一、前言

　　锅炉机组参数的提高依赖于新型钢材的出现。世界各国在六十年代有过提高机组参数的尝试，后因为钢材问题又都陆续将参数退回到了540℃左右这一典型参数。直到九十年代，以T/P91钢为标志的新型耐热钢的出现，机组参数的提高才成为可能。这些新型耐热钢的出现，是焊接工作者的新课题。

　　二、我国超超临界机组新型耐热钢的焊接

　　我国电站中应用新型9Cr-1MoVNb钢(P91)在九十年代中期，经过十余年的摸索，对该钢材的焊接有了较深刻的了解，据此也认识到新型耐热钢的一些焊接特点，为我国锅炉机组参数的提高积累了一些经验。2006年投产的华能浙江玉环发电厂单机容量1000MW超超临界火力发电机组中，除去T/P91钢外，还使用了P92钢、Super304H钢、HR3C钢等，其中，Super304H钢和HR3C钢属于奥氏体耐热钢，其焊接只局限在锅炉制造厂，锅炉安装现场焊接工作中焊接T/P91钢和P92钢都属于铁素体耐热钢，是目前电力行业焊接工艺进步和取得突破的重点，以下简单介绍它们的焊接。

　　1、T/P91钢的焊接

　　T/P91钢是ASME标准SA213-T91/SA335-P91钢的简称，是八十年代美国的树岭试验室开发的新型耐热钢，称为9Cr-1MoVNb钢。9Cr-1MoVNb钢的焊接经我国电力行业多年的研究与应用，其性能与焊接特点有以下几点:

　　(1)对焊接热输入极为敏感。

　　9Cr-1MoVNb钢的焊接过程的热输入包括两方面，即预热和层间温度、焊接热输入量。①预热和层间温度，理论上应保证在300℃以下，实际焊接中控制得更低些为好。有资料证明，预热和层间温度对焊接接头的室温冲击韧性关系密切，当保持在350~380℃时，室温冲击值在28~50J之间；而保持在250℃左右时，室温冲击值可以达到60~100J(标准值为41J)。②焊接热输入量(旧称焊接线能量)，应该控制在25J/cm以下，当焊接热输入量大于此值或更高时，室温冲击值将不会达到41J的标准。

　　(2)对焊接热处理敏感。

　　9Cr-1MoVNb钢的合金元素含量较高，需要进行焊后热处理，标准规定热处理温度为760℃±10℃。由于9Cr-1MoVNb钢是多元素强化，该钢理论AC1温度在800~830℃之间，其下限距标准规定热处理温度上限比较接近，热处理过程的允许偏差就有可能超过钢材的AC1温度。与此同时，在9Cr-1MoVNb钢焊接接头的热处理工作中，还有焊接材料的AC1温度问题同样影响接头性能，现有的焊接材料为了获得较好的工艺性能和较好的接头塑韧性，都在材料中加入镍，镍元素是扩大奥氏体区元素，会降低焊缝的AC1温度，使热处理更具危险。实践证明，当焊后热处理温度超过AC1温度时，室温冲击韧性急剧下降，冲击值甚至有不到10J的情况。

　　(3)不同焊接材料获得的结果悬殊。电力行业应用9Cr-1MoVNb钢已经多年，前期使用的焊接材料几乎都靠进口，主要有英国的曼彻特、德国的蒂森、日本的神钢、法国的萨福、瑞士的奥林康和奥地利的伯乐等，近年来，国家电力建设研究生产的“科建牌”也在应用，上海电力修造总厂也生产出9Cr-1MoVNb钢使用的焊接材料。经验证明，这些焊接材料的性能悬殊很大，特别是AC1温度差别很大，这就要求焊接工作者一定要关注这一点，特别是选定焊接材料后，一定要研究厂家的说明书，否则，焊接接头发生问题的责任将要自己承担。如某进口焊接材料热处理温度在760℃时，恒温4小时；750℃时，恒温8小时，这一参数与DL/T869-2004火力发电厂焊接技术规程推荐的参数相差很多。

　　(4)改变了焊接观念。

　　在焊接常规耐热钢时，预热和层间温度和焊接热输入量是重要参数，但对材料冲击韧性的影响，远不如新型耐热钢这样大。这种情况的出现，使焊接工艺的概念有了根本性的变化。过去谈到焊接工艺，往往指焊接操作工艺，今天的新型耐热钢焊接工艺，往往与操作工艺无关，而主要指对焊接参数和工艺要求。与此同时，焊接检验的观念也带来变化，即:经过焊接检验合格的焊接接头，其性能不见得是合格的。也就是说，当焊接或焊后热处理参数出现问题时，导致的焊接接头室温冲击韧性不合格是不能被现有的焊接检验手段在现场检测出来的。所以，新型耐热钢的焊接过程在现代质量管理中被称为“需要确认的过程”，这种过程的实现必须进行焊接质量影响因素的预先鉴定和确认，包括人、机、料、法、环诸方面，这种“预先”也就是指焊接质量控制的时机必须提前，必须实施全过程控制。

