20 mm，襯墊的半徑略小于管半徑。工裝可使用鋼管或工字鋼，選用了工字鋼，尺寸應視千斤頂尺寸進行選取，端面應平整。將工裝和襯墊焊接在一起，防止在校正過程中打滑飛出。

2）校正前，加熱管口部位至730 ℃。加熱前將千斤頂與管壁脫離接觸，以免高溫損壞千斤頂。

3）加熱前在管口標記出內徑最小方向，選擇最小方向位置作為矯正點，加壓矯正。每次加壓千斤頂伸出量20～30 mm，回彈量大的情況下同一位置多次加壓。

4）每次加壓后測量管徑變化情況，并做記錄，根據回彈情況確定下一次校正的千斤頂伸長量，注意控制，嚴禁一次將千斤頂加壓至最大行程，否則將極易造成加壓位置局部變形。

5）矯正完成后，管口及內外壁50 mm 處進行滲透檢測（PT）檢驗，確認無缺陷。

施工現(xiàn)場技術工程師及施工人員嚴格按照該處理方案對HR17 管道實施了熱矯正處理，如圖3所示。

圖3 熱矯正實施

但實施過程中發(fā)現(xiàn)HR17 管道在移除千斤頂待到室溫時，每一個矯正點均出現(xiàn)了回彈現(xiàn)象，幾乎全部回彈到矯正前的尺寸，最終的矯正量不超過2 mm，遠不能滿足矯正要求，詳見表2，熱矯正數(shù)據記錄。

因此，熱矯正的方案不能滿足矯正要求。

2.2 更換過渡管方案

按照兩端管道HR17 與HR18 的管口尺寸，切割HR17 管道1 m 長度，更換為一段過渡管，該過渡管滿足以下條件：

1）內徑≤HR17 與HR18 的最小內徑，外徑≥HR17 與HR18 的最大外徑；

2）內徑通流面積滿足設計要求。

表2 熱矯正數(shù)據記錄 mm

該過渡管在現(xiàn)場施工時，分別與HR17 管道以及HR18 管道實施對口焊接，根據HR17 與HR18 的管口內徑尺寸，對過渡管進行內口打磨，打磨至滿足ASME B31.1 規(guī)定的焊接對口要求。

經計算，此過渡管的規(guī)格應為681 mm（內徑）×40 mm。

該方案經過分析，存在以下問題：

1）國內、國際市場上很難找到該規(guī)格的成品管道，因此需要特殊定制，時間長、費用高、質量難以保障；

2）由于更換了一段管道，沒法避開原支管、測點位置，需要重新布置新的支管、測點位置，并重新實施焊接、熱處理；

3）由于更換的過渡管，壁厚及直徑規(guī)格均大于原管道，因此管道重量變大，需要重新考慮支吊架規(guī)格與位置。

該方案實施難度大、費用高、工期長，不予采納。

2.3 管口內壁堆焊方案

以HR18 管口內徑尺寸作為參考，對HR17 錯口部位內壁按圖4 實施堆焊處理，堆焊徑向長度為30～40 mm，堆焊厚度以滿足該位置對口要求為準。

堆焊完成后，打磨堆焊位置至表面齊平，并與母材內壁圓滑過渡，過渡段斜度不超過30°。對堆焊位置進行無損檢測，確認無缺陷。

將堆焊完成的管道正常對口、實施焊接。管道焊接完成后，處理局部外錯口，對偏低一側母材進行過渡焊接，焊接完成后，對過渡區(qū)域進行打磨，平滑過渡，過渡焊接的長度與厚度參照圖4 堆焊處理示意。

圖4 堆焊處理示意

2.3.1 堆焊

堆焊過程執(zhí)行了專門編制焊接工藝規(guī)程（WPS），包含焊接主要參數(shù)如下：

焊接方式為氬弧焊（GTAW），手動；

預熱是防止產生冷裂紋的一項重要工藝措施，在不預熱情況下，SA335-P91 鋼的焊接裂紋達100%［3］，基于采取的焊接方式，預熱溫度最小205 ℃；

層間溫度最大300 ℃；

補焊厚度為最大錯口值增加3 mm，補焊寬度為30～40 mm，補焊部分與管道夾角小于30°，加強面寬度為4 倍的錯口值，脫氫后打磨補焊處，將多余焊縫磨除。

2.3.2 后熱

升降溫速度110 ℃／h，焊后加熱至300～400 ℃，保溫2～4 h。

2.3.3 焊后熱處理

P91 鋼焊接接頭經PWHT 后，析出大量微細的碳氮化物粒子，形成了回火馬氏體組織。因此，適宜條件的焊后熱處理是保證P91 鋼焊接接頭的蠕變斷裂強度等力學性能不可缺少的工序［4］。

堆焊完成，現(xiàn)場實施焊后熱處理。焊后熱處理的升、降溫度110℃／h，保溫溫度選取750～770 ℃，保溫時間2 h；降溫至300 ℃，降溫速度為110 ℃／h，至室溫。

2.3.4 堆焊后檢驗

在P91 鋼／P92 鋼焊接接頭無損檢驗方法的選擇上，采用超聲波檢測（UT）加磁粉檢測（MT）的方法較為合理［5］。

本次焊接完成，熱處理完成后進行100%的UT以及MT 檢驗。

2.3.5 管道對口焊接

堆焊完成后開始實施管道安裝對口，對口時，對因堆焊導致的鈍邊增加進行修磨，保證焊透。根據組對情況，對內壁進行適當打磨，保證內錯口不超過ASME B31.1 允許的2 mm 要求。

對口完成后，按照現(xiàn)場焊接工藝要求實施焊接。

按照以上方案，組織施工人員及質量控制工程師全程跟蹤了HR17、HR18 的堆焊處理過程。處理完成后，對尺寸進行了驗收，尺寸合格，焊接檢驗員對管道對口進行了驗收，檢驗合格，無損探傷工程師對焊縫進行UT 及MT 探傷，結論合格。

3 結語

P91 鋼管道非常普遍應用在燃煤電站機組中，用作四大管道主蒸汽管道及再熱蒸汽管道熱段，P91鋼管道現(xiàn)場施工時，其焊接施工質量屬于重點控制環(huán)節(jié)。P91 鋼管道在施工現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的管道管口變形，導致管道對口不合格，影響管道焊接質量，不允許實施焊接施工作業(yè)。

為保證P91 鋼管道現(xiàn)場安裝施工質量，經對比3 種處理方案，管道熱矯正的方式，由于P91 鋼管道材料特性，無法避免出現(xiàn)回彈，不能實現(xiàn)變形矯正；更換過渡管道的方式，實施難度大、費用高、工期長，不宜采用；內壁堆焊的方案可靠、可行，施工現(xiàn)場基于P91 鋼材料特性以及焊接特性，制定了詳細可行的堆焊實施方案以及焊后熱處理、檢驗的方案，實施后效果良好，為P91 鋼管道現(xiàn)場施工提供技術依據和實踐經驗參考，確保91 管道現(xiàn)場焊接質量。