660MW超临界机组P91管道焊缝硬度偏高分析和处理措施

660MW超临界机组P91管道焊缝硬度偏高分析和处理措施

王安平马振东

（中电建甘肃能源崇信发电有限责任公司甘肃崇信744200）

摘要：崇信发电公司发现较多P91管道焊缝硬度偏高，通过对安装和检测技术方面的分析，确认了问题的原因，并根据分析结果和实际条件，制定了处理措施，到达了监督管理的目的，保证了设备安全可靠性。

一、概述

崇信发电公司两台660MW超临界燃煤直接空冷汽轮发电机组，于2011年1月份投产。主蒸汽、再热热段材质均为ASTMA335P91。在历年来金属监督检验过程中发现部分主蒸汽和再热热段管道焊缝硬度偏高，在一定程度上影响了机组的安全可靠性，为了解决此类问题，并有效的开展监督管理，崇信公司通过认真分析和研究，制定了科学合理的技术方案和措施，确保设备使用性能在可控范围内。

二、问题的发现

崇信公司在锅炉内检和机组修期间对四大管道、锅炉过热和再热管道进行金属监督检验时，多次发现管道焊缝存在硬度偏高的情况，并在检修中对硬度异常的焊缝进行了定期复检，使用不同的检验设备进行对比试验，确认这些P91管道焊缝硬度存在偏高的事实。其中高温再热器集箱焊缝（规格：φ864×55mm）5处存在硬度异常情况，最高硬度范围值296-328HBW；过热器集箱焊缝（规格：φ559×70MWT）9处存在硬度异常情况，最高硬度范围值290-302HBW；主蒸汽管道焊缝（规格：ID431.8×77）11处存在硬度异常情况，最高硬度范围值281-299（局部）HBW；再热热段管道焊缝（规格：ID914.4×34）17处存在硬度异常情况，最高硬度范围值285-299（局部）HBW。发现问题的主要检验技术实施情况如下：

1、因检修现场条件限制，进行硬度检测时大多是由便携式里氏硬度检测仪，其转化标准由于仪器、试验条件及试件的不同而有所误差。

2、硬度检测情况

2.1每次检验均至少使用2种及以上硬度检测仪进行检查，试验表明，里氏硬度计测量布什硬度值误差范围在10-15HBW之内，而不同仪器检测误差在5-10HBW之间，基于以上试验数据，通过对比检测，最终确认我公司P91管道焊缝硬度偏高。

2.2在硬度检测过程中，采取周向4-6个点进行检测，在检测中发现了较多局部区域硬度异常的情况，一经发现异常，按照要求扩大检测范围。

2.3检测中发如发现异常，将继续打磨0.5-1mm深后再进行检测，排除了10%左右的表面异常超标的数据。

三、异常情况原因分析

1、P91焊缝硬度高对使用性能的影响

1.1焊缝硬度高，从力学性能上来讲，其冲击功和断裂韧度降低低，但持久强度高；从微观组织来看，硬度异常高，可能存在金相组织异常，表征为贝氏体组织。

1.2焊缝硬度偏高，与管道母材和焊缝热影响区的硬度差较大，会造成局部应力较大和集中，长期使用易形成裂纹缺陷，最终造成管道焊缝失效，甚至造成较大事故。

2、P91焊缝硬度高的原因分析

由于SA335—P91钢，Cr、Mo含量较高，因此具有相当高的空淬倾向，在焊接热循环决定的冷却速度条件下，焊缝金属和热影响区可能形成对冷裂纹敏感的显微组织。该钢种在焊接和热处理过程中，若焊接工艺措施、参数选用不当，极易导致焊接接头失效。

2.1焊接性分析：

2.1.1焊前预热控制

P91钢焊前必须进行预热，预热温度在200-250℃。如果焊前预热温度高，容易造成硬度偏高。

2.1.2层间温度控制

P91钢焊接工艺重点之一是层间温度，手工电弧焊要求层间温度不得高于250℃，但若层间温度高于250℃，甚至300℃，也容易造成硬度偏高。

2.2焊后热处理分析：

P91钢焊后热处理是非常重要的环节，是直接造成焊口硬度异常的主要工艺。焊后热处理主要是对于降低焊接残余应力，促使氢逸出，提高组织稳定性，改善焊接接头综合力学性能起关键性的作用。热处理造成造成硬度偏高原因分析如下：

