T91／P91 鋼焊接工藝及參數(shù)的優(yōu)化

漂流瓶

T91／P91 鋼焊接工藝及參數(shù)的優(yōu)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(jìn)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(shù)還有待進(jìn)一步優(yōu)化。 1 T91／P91鋼的焊接性分析
& m& n6 a3 _6 N7 Z: O* i2 h, f8 V1.1 T91／P91鋼的組織為馬氏體，供貨狀態(tài)一般為正火＋回火，屬于高合金鋼，焊接性較差，易出現(xiàn)冷裂紋、焊接接頭脆化、HAZ區(qū)軟化等間題，必須嚴(yán)格按照工藝規(guī)程，方可獲得滿意的焊接接頭。
1.2 應(yīng)該嚴(yán)格控制焊接和熱處理溫度，采用較小的參數(shù)焊接是應(yīng)注意的重點。
6 t1 f0 F' A- Q* e  g+ @' ^1.3 熱處理保溫時間的適當(dāng)延長，有利于焊接接頭常溫沖擊韌度的提高。
( X# H4 t8 v5 p' L/ E/ s) S2 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。
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3 焊前準(zhǔn)備
3.1 焊接設(shè)備選用帶衰減的逆變式直流弧焊機(jī)。
3 x& ]$ I- X7 f; J( n  c1 I3 f  M3.2 焊絲去除表面的油、垢及銹等污物，露出金屬光澤。
& H1 S: A3 R. l& U* n. @　　焊條經(jīng)過 35O℃烘焙 1.5—2 h，置于 8O—10O℃保溫筒內(nèi)，隨用隨取。
3.3 坡口制備關(guān)鍵注意兩點
# J4 e- ]- K& x6 t　　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。
! {9 K6 W* t4 Z- v4 [& j% U　　第二，坡口及其內(nèi)外兩側(cè) 15—2O mm 范圍內(nèi)打磨至露出金屬光澤。
3.4 對口
$ _# j  l9 a5 S7 o  i3.4.1 T91／P91鋼在不預(yù)熱條件下焊接裂紋可達(dá)10O％，所以不得在管道上焊接任何臨時支撐物，不得強(qiáng)行對口，以１少附加應(yīng)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(chǎn)生未熔焊接頭；間隙太小，易產(chǎn)生未焊透的缺陷。
3.4.3 該鋼種材質(zhì)特殊，對口方法一般有兩種。一種是在坡口內(nèi)側(cè)使用定位塊（Q235材質(zhì)）點固焊口，點固前一般用火焰預(yù)熱，該方法預(yù)熱溫度不容易控制，而且管壁溫差較大，易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。遠(yuǎn)紅外加熱片從工序上講是在對好焊口后才進(jìn)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(guī)格的管徑制備其對應(yīng)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(yù)熱溫度需比所定參數(shù)提高50℃。
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# u2 e3 G5 J; @- F6 x5 B8 K4 焊接工藝
" z) n' ]* b& u( T9 U4.1 焊接方法：電廠的建設(shè)中，常采用TIG＋SMAW。
4.2 焊前預(yù)熱。
* e9 N, W# ?# A0 P4 n" h% B" w( p　　氬弧焊打底時預(yù)熱溫度取16o—180℃，溫度過高不利于焊工操作，易產(chǎn)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(chǎn)生熱裂紋和減少區(qū)的粗晶脆化，需選擇小參數(shù)，以減少高溫停留時間，但采用小參數(shù)，焊縫冷卻速度快。容易產(chǎn)生淬硬組織而導(dǎo)致冷裂紋、這是個矛盾。T91／P91鋼的MS點轉(zhuǎn)變溫度大約在380℃左右，預(yù)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(zhuǎn)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(shù)，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(yù)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。
: F# w1 s% E0 C2 E' D0 F4.3 TIG打底焊
4.3.1 為防止T91／P91鋼焊縫根部氧化，焊前在管內(nèi)充氬保護(hù)。充氬保護(hù)范圍以坡口軸向中心為基礎(chǔ)，每側(cè)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(xì)銅管把頭敲扁插人焊縫內(nèi)（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(dāng)感覺氬氣從焊縫間隙輕微返出時（也可用打火機(jī)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(chǎn)生內(nèi)凹的缺陷。焊一段石棉條拔開一段。
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(zhì)量。
% c, b5 v& s7 h/ Q' w$ n4.3.3 操作上應(yīng)特別注意收弧質(zhì)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(chǎn)生弧坑裂紋。
* f( n# V& {. o7 }( r- {5 ~4.3.4 TIG 焊工藝參數(shù)見表 3
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3 |1 ]4 s( @, D! I' L6 t4.4 SMAW 焊
4.4.1 SMAW焊應(yīng)注意道間溫度的控制，采用小參數(shù)、多層多道焊。其工藝參數(shù)見表4。
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4.4.2 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(yán)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(shù)。每根焊條收弧都用衰減電流，待熔地填滿后再收弧，以防產(chǎn)生弧坑裂紋。
; c8 a7 {; g/ L& _4.4.3 用角磨機(jī)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。
3 E% d5 @) {: l: z2 h5 焊接及焊后熱處理
: c2 I' l1 k" [' g% j5.1 圖2為焊接過程中溫度曲線示意圖。

　　熱處理升溫速度 當(dāng) δ＜25 mm時為 220℃／h；δ≥25mm時為 150℃/h。降溫速度 當(dāng) δ＜25 mm時為 150℃／h；δ≥25 mm 時為100℃／h。
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% Y8 e, r& d. V! p5 N5.2 恒溫時間（見表5）
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6 S6 e6 o/ h* m5.2.1 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(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體（M）后，才能進(jìn)行升溫?zé)崽幚怼?br /> 1 h( B! }$ X( @7 C2 W2 f  z! R1 {* o5.2.2 恒溫時間按壁厚的不同在各范圍內(nèi)取值，壁薄的取下限，壁厚的取上限。
; g* L- D! t+ Y$ k: R5.2.3 上述恒溫時問比一般資料的參數(shù)稍長，試驗證明，恒溫時間的適當(dāng)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。
; y. N5 `1 C: M: O4 L& E( q5.3 回火溫度
熱處理為高溫回火，最佳回火溫度為 760 ±10℃。
  v+ S" Z2 V. _4 s6 結(jié)論
- D% e  f2 g% e6 N: b" p' z（1）該工藝參數(shù)用于陽城電廠主蒸汽管道、過熱器和過負(fù)荷導(dǎo)管道的焊接，各項技術(shù)指標(biāo)完全符合要求。
' O5 M# j6 k6 o9 E! L2 N5 Y（2）隨著T91／P91鋼的大量使用，制定出符合鋼材性能的最優(yōu)規(guī)范，直接用于生產(chǎn)建設(shè)，避免各生產(chǎn)單位重復(fù)性的工藝評定試驗，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
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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(yīng)是多少? 謝謝!

hyl78_1997

參數(shù)表看不見呀