T91／P91 鋼焊接工藝及參數的優化

漂流瓶

T91／P91 鋼焊接工藝及參數的優化                                       T91／P91鋼廣泛用于鍋爐過熱器、主蒸汽及再熱器管道。各電站單位對其進行了焊接工藝評定試驗，總的說來大同小異，雖說工藝方案己基本運用成熟，但其焊接工藝及參數還有待進一步優化。 1 T91／P91鋼的焊接性分析
1.1 T91／P91鋼的組織為馬氏體，供貨狀態一般為正火＋回火，屬于高合金鋼，焊接性較差，易出現冷裂紋、焊接接頭脆化、HAZ區軟化等間題，必須嚴格按照工藝規程，方可獲得滿意的焊接接頭。
1.2 應該嚴格控制焊接和熱處理溫度，采用較小的參數焊接是應注意的重點。
) i, F% \8 X  _5 e/ J6 m& W1.3 熱處理保溫時間的適當延長，有利于焊接接頭常溫沖擊韌度的提高。
2 鋼材和焊材
　　該種鋼材及其焊材部分國家牌號對照，見表1、表2。

2 T; U3 t% d8 |# m, A6 P% s3 焊前準備
3.1 焊接設備選用帶衰減的逆變式直流弧焊機。
) X' s5 _/ v; `7 i' D7 t/ J; I3.2 焊絲去除表面的油、垢及銹等污物，露出金屬光澤。
　　焊條經過 35O℃烘焙 1.5—2 h，置于 8O—10O℃保溫筒內，隨用隨取。
3.3 坡口制備關鍵注意兩點
　　第一，鈍邊厚度不超過2mm，以防鐵水流動性差而造成根部未熔合。
　　第二，坡口及其內外兩側 15—2O mm 范圍內打磨至露出金屬光澤。
3.4 對口
3.4.1 T91／P91鋼在不預熱條件下焊接裂紋可達10O％，所以不得在管道上焊接任何臨時支撐物，不得強行對口，以１少附加應力。
3.4.2 小口徑管道對口間隙控制在1.5—2.5mm之間，大口徑管道對口間隙控制在3—4 mm 之間，間隙太大，不易操作，容易產生未熔焊接頭；間隙太小，易產生未焊透的缺陷。
- W% e# r: U! e: O9 |3.4.3 該鋼種材質特殊，對口方法一般有兩種。一種是在坡口內側使用定位塊（Q235材質）點固焊口，點固前一般用火焰預熱，該方法預熱溫度不容易控制，而且管壁溫差較大，易產生內應力。遠紅外加熱片從工序上講是在對好焊口后才進行綁扎，也無法采用電阻加熱，所以這種對口方法不宜采用。另一種是采用自制專用夾具（見圖1），此夾具制作簡單，成本低廉，一種規格的管徑制備其對應的夾具。對口合適后，通過螺栓緊固將管壁固定。采用這種方法，能保證點固焊同正式焊的工藝相同，利用夾具固定焊口時，焊前預熱溫度需比所定參數提高50℃。
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4 焊接工藝
: T# ~6 e& I2 ~4 ~) h4.1 焊接方法：電廠的建設中，常采用TIG＋SMAW。
8 M' B2 [; D, }2 t4 f* d4.2 焊前預熱。
' b8 ^! h+ Q) a2 P　　氬弧焊打底時預熱溫度取16o—180℃，溫度過高不利于焊工操作，易產生夾絲、未焊透缺陷，還會加重根部氧化。
　　電弧焊填充時，道間溫度控制在280－320℃之間，因為第一，從工藝上講，為防止產生熱裂紋和減少區的粗晶脆化，需選擇小參數，以減少高溫停留時間，但采用小參數，焊縫冷卻速度快。容易產生淬硬組織而導致冷裂紋、這是個矛盾。T91／P91鋼的MS點轉變溫度大約在380℃左右，預熱溫度選在28O－320℃，即MS點溫度附近，既能保怔高溫停留時間短，又能使馬氏體轉變時冷速緩慢，并形成自回火馬氏體，解決了既要采用小參數，又不能讓焊縫冷速太快的矛盾。第二，從手工操作上講，該種鋼的焊條在300℃左右的預熱溫度下，有最佳的操作性能，熔滴過渡及鐵水流動性和飛濺都明顯改變。
4.3 TIG打底焊
4.3.1 為防止T91／P91鋼焊縫根部氧化，焊前在管內充氬保護。充氬保護范圍以坡口軸向中心為基礎，每側各25O－30Omm處貼上兩層可溶紙（可用報紙代替）。用漿糊粘住，做成密封氣室。利用細銅管把頭敲扁插人焊縫內（有探傷孔的管道可從探傷孔充氬），大管流量為 20—30 L／min，小管流量一般為10—15 L／min。充氬時，當感覺氬氣從焊縫間隙輕微返出時（也可用打火機是否熄滅來判斷），用石棉條將焊口間隙堵住，此時將氬氣流量減少1／3，流量過大會產生內凹的缺陷。焊一段石棉條拔開一段。
. {- N4 ]; a; {4.3.2 采用兩層 TIG打底，通過減少熱輸入，可有效地降低根部焊縫氧化程度，保證打底質量。
- c( I. {7 \: q0 _. x. p& `% _/ ^/ g4.3.3 操作上應特別注意收弧質量，收弧時先將焊接電流衰減下來，填滿弧坑后移向坡口邊沿收弧，以防產生弧坑裂紋。
$ ]5 ^8 w8 E  c1 M! T4.3.4 TIG 焊工藝參數見表 3
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4.4 SMAW 焊
8 J1 N" q/ @/ N1 j/ V8 _4.4.1 SMAW焊應注意道間溫度的控制，采用小參數、多層多道焊。其工藝參數見表4。

