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T91/P91 钢焊接工艺及参数的优化

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发表于 2007-11-1 13:31:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
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
' I" w9 a9 F: _. t1.1 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。
5 y# E, v/ R7 _8 t% e8 V7 _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。
- ]4 Y' B  a( K) S1.3 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。

3 I- b& a  K5 {/ V2 钢材和焊材9 I& _$ K$ \; x* ~* A& ]9 j
  该种钢材及其焊材部分国家牌号对照,见表1、表2。
! r; }: A& _+ X: C4 W( Q0 ]  n& G& ]$ |, e2 [7 ~
3 焊前准备
  |7 K; t9 z* ~( y3.1 焊接设备选用带衰减的逆变式直流弧焊机。, y5 ^% B/ i7 H7 X7 G* O( E
3.2 焊丝去除表面的油、垢及锈等污物,露出金属光泽。/ D. p: h* O; c3 Z
  焊条经过 35O℃烘焙 1.5—2 h,置于 8O—10O℃保温筒内,随用随取。6 c5 k) [8 D5 Q+ D6 b$ b/ g3 h
3.3 坡口制备关键注意两点( T, R. E5 `) n4 Y: o
  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。0 i  ^4 D3 o. x8 @4 T- Z
  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。  v/ g* @2 i( q: X  R
3.4 对口# d4 Y1 [* l; c
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。
! l5 K0 _# c: l1 j) t8 l2 Y3.4.2 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。+ ?2 F) D/ e4 _& J3 C4 M* R( h
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℃。

# I# w2 ^0 c2 g& \
# M0 \( _! F/ X7 O1 ]* `+ Z4 焊接工艺
1 G0 ~; m$ q7 n" A* T' G4.1 焊接方法:电厂的建设中,常采用TIG+SMAW。" m, ?6 U- O- {. j
4.2 焊前预热。
1 c/ Z) P$ n8 @' R1 u* 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。) X/ ?6 `# y, m8 J+ ^: c
  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。
0 a) u4 b+ j' n" Y4.3 TIG打底焊& }5 u6 Q" R" F$ }  \
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。
4 S! m6 s$ m" E4.3.2 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。0 |0 X" g. `8 T" I4 M* \" }
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。* O0 i9 x8 I  q1 S5 J
4.3.4 TIG 焊工艺参数见表 3

$ ]% _7 U+ q9 V$ `$ \2 ^0 S, e8 {! K. }* V( ^0 @; `. J7 X/ \) T" i$ d. ?% t
4.4 SMAW 焊
- i3 _  ?( i- ]7 k+ a5 L4.4.1 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。

* h0 e9 x# I% l3 }6 R/ d5 f% ^6 w0 y9 b5 b1 d  \
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。7 J+ b  C' n+ {# ]# T) @  j* z
4.4.3 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。

. H, n! W6 n% E0 X) a5 焊接及焊后热处理+ r! ?+ |& D; e
5.1 图2为焊接过程中温度曲线示意图。# A3 E$ J0 B' g+ H3 N8 V: f0 B

: P* y& _- R5 t* v( v& 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。. H2 l. A! W' Q& c2 v/ v

% x7 ?  K' K0 ^' q4 Z  G2 {* s5.2 恒温时间(见表5). H! c9 b0 ?3 A2 V! X

3 m! O' g3 E/ R1 {, y5 Y5.2.1 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。; {) I+ f( s$ I  s
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。
% O8 w, b. H. E  o5 b5.2.3 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。
7 D4 I; _" u" y  f6 ~' v6 ~2 X6 w5.3 回火温度
) e$ u# j$ E1 v6 I: L热处理为高温回火,最佳回火温度为 760 ±10℃。
! X9 z7 r4 G( @* N( f, j) N
6 结论
  J9 t8 f3 y$ Z9 y+ \* L4 H! p(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。# M: z1 D; c2 {# q. W5 g
(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。
+ O2 G9 m% D3 T5 j
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发表于 2008-3-2 19:38:42 | 显示全部楼层
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!

+ {5 x4 J* n6 j, d
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发表于 2013-10-16 08:38:22 | 显示全部楼层
参数表看不见呀
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