　　9Cr-1MoVNb钢的焊接在电力行业有较为完整的依据和标准，即:二○○二年十月国家电力公司电源建设部颁发的《T91/P91钢焊接工艺导则》和DL/T869-2004火力发电厂焊接技术规程。

　　2、P92钢的焊接

　　继T/P91钢以后，日本于九十年代开始对T/P91钢实施改进，以期进一步提高蠕变断裂强度和使用温度，1996年至1998年开发出了9Cr-0.5Mo-2W为主要成分的NF616钢，后纳入ASTM和ASME标准。在ASTM中，NF616钢的编号为ASMESA213T92、ASMESA335P92，在欧洲的编号为X10CrMoWVNb9-2，在日本的编号为STBA29和STPA-29。

　　与T/P91钢相比，它们的抗腐蚀性和抗氧化性相同，但是具有更高的高温强度和蠕变性能。与TP347H相比，价格低廉，且热膨胀系数小、导热率高和抗疲劳性能强，可加工性和可焊性好。

　　自P92钢纳入ASME并进入火力发电设备领域以来，世界范围内应用并不是很广，欧洲九十年代只在丹麦和德国的5个发电厂有应用，而日本则只在三个发电厂应用。国内第一台采用P92钢的火力发电机组是浙江玉环发电厂，自此拉开我国应用P92钢的序幕。截至今天，我国超超临界火力发电机组的锅炉联箱和蒸汽管道几乎都使用了P92钢，国内的火电建设单位也有十几家完成了焊接工艺评定。

　　由于合金元素含量近似，T/P92钢的焊接特点、要求与T/P91钢近似，但从目前进行的焊接工艺评定过程发现，T/P92钢的焊接工艺裕度比T/P91钢要小，对焊接参数的要求比T/P91钢还要严格，也更要注意焊接和焊后热处理参数的严格控制及焊接材料厂家的选定。

　　电力行业对T/P92钢的进入给予了高度重视，由焊接学会组织的研讨会议召开多次，并准备制定T/P92钢的焊接工艺导则指导安装现场的焊接工作。现将T/P92钢的焊接要求大大致介绍如下:

　　1、坡口制备及组对要求

　　(1)对于壁厚不小于40mm且不大于的78mm焊口推荐采用DL/T869表1序号4的双V形坡口；对于壁厚超过78mm的焊口，推荐采用DL/T869表1序号6的综合形坡口。

　　(2)对口间隙宜小不宜大。

　　(3)应采取措施确保对口的错口值不超过1mm。

　　(4)对口定位焊可采用普通钢材表面堆焊不少于4mm厚的P92钢焊材的定位块，定位焊应该在预定的预热条件下进行。

　　2、焊接工艺

　　(1)预热温度推荐为(150～200)℃。

　　(2)采用焊条电弧焊的施焊过程中，层间温度不宜超过250℃；采用埋弧焊方法焊接时，其道间温度也不宜超过250℃，否则应在焊后采用部件整体炉内调质处理，调质处理参数应与钢材的调质处理参数相同。

　　(3)对于壁厚超过40mm的焊口的根层焊接推荐采用钨极氩弧焊方法，焊接2层，总厚度为(3～5.5)mm。

　　(4)采用焊条电弧焊进行填充和盖面的，推荐采用直径为3.2mm的焊条焊接，焊接电流为(110～125)A。每根完整的焊条所焊接的焊缝长度与该焊条的熔化长度之比应大于50%。

　　(5)除非确有必要，不推荐安排后热处理。后热处理应该在焊件温度降至100℃，保温1小时进行。

　　(6)焊后热处理应该在焊件温度降至100℃，保温1小时后立即进行。推荐焊后热处理参数为:a)以200℃/h的加热速度升温至500℃，此后按照100℃/h升温至770(+0，-5)℃；b)保温时间的计时时刻为任一测温热电偶达到设定的温度值。恒温时间以壁厚每8mm，1小时计算，且不少于1.5小时。c)降温速度为150℃/h，当焊件温度降到300℃时可不控制，自然冷却至室温。

　　、质量控制与检验

　　(1)P92钢的焊接施工应该根据规程、标准和本规定制定详细的作业指导文件，并对工作所涉及岗位人员进行技术交底。

　　(2)推荐采用加强焊工培训，严格工艺纪律，杜绝焊工随意调整工艺的情况，以旁站监督的方式，严格控制焊接工艺来确保焊接接头的质量。

　　(3)对于壁厚超过70mm的焊口，在满足(2)的规定，并得到工程焊接监理的确认的条件下，推荐采用从预热到焊接热处理一次连续完成的作业程序，否则，应该安排中间无损检验。