" \* L5 m! C$ H# d3 S' k4.4.2 注意焊條的擺動，焊層厚度以等于焊條直徑為宜，焊道寬度以焊條直徑的3倍為宜，嚴格控制焊接熱輸入，中間填充層宜采用Φ3.2mm的焊條，最后兩層使用Φ4.0mm的焊條。因為焊接熱輸人對焊縫沖擊韌度有很大影響，切忌使用大參數。每根焊條收弧都用衰減電流，待熔地填滿后再收弧，以防產生弧坑裂紋。
8 E: ?0 i- g1 U/ q4.4.3 用角磨機或鋼絲刷徹底清理道間焊渣及飛濺，特別是焊縫接頭處和坡口邊緣處。清理時不可用榔頭、鏨子過重敲擊焊縫。
% D/ g0 e: j' |4 ~8 O- E' m9 `8 d+ q. z5 焊接及焊后熱處理
. C0 J( I8 D, {  V5 U1 \( i$ b5.1 圖2為焊接過程中溫度曲線示意圖。

　　熱處理升溫速度 當 δ＜25 mm時為 220℃／h；δ≥25mm時為 150℃/h。降溫速度 當 δ＜25 mm時為 150℃／h；δ≥25 mm 時為100℃／h。
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5.2 恒溫時間（見表5）

$ z( w/ V" j% m  J' k7 u7 m8 G5.2.1 焊接完畢需在 100—120℃的溫度下桓溫 1h，將殘余奧氏體（A）全部轉變為馬氏體（M）后，才能進行升溫熱處理。
5.2.2 恒溫時間按壁厚的不同在各范圍內取值，壁薄的取下限，壁厚的取上限。
5.2.3 上述恒溫時問比一般資料的參數稍長，試驗證明，恒溫時間的適當延長，有利于沖擊韌度的明顯提高，通過延長恒溫時間可解決T91／P91鋼焊接接頭常溫沖擊韌度低的問題。
5.3 回火溫度
% L: g' r1 f8 }7 l6 n7 c熱處理為高溫回火，最佳回火溫度為 760 ±10℃。
" h, A# q& i% e8 U2 o6 結論
% j; a7 n! q" u6 Y（1）該工藝參數用于陽城電廠主蒸汽管道、過熱器和過負荷導管道的焊接，各項技術指標完全符合要求。
（2）隨著T91／P91鋼的大量使用，制定出符合鋼材性能的最優規范，直接用于生產建設，避免各生產單位重復性的工藝評定試驗，具有很好的經濟效益和社會效益。

澳華

非常好的文章, 有一個小問題請教一下, 焊后熱處理后, 焊口 (HAZ & WM) 最大允許硬度應是多少? 謝謝!

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參數表看不見呀