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T91小口径钢管的焊接工艺及操作技术舒旭春，俞苗(杭州富春锅炉容器有限公司工艺处，浙江杭州310004)摘要:针对T91钢管的性能，为满足本公司在超临界锅炉产品制造中的需要，对大批量生产中应用的T91小口径钢管的焊接工艺及操作技术进行了大量的试验，形成了一套严格及详细的焊接工艺及操作技术规范．对焊工提高焊接T91小口径钢管的操作技术亦有很大的参考价值．关键词：T91；小口径钢管；焊接工艺；改进型的9Cr-1Mo钢即SA213T91（以下简称T91）钢，现在国外各种300MW～1000MW亚临界及超临界电力机组中正得到越来越多的应用．T91钢是一种改进型马氏体耐热钢，该材料具有良好的高温热强性和抗氧化性能，与其他合金耐热钢（如2.25Cr-1Mo、钢102等）相比，在同样的温度、压力条件下，钢管壁厚可大大降低，材料可大大节省．T91小口径钢管主要应用于各种大型电站锅炉及燃气轮机锅炉的再热器、过热器等承受高温高压（蒸汽温度580～650?℃，蒸汽压力10MPa以上）的电力机组部件，由于T91合金元素含量很高，导致该材料可焊性很差，为满足我国不断增加的对提高电站效率和环境保护的需求，为适应我国电力工业向大电站、大机组发展的趋势，我们对T91小口径钢管的焊接进行了先期的探索和试验，并形成了一套完整的焊接工艺及操作技术规范．11.1T91T91钢属于9Cr-1Mo-V-Cb钢种．是在9Cr-1Mo的基础上添加V、Cb等碳化物元素，并采用真空脱氧，炉外精炼，在1040～1060?℃正火空冷+760～780?℃回火后得到单相马氏体组织．该钢材具有良好的高温热强性和抗氧化性能，其化学成份见表1．1.2T91钢的焊接特点分析T91钢合金元素含量很高，折算成碳的相当含量高，其金相组织为典型的马氏体组织，可焊性差，具体表现为：(1）T91含有Cr、Mo、V、Cb等强碳化物元素，焊接时焊缝从高温冷却时易产生淬(2）T91含有很多的合金元素，其熔融金属的流动性差，焊接时还产生较多的熔渣；(3）由于马氏体钢导热性差，焊接应力不能得到充分释放，焊后焊缝的残余应力很大．因此，T91钢焊接时，如焊接工艺选择不当，焊工操作不当，很容易产生焊接冷、热裂纹、夹渣等缺陷．为了得到优质的焊接接头，有必要从焊接工艺及参数、焊工操作技术等方面进行严格控制．1.3T91小口径钢焊接的特点T91小口径钢管（即管子外径≤76mm）焊接时，由于其外径很小，曲率很大，须采用单面焊双面成形技术(焊工在正面焊接时，焊成的焊缝需同时在正、反两面形成良好的形状)．同时，由于一般小口径钢管焊接时，其焊接位置为全位置，即在一个圆周范围内涵盖仰、立、平焊三个位置，对焊工的操作技术要求很高．由于T91熔融金属的流动性差，给T9122.1根据国外合作商的最新投标电力机组的情报，我们对下述多种管子规格T91钢管进行试验，见表2．3焊接工艺3.1焊接方法该批小口径钢管由于管子口径小、壁厚薄，对接采用手工氩弧焊工艺（以下简称：TIG），焊2层，打底层采用单面焊双面成形技术．3.2焊接坡口焊接坡口采用V型坡口，尺寸见图1焊前坡口及周围20mm范围内清除水、油、锈等污物，并露出金属光泽，以严格控制扩3.3为了保证焊缝的质量，我们选择了焊枪上带有手控开关的、可控制焊接电流大小的手工钨极氩弧焊焊机，以便焊工焊接时，可根据焊接熔池的情况随时调节焊接电流大小．