T91/P91 钢焊接工艺及参数的优化 T91/P91钢广泛用于锅炉过热器、主蒸汽及再热器管道。各电站单位对其进行了焊接工艺评定试验,总的说来大同小异,虽说工艺方案己基本运用成熟,但其焊接工艺及参数还有待进一步优化。 1 T91/P91钢的焊接性分析
% \1 N. r0 @% `, F W! Y; z1.1 T91/P91钢的组织为马氏体,供货状态一般为正火+回火,属于高合金钢,焊接性较差,易出现冷裂纹、焊接接头脆化、HAZ区软化等间题,必须严格按照工艺规程,方可获得满意的焊接接头。% b# |6 W; N# `0 p8 w, h
1.2 应该严格控制焊接和热处理温度,采用较小的参数焊接是应注意的重点。- e: W# g; ?& }. I7 V# L4 X; t* a. J
1.3 热处理保温时间的适当延长,有利于焊接接头常温冲击韧度的提高。5 k* @1 f8 _) ?3 h; L1 r' P5 ]
2 钢材和焊材
! X* h! _9 [- V" B+ R 该种钢材及其焊材部分国家牌号对照,见表1、表2。
! P) W; ~9 Z+ G; O, A) Y7 f) k8 h2 o) q: o: j
3 焊前准备3 @; t3 S5 }; @& [
3.1 焊接设备选用带衰减的逆变式直流弧焊机。7 m3 L3 ]# P" e1 I# ~& L$ o9 @2 ?
3.2 焊丝去除表面的油、垢及锈等污物,露出金属光泽。
; C- y& V! q5 Y 焊条经过 35O℃烘焙 1.5—2 h,置于 8O—10O℃保温筒内,随用随取。4 g4 w# U6 G7 j
3.3 坡口制备关键注意两点
& ? K1 u( V- h) f) z 第一,钝边厚度不超过2mm,以防铁水流动性差而造成根部未熔合。
* V( n5 `, n* R5 T2 @, q, p 第二,坡口及其内外两侧 15—2O mm 范围内打磨至露出金属光泽。
2 q3 s5 B. w( c/ y7 n3.4 对口6 i. t3 l1 b# S: `: c9 E1 d4 u
3.4.1 T91/P91钢在不预热条件下焊接裂纹可达10O%,所以不得在管道上焊接任何临时支撑物,不得强行对口,以1少附加应力。5 Y, i+ V- k) I) H
3.4.2 小口径管道对口间隙控制在1.5—2.5mm之间,大口径管道对口间隙控制在3—4 mm 之间,间隙太大,不易操作,容易产生未熔焊接头;间隙太小,易产生未焊透的缺陷。! {( k5 h' g& a1 V, c& w
3.4.3 该钢种材质特殊,对口方法一般有两种。一种是在坡口内侧使用定位块(Q235材质)点固焊口,点固前一般用火焰预热,该方法预热温度不容易控制,而且管壁温差较大,易产生内应力。远红外加热片从工序上讲是在对好焊口后才进行绑扎,也无法采用电阻加热,所以这种对口方法不宜采用。另一种是采用自制专用夹具(见图1),此夹具制作简单,成本低廉,一种规格的管径制备其对应的夹具。对口合适后,通过螺栓紧固将管壁固定。采用这种方法,能保证点固焊同正式焊的工艺相同,利用夹具固定焊口时,焊前预热温度需比所定参数提高50℃。, ~5 n+ s+ D6 x; |- ~
4 m l& ^( O6 i1 F y2 O. [
4 焊接工艺5 C$ P$ Q% F3 p! Y. ?, g& D, ^
4.1 焊接方法:电厂的建设中,常采用TIG+SMAW。
6 b2 U X: C8 Y3 t0 o4.2 焊前预热。3 ~0 [8 C( `8 u3 n
氩弧焊打底时预热温度取16o—180℃,温度过高不利于焊工操作,易产生夹丝、未焊透缺陷,还会加重根部氧化。! K( d( Z! _4 y- F- @
电弧焊填充时,道间温度控制在280-320℃之间,因为第一,从工艺上讲,为防止产生热裂纹和减少区的粗晶脆化,需选择小参数,以减少高温停留时间,但采用小参数,焊缝冷却速度快。容易产生淬硬组织而导致冷裂纹、这是个矛盾。T91/P91钢的MS点转变温度大约在380℃左右,预热温度选在28O-320℃,即MS点温度附近,既能保怔高温停留时间短,又能使马氏体转变时冷速缓慢,并形成自回火马氏体,解决了既要采用小参数,又不能让焊缝冷速太快的矛盾。第二,从手工操作上讲,该种钢的焊条在300℃左右的预热温度下,有最佳的操作性能,熔滴过渡及铁水流动性和飞溅都明显改变。; t9 m2 V# ~' \