2.2.1工艺参数选择问题：

造成P91焊缝硬度高，可能是由于热处理升降温速度参数、恒温温度、恒温时间参数选择不当造成。由金相组织在热处理的转变过程可知，在回火区域，焊缝由淬火马氏体组织转变为回火马氏体组织的过程，如果回火温度或时间不足，均可能造成回火马氏体组织转变不充分，焊缝韧性和持久性下降，焊缝硬度偏高。同时在500-300℃区间，是一个贝氏体转变的区间，在此区间存在的时间长，贝氏体转变较多，也是影响焊缝硬度高的原因。

2.2.2工艺控制过程问题：

（1）热处理仪器和热偶未校验，可能造成温度控制的误差，是现实造成焊缝热处理异常的主要原因之一。

（2）热处理器局部损坏、保温包覆不严密、热处理设施与热处理部件接触不严密等原因，也是造成焊缝热处理异常的主要原因之一。

（3）崇信公司较多焊缝硬度局部异常，说明在热处理过程中，温度控制不均匀，或是在热处理过程中，局部保温措施或热处理设备异常造成。

2.3焊接管理分析

2.3.1经检查，崇信公司建设期间（2010年），部分标准正处于新旧交替期间，主要标准执行也在施工完成以后，因此检修公司在崇信公司施工时按照旧标准进行制定验收工艺，其工艺卡和方案也以此为标准，以P91焊缝硬度上线为300HBW，最高上限甚至为350HBW为准，因此造成较多焊缝硬度偏高，但金相组织正常的P91焊缝。

2.3.2焊口安装时硬度检验实际取点不均匀，不标准，对存在局部硬度异常的焊缝造成漏检。

2.3.3在基建期，因工作量极大，范围极广，焊接热处理和金属检验在没有足够管理人员或第三方检验监督管理，容易使建设单位修改存在异常的数据，甚至对数据和事实作假，造成管理失控。

四、采取的措施

经过分析和研究，确认崇信公司P91管道焊缝硬度偏高是由施工过程中质量控制不当和监督标准的执行的时效造成，因此采取了以下措施监督管理。

1、严格执行当前有关P91施工验收和监督管理的各项标准，制定计划排查因标准执行不同而存在硬度异常的焊缝。

2、严格管控P91管道焊接的相关工艺，全程监督焊接预热、层间温度控制、焊接速度等工艺，对施工过程中各温度控制，必须使用测温仪器时时监控，落实工艺卡中各项数据。

3、P91管道焊后热处理严格按照标准要求实施，保证仪器和温度热偶有效性。严格把关热处理工的技能水平，加热仪器的安装和包覆进行检查和验收。

4、在施工过程中造成P91焊缝硬度异常的情况，必须分析出原因，并按照原因制定修复工艺，重新进行热处理。

5、因这些P91焊缝硬度异常区域金相组织正常，较多为局部硬度偏高，考虑到重新处理焊缝硬度存在一定的风险，现采取监督管理的措施。

6、定期对异常焊缝进行金属监督复检，进行硬度、金相检验，同时将其热影响区和母材纳入监督管理的重点，并进行无损检测。

7、对定期监督和检验发现硬度异常焊缝产生缺陷时，必须及时进行处理，并缩短同类焊缝的定期复检周期。

五、结语

火电厂P91管道在投运后会发现其焊缝硬度偏高的异常情况，其产生的原因还在于工艺的制定和执行，以及施工过程中质量验收的管控，克服了这些问题，将有效改善焊缝硬度问题。同时面对这些已经发生了的问题，应从根本原因上分析，找出应对的方法和措施，从而在技术上和管理上解决问题，保证这些主要管道安全使用的性能。

参考文献：

[1]DL/T438-2016《火力发电厂金属技术监督规程》中国电力出版社，2009

[2]DL/T869-2012《火力发电厂焊接技术规程》中国电力出版社，2012

[3]NB/T47013-2015《承压设备无损检测》新华出版社，2015

[4]DL/T884-2004《火力发电厂金相检验与评定技术导则》中国电力出版社，2004

[5]DL/T819-2010《火力发电厂焊接热处理技术规程》中国电力出版社，2010

[6]GB/T30583-2014《承压设备焊后热处理规程》中国标准出版社，2014

[7]《P91主蒸汽管道焊缝断裂韧度与其它力学性能的关系》中国电机工程学报，2005

[8]GB/T17394-2014《金属材料里氏硬度试验》中国标准出版社，2014

作者简介：

姓名：王安平；职称等级：工程师；从事专业：金属监督、焊接管理；