3.4为防止T91焊接时焊缝根部的氧化，TIG打底及盖面焊时管子内部都采用充氩保护．氩气纯度为99.99%，充氩保护流量控制在7～12L/min3.5T91钢材的淬硬性大大高于常用的铬钼钢，因此，该钢材焊接时，一方面必须严格控制扩散氢的含量，另一方面，需减缓焊接时焊缝的冷却速度，而焊前预热是控制扩散氢含量及减缓焊接时焊缝的冷却速度的最有效的措施，对T91小口径钢管焊接，焊前预热控制在150℃以上．为了充分保证下一道焊接前，上一道焊缝已转变为马氏体组织，以利下一道焊接时，能对上一道焊缝进行部分回火，达到改善马氏体组织的焊缝的性能，因此，我们严格限制层间温度在260℃以下．我们采用接触式测温计测量预热温度和层间温度，以达到严格控制温度的目3.6(1)装配点焊，位置在时钟12点，长度约10～15mm(2)焊接时焊机采用直流正接及小的焊接线能量（单位长度上输入的焊接热量），焊接电流为100～115A，电压为10～12V，焊接速度为8～12cm/min(3)焊接位置为全位置，从时钟6点仰位位置起弧，并从两侧向上爬坡施焊，焊工操作顺序见图2(4)焊接接头作100%X(5)焊后焊缝按右侧曲线进行热处理，见图3．3.7操作技术T91小口径钢管焊接时，由于其外径很小，曲率大，焊缝须单面焊双面成形，同时，由于T91熔融金属的流动性差，而焊接位置为全位置，导致成形更难．因此，焊工操作时，(1)焊工施焊前，必须严格按上述3.2节的要求控制焊接坡口间隙．过大或过小间隙(2)由于T91含有很多的合金元素，焊接时产生较多的熔渣，每次熄弧后，必须打磨熄弧处，以减少杂质聚集．(3)由于T91熔融金属的流动性差，且焊接位置为全位置（位置图见图2），因此，焊工需严格按下述要求操作，通过调整焊接参数，运用好单面焊双面成形操作技术，使焊缝得到良好成形：①在时钟6点位置，焊缝处于仰位，熔滴下挂，操作不当时，内侧焊缝极易产生内凹．因此焊工操作时，应采用电流上限，利用电弧的吹力托住熔滴进行焊缝成形，避免焊缝产生内凹；②从时钟6点向时钟9点过渡区位置，处于仰位向立位过渡区，熔滴下挂，操作不当时，内侧焊缝易产生内凹．因此焊工操作时，应采用电流上限，施焊中充分利用维弧电流调节焊接熔池形状，利用电弧的吹力托住熔滴进行焊缝成形，避免焊缝产生内凹；③在时钟12点及附近位置，焊缝处于平位，熔滴下挂，内侧焊缝极易下挂并产生焊瘤；因此焊工操作时，应采用电流下限，施焊中充分利用维弧电流调节焊接熔池形状，利用熔滴重力进行焊缝成形，避免焊缝内侧产生焊瘤．4所有焊缝成形良好，焊缝呈亮黄色；所有焊缝经100%X射线探伤，按美国ASME标准全部合格；焊接接头机械性能，如表3；焊缝组织为回火马氏体，未发现微裂纹及过烧．5结论(1）焊接T91小口径钢管，选用ER90S-B9焊丝是匹配的．(2）采用合适的焊接工艺（包括充氩保护、预热温度、层间温度的控制、焊接工艺参数的选择等）是T91小口径钢管获得优质焊接接头的关键．(3)严格控制焊前预热在150℃以上，层间温度在260℃以下是避免焊缝从高温冷却时产生淬硬性的马氏体组织和防止焊接裂纹的重要一环．(4）掌握T91小口径钢管操作技术（如控制坡口间隙、焊接电流合理调节等）是焊工焊制优质焊接接头的重要前提．