4.3 TIG打底焊- ^* J& K- K$ N5 z7 f% O, j
4.3.1 为防止T91/P91钢焊缝根部氧化,焊前在管内充氩保护。充氩保护范围以坡口轴向中心为基础,每侧各25O-30Omm处贴上两层可溶纸(可用报纸代替)。用浆糊粘住,做成密封气室。利用细铜管把头敲扁插人焊缝内(有探伤孔的管道可从探伤孔充氩),大管流量为 20—30 L/min,小管流量一般为10—15 L/min。充氩时,当感觉氩气从焊缝间隙轻微返出时(也可用打火机是否熄灭来判断),用石棉条将焊口间隙堵住,此时将氩气流量减少1/3,流量过大会产生内凹的缺陷。焊一段石棉条拔开一段。
+ l- z0 B0 b. I4 G9 _2 c4.3.2 采用两层 TIG打底,通过减少热输入,可有效地降低根部焊缝氧化程度,保证打底质量。, |4 B, x) b, A/ w4 x& m, j9 j/ Y0 k
4.3.3 操作上应特别注意收弧质量,收弧时先将焊接电流衰减下来,填满弧坑后移向坡口边沿收弧,以防产生弧坑裂纹。
' R( a. l/ _4 x9 O$ m; F+ l: u: `% ~4.3.4 TIG 焊工艺参数见表 3
7 m4 k* i. T0 [3 M0 A' q" S9 u* }: b9 Q! Z
4.4 SMAW 焊! Y# _0 M9 n+ q C7 C, ]% o
4.4.1 SMAW焊应注意道间温度的控制,采用小参数、多层多道焊。其工艺参数见表4。
1 r6 @5 c9 o7 j* b& }/ o0 s. Q- m H; T( U, G8 ]' X8 t0 H
4.4.2 注意焊条的摆动,焊层厚度以等于焊条直径为宜,焊道宽度以焊条直径的3倍为宜,严格控制焊接热输入,中间填充层宜采用Φ3.2mm的焊条,最后两层使用Φ4.0mm的焊条。因为焊接热输人对焊缝冲击韧度有很大影响,切忌使用大参数。每根焊条收弧都用衰减电流,待熔地填满后再收弧,以防产生弧坑裂纹。
. V- W" q2 d0 Y/ t+ R4.4.3 用角磨机或钢丝刷彻底清理道间焊渣及飞溅,特别是焊缝接头处和坡口边缘处。清理时不可用榔头、錾子过重敲击焊缝。! U3 Y' v* X5 }* {
5 焊接及焊后热处理
1 Q" I! V5 U: Z4 b) v# C2 W, _5.1 图2为焊接过程中温度曲线示意图。6 E( }8 j+ ~. a+ S+ x+ d: b& ?& ?* b
- o* J) N' e( Y5 ^/ v" ] 热处理升温速度 当 δ<25 mm时为 220℃/h;δ≥25mm时为 150℃/h。降温速度 当 δ<25 mm时为 150℃/h;δ≥25 mm 时为100℃/h。/ B* {2 E/ D% S" K T/ D# P0 v) R7 [3 F
" [( \7 l3 ~: R- z8 ^5.2 恒温时间(见表5)
* [# ~$ S/ a i7 D/ Y2 |
: c/ [6 I1 F% D( s6 u A5.2.1 焊接完毕需在 100—120℃的温度下桓温 1h,将残余奥氏体(A)全部转变为马氏体(M)后,才能进行升温热处理。' p# c6 l; l9 j) |
5.2.2 恒温时间按壁厚的不同在各范围内取值,壁薄的取下限,壁厚的取上限。3 J6 s8 X1 N( v- B; r, D
5.2.3 上述恒温时问比一般资料的参数稍长,试验证明,恒温时间的适当延长,有利于冲击韧度的明显提高,通过延长恒温时间可解决T91/P91钢焊接接头常温冲击韧度低的问题。8 {* N! I, I% s8 x1 G
5.3 回火温度' K; w* g6 f2 X5 ]
热处理为高温回火,最佳回火温度为 760 ±10℃。
' X8 W! f$ i# g. H; A3 J6 结论
2 M4 d& K7 q- R" G( ~(1)该工艺参数用于阳城电厂主蒸汽管道、过热器和过负荷导管道的焊接,各项技术指标完全符合要求。
$ E2 N4 ~8 C! @/ ~2 I(2)随着T91/P91钢的大量使用,制定出符合钢材性能的最优规范,直接用于生产建设,避免各生产单位重复性的工艺评定试验,具有很好的经济效益和社会效益。0 R- t/ ?' p5 h) m9 J
|