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摘要：马氏体高合金耐热钢P92钢以其良好的高温热强性和抗氧化性能，在超超临界发电机组的高温、高压管道上得以广泛应用。P92钢应用过程中的主要问题是焊接冷裂纹及焊缝的韧性低。研究发现通过采取合理的焊接及热处理工艺，并经冲击、拉伸和硬度试验检测其焊接性能，结果表明，P92钢焊接接头可以获得良好的韧性和强度。本文主要介绍了P92钢的焊接工艺，研究了其热处理工艺及特点，为P92钢的焊接工艺制定提供依据。
关键词：P92钢 焊接工艺 裂纹
为了提高机组的运行效率，火电机组运行参数（蒸汽、压力）和机组容量在不断增加，从而对耐热钢提出了更为苛刻的要求。新型铁素体耐热钢T/P92钢的开发应用，正是超临界百万千瓦级别发电机组的关键技术之一。
P92钢是在积累大量P91钢长期运行数据的基础上，又在对P91钢继续研究下提出的新一代热强钢，其主要特点是添加了钨元素，降低钼等降低钢高温稳定性的元素含量，使其高温稳定性得以大幅提高。由P92钢CCT曲线可以看出，T/P92钢在较宽冷却速度范围内都会发生马氏体转变，在焊接过程会出现冷裂纹及脆化现象。为降低裂纹倾向，改善焊缝组织及性能，必须采取合理的焊接及热处理工艺，保证焊缝马氏体得到充分回火，使P92钢焊缝热处理后为单一的回火马氏体组织。为适应我国火电建设需要，提高P92钢焊接技术水平，因此，掌握其焊接工艺特点和热处理方法势在必行。
一、可焊性分析
1.焊缝韧性低
P92钢焊接时熔敷金属中的Nb、V等微合金化合元素仍会大部分固溶在金属中，固溶强化降低了焊缝韧性，且W的存在更加剧了焊缝韧性的降低。另外，如果焊接线能量输入过大，熔池高温停留时间较长，过热金属晶粒会严重长大，直接影响焊缝抗冲击承载能力。
2.焊接冷裂纹
虽然T/P92钢的C、S、P等元素质量含量低，且具有晶粒细、韧性高的特点，焊接冷裂纹倾向大为降低，但仍还有一定倾向，应严格控制预热温度，焊后及时热处理。
二、P92钢焊接工艺
1.焊接方法
P92小管焊口采用全氩弧焊GTAW；P92大管焊口采用氩弧焊打底/手工电弧焊盖面。
2.焊接材料
焊丝选用ThermanitMTS616－ER90S-G，φ2.4；焊条ALCROMOCORD92，φ2.5、φ3.2。
3.焊接工艺参数
焊接参数垂直固定时偏上限选取，水平固定焊及小径管偏下限选取。大径管氩弧焊打底至少2层，φ2.5mm焊条焊2层，然后使用φ3.2mm焊条。
4.温度控制
小口径焊口选用便携式远红外测温仪，大中径厚壁采用电脑控温。测温方法：预热温度在坡口内测量，层间温度在起焊点前50mm处测量。
5.焊前预热
5.1预热方法
P92小管焊口采用火焰预热，火焰距离焊口10mm以上，喷嘴移动均匀，不得长时间在同一位置停留，防止氧化或对母材增碳，加热宽度每侧不小于100mm；P92焊口采用电加热预热，每侧加热宽度为母材壁厚的3倍，且不小于100mm。在温度记录仪显示到达预热温度后，应保持该温度30min后方可开始焊接，以保证预热温度的匀透性，减小温度梯度。
5.2预热温度和层间温度
焊接过程中可以将温度降至200℃左右，这样有利于层间温度的控制。
5.3升降温速度
大中径厚壁管道升降温速度按6250/δ计算，满足升温速度80～150℃/h，降温速度≤150℃/h。
5.4P92焊口应尽量一次性连续焊完
如果特殊情况一次焊接未能完成，而夜间未安排施工，可将层间温度控制在80～100℃，第二天热处理人员提前再将温度升到预热温度；或在当天焊接结束后，将温度降到80～100℃，恒温2h后，再将温度升到预热温度，尽量保证马氏体转变过程。
