P92鋼是日本新日鐵推出的用于超臨界鍋爐的9％Cr的含鎢的鐵素體鋼管，該鋼含W1．8％左右，在600％下的最長蠕變斷裂試驗時間約為45000h。1994年納入ASME Code Case，1995年和1996年分別被ASTM和ASME批準。
遼寧營口華能電廠工程l#機組是國內首臺600MW超超臨界燃煤汽輪發電機組。主機生產廠家為哈爾濱三大動力廠。其主蒸汽管道、熱段管道均為P92鋼。雖為600MW機組但主汽管道壁厚大大超過玉環電廠1000MW超超臨界機組。
下表為營口電廠P92鋼管系規格情況。
由于管子壁厚大、加工周期短，要滿足業主要求必須設法采用高效率焊接方法來實現P92鋼的焊接，為此我廠采用埋弧焊工藝來實現P92鋼的自動化焊接工作。
1 P92鋼的特性
P92鋼是經過正火及回火處理，顯微組織為回火馬氏體組織(主要是Fe／Cr／Mo的碳化物及V／Nb的氮化物)，是國內火力發電廠應用的一種新鋼種。與目前國內常用的P91鋼材(改進型9Cr-lMo)相比，P92主要是用w代替了P91中的部分Mo，另外加入了少量的B。
通過W的固溶強化及Nb,W等碳氮化物的彌散強化來提高鋼材的高的持久強度。在600℃下10萬的持久強度P92要比P91高30％一35％。但P92鋼的沖擊韌性在運行3000h后明顯下降(下降幅度達50％左右)，但在3000小時以后沖擊功下降的傾向就不明顯了，見圖1。T／P92鋼的標準化學成分和機械性能列入表2、表3，T／P92與T／P91的許用應力值見表4
由于采用了特殊精煉技術及精密鑄造技術，P92鋼的C、S、P等元素含量低、純凈度高，其焊態低C馬氏體仍具有一定的塑性，焊接冷裂紋傾向大為降低。
根據圖2所示，預熱溫度選擇在150～250°。
P92鋼的焊接
2．1焊接材料的選擇
所選取的焊材除要求焊縫金屬滿足室溫下的強度外，還必須滿足運行溫度下的韌性和強度(蠕變強度)的要求。研究表明，在使用相同的母材成分范圍而要同時滿足沖擊強度和蠕變強度的最低要求是不可能的。因此要根據各種元素及相互之間的作用進行最佳的匹配。
與母材通過細晶彌散強化不同，焊縫金屬在其熔敷成型及冷卻過程中，一些微量元素(Nb、V等)大部分固溶在焊縫金屬中，通過固溶強化反而降低焊縫韌性。因此焊縫金屬的沖擊韌性總是低于母材的。為了提高焊縫的韌性，必須合理的搭配Nb、w、V、Mn、Ni等微量元素的含量，嚴格控制P、S、N、O、H等微量有害元素及降低c含量。
伯樂——蒂森公司的MTS一616焊條、氬弧焊絲、埋弧焊絲、埋弧焊劑，通過對其熔敷金屬試驗表明，該系列焊材具有良好的焊接工藝性能，便于焊工操作的掌握。
蒂森公司T／P92焊材的熔敷金屬化學成分見表5。
2．2焊接工藝的確定
通過P92鋼熔敷金屬試驗，確定了以下的焊接工藝：采用GTAW+SMAW+SAW工藝，內充氬保護，焊前預熱，預熱溫度為150～250°，層間溫度控制在300°以內。采用較小的焊接線能量，采取多層多道焊并避免過厚的焊道，努力使熱影響區軟化帶變得窄一些，縮小其影響。焊后冷卻到80～100°時進行馬氏體轉變，然后進行760℃±10℃恒溫6h的焊后熱處理。
我們進行了Di248×57mm的P92試件按制定的工藝進行了評定，評定結果符合設定的要求。
2．3焊接工藝的實施要點
2．3．1工藝
采用GTAW+SMAW+SAW內充氬保護工藝。為防止埋弧焊焊擊穿打底層，我們進行2層氬弧焊打底，不少于四層手工焊填槽，然后應用埋弧焊。焊接工藝參數見表6。
