p92钢厚壁管道夹层处理与焊接接头裂缝原因分析
发布时间： 2020-02-11 点击:2808次
赵建仓、王淦刚、李建勇、梁振新、孙志强
苏州热工研究院有限公司 苏州215004
摘 要:对火电厂超超临界机组四大管道工厂化生产中发现的P92管道夹层及接头裂纹问题进行分析和探讨，为服役前承压设备监督检验项目的选择提供了技术参考，并提出了预防和检验的措施建议。
关键词:P92；夹层；焊接；裂纹；原因
0 概述
火电厂超超机组四大管道工厂化配管加工的范围包括主蒸汽管道、再热热段管道、再热冷段管道、高压给水管道，温度、压力高达600℃和26MPa左右，如此高的温度和压力对管材的性能、焊接热处理工艺等提出了更高地要求。四大管道工厂化配置的生产，既方便了管道加工与焊接，也减少了由于缺陷的返修而造成经济效益的损失。但由于超超临界主要材料的过分依赖进口，加之生产周期和质量的矛盾，工厂化配管过程中仍存在诸多紧迫问题亟待解决。加强对管材、管件原材及焊接加工的全方位监督检验，做到防患于未然，不放过任何问题到安装现场，对于保证机组日后的安全运行具有至关重要的作用。1 问题的提出
1 P92管道端部夹层缺陷
某配管厂在接受委托加工的四大管道入场检验及坡口加工时，发现美国进口P92主汽及热段管道母材两端存在严重夹层裂纹缺陷，涉及的管道规格见表1。
表1 存在夹层P92管规格
序号 | 名称 | 材质 | 规格/mm |
1 | 主蒸汽管 | P92 | ID356×92 |
2 | 热段主管 | ID699×41 |
主蒸汽管和再热热段管坡口加工过程中，在坡口端面发现肉眼可见夹层，见图1及图2，经超声波探伤确认，主蒸汽管道上的夹层沿管轴方向长约150mm，再热热段管上的夹层在整根管段上均有缺陷显示。
图1 主蒸汽P92管道夹层缺陷 图2 再热热段P92管道夹层缺陷
1.2 P92焊接接头裂纹缺陷
在国内某管件厂进行工厂化配管焊接施工的1台60万千瓦国产超超临界燃煤发电机组，涉及主蒸汽、再热热段及高压旁路管道A335P92焊口数总计62只，主要规格和数量见表2。
表2 P92管焊接接头裂纹规格及数量
序号 | 名称 | 材质 | 规格/mm | 焊接接头数量/个 |
1 | 主蒸汽管 | P92 | ID432×106 | 15 |
2 | 主蒸汽管 | ID305×75 | 17 | |
3 | 再热热段管 | ID914×47 | 13 | |
4 | 再热热段管 | ID660×35 | 16 | |
5 | 高压旁路管 | ID248×62 | 1 |
该机组P92配管焊口，先后在最终热处理前超声波检验发现数量不等的大量接头裂纹缺陷（见图3），其中62只焊口中已完成满焊的8道焊口均发现裂纹，其余54道焊缝仅焊至管道壁厚三分之二厚度，亦存在不同程度裂纹缺陷，严重影响配管焊接质量。
图3 P92主汽管道配管焊接接头裂纹
2 缺陷原因分析
2.1 P92夹层的产生原因
该批次产生管道厚度方向夹层缺陷的P92管生产厂家的生产工艺为：锻胚垂直挤压后精整。其精整工艺包括：热处理、矫直、锯切、外径研磨、内径研磨、抛光。
根据GB5310-2008中的规定P92"管子不允许分层"的技术要求及美国ASME SA335"高温用无缝铁素体合金钢管"规范中类似规定，此类缺陷亦属不可接受缺陷。
协同制造厂的澄清及对夹层初步分析认为，夹层缺陷与钢锭的冶金质量及切头率、冲压加工及管子切头长度不足有关，属于进口管道原始质量问题。
2.2 P92焊接接头裂纹产生原因