6.背部充氩
对口前，在管内距坡口中心两侧各200～300mm处用可溶纸封堵做成密封气室，对口后，在坡口处间隙处用保温棉进行封堵，然后向管内充氩排尽气室内空气。焊接时拨开一段焊接一段，最后打底焊接收口时，注意调节控制好氩气流量大小，确保打底焊接质量。开始充氩气流量可为10～20L/min，施焊过程中应保持在8～10L/min。
7.直径194mm以上的P92焊口采用两人对称焊，打底时相互配合，一名焊工施焊，另一名焊工用手电筒观察焊缝背面的透度情况，发现问题及时处理。
8.T/P92钢对线性能量输入十分敏感，需严格控制焊接温度
电弧焊最大焊条选φ3.2mm，焊层厚不大于焊条直径，焊道宽度不大于焊条直径的4倍；要选择合适的预热温度，若温度过高，焊接时焊缝温度会提升非常快，若过低，将会影响打底焊质量，甚至于出现裂纹缺陷。
9.焊后热处理
9.1采用远红外电加热高温回火工艺，热电偶采用电溶放电的方式固定（焊）在焊缝上对于φ＜273mm的管道，采用一只热电偶点焊在焊缝中心测温；对于间隙小于100mm的排管，则采用两只热电偶，分别点焊在两端焊口的焊缝中心；对于φ＞219mm且壁厚大于20mm的管道，加热器应分区控制，并适当增加温度监控点（不少于3点）。
9.2热处理参数
恒温温度：（760±10）℃；恒温时间以焊件内外壁厚温差不大于20℃为准，大管时间为：（2～3）×1h/25mm；小管径时间为10min/mm，且不小于1h。升温速度80℃/h～150℃/h，降温速度≤150℃/h。4.9.3对于管道系统长的大径焊口降低降温速度热处理时应适当增加保温宽度，延长保温时间，同时在升降温速度过程中，尽量保证焊口在300℃以上高温区时间较长，即降低降温速度。升温时300℃以下按照计算速率，300℃以上采用80℃/h，降温过程300℃以上采用100℃/h，300℃以下可以不控制。
三、焊接及热处理工艺注意要点
第一，P92钢焊接控温精度要求高，所有的焊接、热处理机具设备必须经过计量合格。预热及热处理用热电偶须经过计量检定，并有可靠方式对热处理设备的温度误差进行校核和补偿。为保证根部质量，采用氩弧焊打底并填充一层，即用氩弧焊焊两层，防止出现根部裂纹。
第二，为避免层间温度过高、焊层过厚，导致形成焊缝晶粒粗大，影响焊接接头力学性能，焊条电弧焊填充及盖面均采用φ3.2mm的焊条施焊。焊接操作中采用小摆动、薄焊道、快焊速、多层多道焊工艺，手工电弧焊单层单道厚度不超过焊条直径，摆动宽度不大于焊条直径的3倍，最大线能量不超过20KJ/cm，各项规范参数应在工艺卡允许范围内。
第三，严格监控焊接过程中的层间温度，层间温度控制在200～250℃，除合理布置热电偶位置进行监测外，焊接过程中用手提式测温仪再次进行温度监控，确保层间温度不超过250℃。焊接接头不能及时进行热处理时，应在马氏体转变完成后立即做300～350℃恒温2h的后热处理。
第四，焊后热处理采用分区控温法严格控制整个试件的温度，尽可能使温差在10℃以内，确保整个焊接接头最终成为细小的回火马氏体组织。
第五，热处理完成后要做硬度检测。为保证焊缝冲击功达到41J以上，热处理焊缝HB硬度宜控制在180～250HB范围内。
四、结论
马氏体高合金耐热钢P92以其良好的高温抗拉强度和蠕变性能，已广泛应用于超超临界机组的高温、高压管道上。在实际施工过程中，根据以上制定的焊接和热处理工艺操作，可有效保证接头的焊接质量，能够满足焊接接头的使用要求。
参考文献
[1]程东岳，潘晓杰. 有关P92钢的现场焊接及热处理工艺探讨[J]. 科技创新导报. 2010（09）.