2．3．2充氬
為防止焊縫根部氧化，在氬弧焊打底(2層)及電焊填充的第一層必須進行充氬保護。常用的充氬方法是采用氣室密封充氬，氣室的封堵材料可以是高溫橡膠、水溶紙等，充氬的好壞直接關系到焊縫根部的質量及施工是否能順利的進行。
充氬的主要目的是為了防止高鉻材料焊接時背面氧化，如果施工遇到難以進行充氬的焊口時，建議可以采用太陽牌免充氬焊劑對口前涂在坡口背面也可起到抗氧化效果，我廠在焊P91鋼時應用過此方法，效果良好。
2．3．3預熱
預熱方法采用電加熱方式，氬弧焊打底時，按理論要求預熱溫度為150°C即可進行打底，但為了考慮生產實際控制，便于與手工焊預熱溫度銜接緊密，不停工，有意將打底溫度提到200°時進行焊接。注意測溫要用點溫計測量坡口內實際溫度為準。在這里建議P92鋼溫度測量用遠紅外測溫儀時要調整其發射率，建議按不銹鋼的發射率選擇。
2．3．4焊接要點
2．3．4．1焊前及過程中的清理對口前，應將焊口每側(15—20)mm范圍、管子內外壁的油、垢、銹、漆等清理干凈，直至發出金屬光澤；
坡口處母材無裂紋、重皮、坡口損傷及毛刺等缺陷；每只焊口施焊前必須進行PT檢驗(檢驗范圍坡口及其邊緣20mm范圍)，檢驗合格后方可施焊；焊接過程中應注意避免保溫材料等異物落入焊縫中，并注意層間清理。
焊接中應將每層焊道接頭錯開10～15ram，同時注意盡量焊得平滑，便于清渣和避免出現“死角”。每層(道)焊縫焊接完畢后，應用磨光機或鋼絲刷等將焊渣、飛濺等雜物清理干凈(尤其應注意中間接頭和坡口邊緣)。
2．3．4．2焊接參數控制
與P91焊接相同，P92鋼焊件輸入熱量對焊接接頭的沖擊韌性有較大的影響，焊件輸入熱量越大，焊接接頭的沖擊韌性越低。必須采用比較小的焊接熱輸人量進行施焊，如采用小直徑焊條，采用比較小的焊接電流，采用比較快的焊接速度，采用比較低的層間溫度等。
根據工藝評定要求，焊接線能量控制在25KJ／cm范圍之內。由于焊接線能量是一個綜合控制的焊接要素，由焊接電流、焊接電壓、焊接速度共同控制，是一個抽象的數字。
為了便于現場的控制，根據焊接線能量與焊層厚度、擺動寬度及層間溫度的辯證關系，我們在施焊過程中對焊層厚度、擺動寬度、層間溫度等方面進行了控制。
在施工中要求手工焊焊層厚度不大于所用焊條直徑，擺動寬度不大于所用焊條直徑的3倍，層間溫度控制在300℃以內。同時多層多道焊接頭應錯開，嚴禁同時在一處收弧，以免局部溫度過高影響施焊質量。
埋弧焊必需嚴格控制電流、電壓、轉速的范圍，確保線能量不超標的情況下，成型良好。P92鋼埋弧焊時注意控制焊接坡口兩側的成型，避免形成凹型，以形成斜面或略凸起為宜，實踐表明焊道凹型易出現細小的裂紋，而形成斜面或略凸起為宜。
型狀示意圖如下：
埋弧焊應用后，大大加快了焊接效率，一道ID406×98／P92焊口，純手工焊兩對焊工要焊7天14個班，而應用埋弧焊用三天半就能完成，相應的生產成本也大幅下降。
P92鋼埋弧焊應用注意事項：
1)厚壁管焊接，為保證安全轉序，手工焊以焊到1，3壁厚之后再上埋弧焊為宜。
2)因埋弧焊單位時間內熱輸人大，所以一般焊接P92焊口層間溫度極易升高，不利于埋弧焊的連續進行，為此我廠規定中300以下規格P92焊口不采用埋弧焊工藝；其它采用埋弧焊的1'92焊口，層間溫度達到290。C時即停焊，待降到210℃左右再開始焊接。因為實踐發現，P92材料對溫度敏感性超過p91材料，層間溫度一旦過300℃，極易出現裂紋，降溫到2lO℃左右再開始焊接是為了保證焊接的連續時間，減少自動焊焊接接頭數量，這對提高焊縫質量有益。