2.2.1焊工培训不足
该配管厂焊工在2005年P92焊评后未施焊过P92焊口已有5年，承接本次工程后，仅邀请属地电力焊培中心技术指导培训数人次，虽然焊工拿到了合格证，但培训效果不佳，P92焊接工艺要领未完全领会和掌握。
2.2.2焊前练习不到位
该批P92配管焊接开工前1个月，焊工进行了简单的焊前练习，练习焊口有缺陷，破坏性力学检验不合格的情况下，迫于工期压力，盲目的大面积一次性铺开焊接工作面，造成大面积质量事故。
2.2.3焊接工艺与焊评参数严重不符
据了解，该批裂纹焊口当时焊接的焊层厚度严重超过了焊接工艺评定的单层厚度要求（达到5～6㎜），且沿管周向的焊接速度较慢（Φ3.2㎜焊条焊速为100㎜/根），产生缺陷的几率增大，由于原来工期紧，该焊接方法，达到了提高生产效率的目的，却牺牲了焊接质量，造成最后全面返工，欲速则不达的后果。焊接工艺纪律的不严谨是本次P92裂纹产生的主要因素之一。
2.2.4后热及热处理时机欠合理
查阅产生裂纹的主汽管道规格为ID305×75㎜的焊接接头的生产过程记录，当焊制30㎜厚时，经过350℃×4小时消氢处理后放置10天后，再进行620℃×2小时去应力处理，后又放置12天后再次进行填充及满焊完成整体热处理，其间均未进行焊态下组织100℃恒温1～2小时的全马氏体转变过程。
多次对P92接头进行的焊接及热处理热循环、以及未及时热处理导致的材料应力及组织的劣化也是导致裂纹产生的直接原因之一。
3 缺陷处理措施
3.1 P92夹层处理
鉴于该批P92部分管子肉眼发现的夹层缺陷，及国内使用同一生产厂商的用户亦发现有类似问题，决定对该批P92管子进行全面检查，由于该类缺陷基本分布于管子两端各200mm区段内，距内表面1mm~6mm范围内，因此检查方案定为每根P92管子两端各300mm范围内进行超声波探伤及磁粉探伤，探伤标准按JB/T 4730-2005进行。
按照此方案进行检验后，在同一机组的P92管子中又发现数根超声检验有超标缺陷，已通知该P92生产厂家进行处理和更换。
3.2 P92焊接接头裂纹处理
鉴于该配管厂在质量管理上的严重不规范，该机组所用P92配管工作已暂停，并在进一步分析原因基础上，进行工艺纪律整改和焊工练习，熟悉P92焊接技术规程和操作要领。加强预热、焊接及后热马氏体转变、热处理的规范演练和时间衔接。但由于本次质量事故的发生，业主方已将全部两台机组P92配管工作外委其他具备实力的厂家进行全部锯口后重新焊接。
4 几点建议
（1）目前随着超超临界机组的增多，国内P92、P91管焊接及其生产工艺已比较成熟，但在工艺执行过程把关不严，热处理温度控制不当，尚容易产生接头硬度及金相组织异常，甚至出现裂纹等严重缺陷。各操作人员包括焊工应重视焊接工艺的贯彻落实，特别是在工期和质量有矛盾时，应将质量放在第一位。
（2）加强焊口无损探伤的力度，提高缺陷检出率，根据P92、P91材质的特性，熔态流动性较差,使得在两侧坡口铁水不易流动，容易产生夹渣和未熔合及裂纹，应提高探伤人员责任心，加大检验比例，防止缺陷漏检，留下安全隐患。
（3）对P92管材夹层的问题要引起足够的重视，制定科学的检验方案，以避免有问题的管材用到新建机组中，给机组安全运行带来陷患。
5 结束语
目前超超临界火电机组已经在国内装机容量所占比例越来越大，四大管道是热力系统中重要的组成部分，在配管过程的监检中，发现了大量的问题，部分问题对机组的安全运行造成较大的隐患，应严格控制其工厂化制作过程工艺控制和监检，以确保新建机组能安全经济运行。