　　(4)P92钢的焊接施工应该具备紧急预案和措施，防止意外失电导致焊接或焊接热处理中断。

　　三、现场T/P91和T/P92钢焊接要点

　　综合上述T/P91和T/P92钢焊接要求，现将这类铁素体耐热钢的焊接要点总结分析如下:

　　1、钢材的焊接性

　　这类铁素体耐热钢都采用先进的冶炼和轧制技术，钢材的纯净度得到极大提高(如S、P含量在千分级)；多元素强化，成分控制严格；在强化机理方面采用了固溶强化、高位错密度强化、铁素体晶内的析出强化、晶界强化、加入防止M23C6的粗大化和防止向M6C转变元素等多种手段，钢的高温性能、常温冲击韧性与焊接性较早期的P9、F11、F12好得多。但是毕竟属高合金钢，还是要预热到150℃以上再开始焊接。

　　2、焊后热处理的要点

　　这类铁素体耐热钢希望获得全部的回火马氏体组织，焊后热处理参数极为重要，要从两方面注意。

　　(1)冷却到100-150℃，保持1-2小时，保证过冷奥氏体完全转变为马氏体后再升温开始焊后热处理，这与早期的P9、F11、F12的要求是一样的。

　　(2)在采用多元素强化的过程中，往往添加Ni来提高室温塑韧性，而Ni与钢材中必有的Mn共同作用下回使焊缝金属的AC1下降，有时会下降到危险的程度(DL/T869推荐值为760℃±10℃)，如:某进口焊接材料AC1的实测值已经下降到768℃，因此，在制定焊后热处理参数时必须要参照焊接材料制造商的说明书。

　　3、焊接热输入量(焊接线能量)

　　由于采用多种方法使钢材的综合性能获得极大提高，使这类钢的焊接形成全新的局面，即①无论采用何种措施，焊缝金属的综合性能都将达不到母材的性能指标；②现有的焊后检验手段(无损检测)无法证明焊缝金属综合性能合格。因此，必须严格控制焊接过程。

　　(1)焊接规范参数。必须采用小的焊接热输入量，经验证明，T/P91钢不超过25J/cm、T/P92钢不超过20J/cm为好。此时特别要注意，小的焊接热输入量不单指小的焊接电流，如果一味采用小的焊接电流，将会在焊缝中形成未熔合等缺陷，反而不好，国内就有电力行业单位吃过亏。正确有效的做法是提高焊接速度减薄单道焊厚度。

　　(2)预热和层间温度。这类钢的MS点在400℃左右，控制焊接热输入量也包括控制预热和层间温度。必须使每一焊道的温度降至300℃以下时，才可以焊接下一道焊缝。经验证明，如果降到更低温度，可以获得更好的室温冲击韧性，但要与生产效率综合考虑。这一现象的机理至今还不很清楚，这是许多单位的经验证明，也被波兰焊接工作者所报道。

　　附《T91/P91钢焊接工艺导则》

　　1、制订依据

　　本导则是根据电力工业焊接有关规程、规范、技术条件和相关资料，以国家电力公司火电建设部制订的“T91/P91钢管焊接工艺暂行规定”为版本，结合近年来积累的实践经验进行了修订。

　　2、适用范围

　　2.1本导则适用于火力发电设备，以T91/P91钢管及与其它钢种相连接的各类焊接接头的制作、安装、检修工程的焊接工作。

　　2.2适用于手工钨极氩弧焊和焊条电弧焊的焊接方法。

　　3、总则

　　3.1 T91/P91钢的焊接工艺评定，应遵守SD340-89《火力发电厂焊接工艺评定规程》(现为DL/T868-2004焊接工艺评定规程，下同。编者注)的规定，并以确定焊接工艺，编制作业指导书。

　　3.2焊接T91/P91钢焊工技术能力的验证，应按DL/T679-1999《焊工技术考核规程》的规定考核，取得合格证书后，方可参加焊接工作。

　　3.3焊接接头质量检验应遵照DL/T820-2002和DL/T821-2002两本检验规程的规定进行，其质量标准应符合DL5007-92(现为DL/T869-2004火力发电厂焊接技术规程，下同。编者注)规定。

　　3.4对国外引进设备的T91/P91钢焊接工作，应按合同规定进行，如无规定时，其焊接工艺评定、焊工技术考核、焊接工程的技术规定和焊接质量检验等均应执行电力工业焊接相关规程和本导则规定。

　　3.5焊接T91/P91钢的场所其环境温度和条件以及防护设施应符合DL5007-92的规定。

　　3.6实施T91/P91钢焊接工作应遵守国家和电力工业安全、防火、环保和施焊中其它相关条件的有关规定。

　　4、焊接机具和焊接材料

　　4.1焊接T91/P91钢的焊接设备，应选用焊接特性良好、稳定可靠的逆变式或整流式焊机。其容量应满足焊接规范参数的要求。

　　4.2氩弧焊工器具