[2]杨秀义，程文俊. SA-335P122钢焊接及热处理探讨[J]. 科技促进发展（应用版）. 2010（06）.
关键词：P92钢 焊接工艺 裂纹
为了提高机组的运行效率，火电机组运行参数（蒸汽、压力）和机组容量在不断增加，从而对耐热钢提出了更为苛刻的要求。新型铁素体耐热钢T/P92钢的开发应用，正是超临界百万千瓦级别发电机组的关键技术之一。
P92钢是在积累大量P91钢长期运行数据的基础上，又在对P91钢继续研究下提出的新一代热强钢，其主要特点是添加了钨元素，降低钼等降低钢高温稳定性的元素含量，使其高温稳定性得以大幅提高。由P92钢CCT曲线可以看出，T/P92钢在较宽冷却速度范围内都会发生马氏体转变，在焊接过程会出现冷裂纹及脆化现象。为降低裂纹倾向，改善焊缝组织及性能，必须采取合理的焊接及热处理工艺，保证焊缝马氏体得到充分回火，使P92钢焊缝热处理后为单一的回火马氏体组织。为适应我国火电建设需要，提高P92钢焊接技术水平，因此，掌握其焊接工艺特点和热处理方法势在必行。
一、可焊性分析
1.焊缝韧性低
P92钢焊接时熔敷金属中的Nb、V等微合金化合元素仍会大部分固溶在金属中，固溶强化降低了焊缝韧性，且W的存在更加剧了焊缝韧性的降低。另外，如果焊接线能量输入过大，熔池高温停留时间较长，过热金属晶粒会严重长大，直接影响焊缝抗冲击承载能力。
2.焊接冷裂纹
虽然T/P92钢的C、S、P等元素质量含量低，且具有晶粒细、韧性高的特点，焊接冷裂纹倾向大为降低，但仍还有一定倾向，应严格控制预热温度，焊后及时热处理。
二、P92钢焊接工艺
1.焊接方法
P92小管焊口采用全氩弧焊GTAW；P92大管焊口采用氩弧焊打底/手工电弧焊盖面。
2.焊接材料
焊丝选用ThermanitMTS616－ER90S-G，φ2.4；焊条ALCROMOCORD92，φ2.5、φ3.2。
3.焊接工艺参数
焊接参数垂直固定时偏上限选取，水平固定焊及小径管偏下限选取。大径管氩弧焊打底至少2层，φ2.5mm焊条焊2层，然后使用φ3.2mm焊条。
4.温度控制
小口径焊口选用便携式远红外测温仪，大中径厚壁采用电脑控温。测温方法：预热温度在坡口内测量，层间温度在起焊点前50mm处测量。
5.焊前预热
5.1预热方法
P92小管焊口采用火焰预热，火焰距离焊口10mm以上，喷嘴移动均匀，不得长时间在同一位置停留，防止氧化或对母材增碳，加热宽度每侧不小于100mm；P92焊口采用电加热预热，每侧加热宽度为母材壁厚的3倍，且不小于100mm。在温度记录仪显示到达预热温度后，应保持该温度30min后方可开始焊接，以保证预热温度的匀透性，减小温度梯度。
5.2预热温度和层间温度
焊接过程中可以将温度降至200℃左右，这样有利于层间温度的控制。
5.3升降温速度
大中径厚壁管道升降温速度按6250/δ计算，满足升温速度80～150℃/h，降温速度≤150℃/h。
5.4P92焊口应尽量一次性连续焊完
如果特殊情况一次焊接未能完成，而夜间未安排施工，可将层间温度控制在80～100℃，第二天热处理人员提前再将温度升到预热温度；或在当天焊接结束后，将温度降到80～100℃，恒温2h后，再将温度升到预热温度，尽量保证马氏体转变过程。
6.背部充氩
对口前，在管内距坡口中心两侧各200～300mm处用可溶纸封堵做成密封气室，对口后，在坡口处间隙处用保温棉进行封堵，然后向管内充氩排尽气室内空气。焊接时拨开一段焊接一段，最后打底焊接收口时，注意调节控制好氩气流量大小，确保打底焊接质量。开始充氩气流量可为10～20L/min，施焊过程中应保持在8～10L/min。
