T91／P91 钢焊接工艺及参数的优化

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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
1.1 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。
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。
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。
2 钢材和焊材
　　该种钢材及其焊材部分国家牌号对照，见表1、表2。
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2 N5 m+ M6 x" n% }3 焊前准备
3.1 焊接设备选用带衰减的逆变式直流弧焊机。
7 s5 z" C# s4 X( g, m4 P6 K6 Z/ C% j  L3.2 焊丝去除表面的油、垢及锈等污物，露出金属光泽。
% g) @# J7 E- z  n: P" Z4 z　　焊条经过 35O℃烘焙 1.5—2 h，置于 8O—10O℃保温筒内，随用随取。
( I) ]# s8 z2 A% \) Z. B; v4 u3.3 坡口制备关键注意两点
: Q2 h2 N  `+ M* y; r- b  T　　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。
　　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。
' N; d$ |. t* v# Y3.4 对口
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。
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。
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℃。

4 焊接工艺
" G( _, A9 I7 G2 V  j, k4.1 焊接方法：电厂的建设中，常采用TIG＋SMAW。
4.2 焊前预热。
　　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。
　　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。
4.3 TIG打底焊
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。
) }) u# p. S5 k) o0 |/ G- t% K4.3.2 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。
4.3.3 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。
4.3.4 TIG 焊工艺参数见表 3
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4.4 SMAW 焊
* \/ A$ L' |1 f( I$ S& Z4.4.1 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。
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6 \* l# c$ u$ I2 ]! \! R0 w- R1 _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。
& J# W' m% d) R; Z& 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。
! N+ {9 k5 @' U' E5 焊接及焊后热处理
5.1 图2为焊接过程中温度曲线示意图。
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　　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。

5 v1 K/ \' |6 }0 w7 v, X# v5.2 恒温时间（见表5）

5.2.1 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。
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。
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。
5 E& t. m: L- h2 }8 F5 _: B! a5.3 回火温度
6 ~" p5 a+ h8 B9 p1 p热处理为高温回火，最佳回火温度为 760 ±10℃。
# a- l* b$ A! a0 T6 结论
（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。
（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。
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澳华

非常好的文章, 有一个小问题请教一下, 焊后热处理后, 焊口 (HAZ & WM) 最大允许硬度应是多少? 谢谢!

hyl78_1997

参数表看不见呀