3)P92埋弧焊操作由兩人配合操作，一人主控焊機操作，一人控制層間溫度和過程檢查(焊道成形、焊道表面質量等)。
3 P92鋼的熱處理
3．1馬氏體轉變
焊接結束后，立即進行降溫進行馬氏體轉變，轉變溫度為80～100℃。恒溫時間根據管子壁厚而定，但必須使整個焊接接頭溫度都能達到100℃以下同時。為使內外壁溫度能夠均勻，在焊接結束后及恒溫過程中可以將管道兩端密封板打開，讓管子內部的空氣自由流通。同時在管道壁溫較低的情況下可將預熱用的加熱器及保溫材料拆除，確保整個焊縫內外均能降溫至80—100℃，完全進行馬氏體轉變。
3．2消氫處理
熱處理過程中由于一些不可抗拒的因素，無法立即進行焊后熱處理時，可以先進行消氫處理，消氫處理溫度為350℃，消氫時間為2—3小時，然后緩慢冷卻至室溫。
3．3焊后熱處理
3．3．1熱處理升降溫速度
升溫速度
500℃以下時≤120℃／h
500℃以上時≤80℃／h
3．3．2熱處理溫度的設定
焊后熱處理的恒溫溫度為760±10℃。在實際熱處理過程中應根據所用焊材Ni、Mn含量調整實際的熱處理控溫溫度。當Ni+Mn<1．0％時，熱處理溫度應往上限設定，1．O％≤Ni+Mn<1．5％，熱處理溫度應設定為760℃。同時在設定控溫溫度時應考慮熱電偶及溫控柜的誤差。 ．
3．3．3熱處理恒溫時間的設定
按ASME標準p92鋼焊縫最少熱處理恒溫時間為lh／25mm，57mm厚約最少為2．25h。但時際通過試驗，不論是遠紅外帶式熱處理或整體爐式熱處理方法，這個時間是不夠的，玉環電廠經驗40mm厚的P92焊縫遠紅外帶式熱處理一般為6—6．5h，76mm厚的一般為9—11h。我廠評定用爐式熱處理57mm實際恒溫時間為6h，斷面硬度見表7。
根據表中值可以推斷爐式熱處理時5h應也能滿足HB<250HB。營口電廠ID292×71／P92爐式整體熱處理按6h做合格，而用遠紅外帶式熱處理方法實際需9h。由上述經驗數據初步可以推算出熱處理恒溫時間的經驗公式：
T=(2．5—3．5)δ／25h
式中δ=管子實際壁厚括號中值，爐式熱處理取偏下限，遠紅外帶式熱處理取偏上限。
3．3．4熱處理過程示意圖
4過程監督
為規范施工，嚴格執行焊接工藝，建議在施工前對各種規格焊口進行了焊道設計，并派專門人員對焊接過程進行旁站監控及記錄。監控及記錄內容包括：沖氬裝置及充氬效果、預熱溫度(氬弧焊層、電焊層)、層問溫度、焊道厚度、焊道寬度、熱電偶布置、加熱器布置，溫度設定等。使焊接施工過程符合工藝要求。
5檢驗
根據P92鋼的成分、組織和性能特點．保證P92部件的使用壽命及安全，除按現有標準的驗收指標外，業主對P92焊縫的硬度及金相提小r更嚴格的要求：對P92焊n進行了100％硬度檢驗，同時進行10％的金相微觀檢驗。焊縫硬度標準為180HB一250HB；焊縫微觀組織為以馬氏體板條清晰的回火馬氏體組織。
6結論
根據上述工藝平定結果及工藝控制要點，合理制定實際生產應用的焊接工藝規程(WPS)在營口1#機丁廠預制過程中大量應用P92鋼埋弧焊工藝，不僅質量穩定而且大大縮短了加工周期，為保證營口I#機按期水壓及發電奠定了基礎。
作者簡介：孟慶若．1972年出生，工學學士，國際焊接工程師，長期從事電力行業現場施工及工廠化加工的焊接技術管理和研發工作。