7.直径194mm以上的P92焊口采用两人对称焊，打底时相互配合，一名焊工施焊，另一名焊工用手电筒观察焊缝背面的透度情况，发现问题及时处理。
8.T/P92钢对线性能量输入十分敏感，需严格控制焊接温度
电弧焊最大焊条选φ3.2mm，焊层厚不大于焊条直径，焊道宽度不大于焊条直径的4倍；要选择合适的预热温度，若温度过高，焊接时焊缝温度会提升非常快，若过低，将会影响打底焊质量，甚至于出现裂纹缺陷。
9.焊后热处理
9.1采用远红外电加热高温回火工艺，热电偶采用电溶放电的方式固定（焊）在焊缝上对于φ＜273mm的管道，采用一只热电偶点焊在焊缝中心测温；对于间隙小于100mm的排管，则采用两只热电偶，分别点焊在两端焊口的焊缝中心；对于φ＞219mm且壁厚大于20mm的管道，加热器应分区控制，并适当增加温度监控点（不少于3点）。
9.2热处理参数
恒温温度：（760±10）℃；恒温时间以焊件内外壁厚温差不大于20℃为准，大管时间为：（2～3）×1h/25mm；小管径时间为10min/mm，且不小于1h。升温速度80℃/h～150℃/h，降温速度≤150℃/h。4.9.3对于管道系统长的大径焊口降低降温速度热处理时应适当增加保温宽度，延长保温时间，同时在升降温速度过程中，尽量保证焊口在300℃以上高温区时间较长，即降低降温速度。升温时300℃以下按照计算速率，300℃以上采用80℃/h，降温过程300℃以上采用100℃/h，300℃以下可以不控制。
三、焊接及热处理工艺注意要点
第一，P92钢焊接控温精度要求高，所有的焊接、热处理机具设备必须经过计量合格。预热及热处理用热电偶须经过计量检定，并有可靠方式对热处理设备的温度误差进行校核和补偿。为保证根部质量，采用氩弧焊打底并填充一层，即用氩弧焊焊两层，防止出现根部裂纹。
第二，为避免层间温度过高、焊层过厚，导致形成焊缝晶粒粗大，影响焊接接头力学性能，焊条电弧焊填充及盖面均采用φ3.2mm的焊条施焊。焊接操作中采用小摆动、薄焊道、快焊速、多层多道焊工艺，手工电弧焊单层单道厚度不超过焊条直径，摆动宽度不大于焊条直径的3倍，最大线能量不超过20KJ/cm，各项规范参数应在工艺卡允许范围内。
第三，严格监控焊接过程中的层间温度，层间温度控制在200～250℃，除合理布置热电偶位置进行监测外，焊接过程中用手提式测温仪再次进行温度监控，确保层间温度不超过250℃。焊接接头不能及时进行热处理时，应在马氏体转变完成后立即做300～350℃恒温2h的后热处理。
第四，焊后热处理采用分区控温法严格控制整个试件的温度，尽可能使温差在10℃以内，确保整个焊接接头最终成为细小的回火马氏体组织。
第五，热处理完成后要做硬度检测。为保证焊缝冲击功达到41J以上，热处理焊缝HB硬度宜控制在180～250HB范围内。
四、结论
马氏体高合金耐热钢P92以其良好的高温抗拉强度和蠕变性能，已广泛应用于超超临界机组的高温、高压管道上。在实际施工过程中，根据以上制定的焊接和热处理工艺操作，可有效保证接头的焊接质量，能够满足焊接接头的使用要求。
参考文献
[1]程东岳，潘晓杰. 有关P92钢的现场焊接及热处理工艺探讨[J]. 科技创新导报. 2010（09）.
[2]杨秀义，程文俊. SA-335P122钢焊接及热处理探讨[J]. 科技促进发展（应用版）. 2010（06）.