T91+12Cr1MoV异种钢焊接工艺的试验研究

T91+12Cr1MoV异种钢焊接工艺的试验研究摘要：文章对T91+12Cr1MoV异种钢焊接工艺问题进行了研究，并对有关焊接工艺简化的可能性进行了探讨，通过对比试验和试验验证，提出了简单实用、可指导实际施工的焊接工艺。采用该工艺指导实际生产获得了良好的效果。目前，T91钢已广泛应用到我国新机组建设或老机组的改造中，在老机组改造中，遇到的突出问题就是T91钢与TP347、G102和12Cr1MoV等钢的异种钢焊接问题。国外就T91异种钢焊接问题的研究，在焊接材料上多采用“中匹配”即合金元素含量介于2种母材之间的焊接材料方案，在工艺上多采用焊前预热、焊后热处理工艺［1］。下面就在我国采用较多的T91+12Cr1MoV异种钢焊接工艺及焊接工艺的简化问题进行探讨。1试验材料 1.1母材T91钢是在ASTMA213-T9钢的基础上，降低含碳量，添加微量Nb、V合金化，并控制含N量得到的。允许使用于壁温≤625℃的锅炉过热器及高温再热器，该钢具有较大的冷裂倾向，焊接时可能产生冷裂纹和热裂纹。12Cr1MoV钢属珠光体低合金热强钢，该钢具有较高的热强性能和持久塑性，可用于壁温≤580℃的锅炉受热面管，该钢的焊接性良好，对于壁厚较小的小径管，焊前不预热，焊后不热处理。 T91钢和12Cr1MoV钢的化学成分见表1、表2，常温机械性能见表3。1．2T91钢的异种钢接头裂纹敏感性分析T91异种钢的焊接具有以下性能［2］：a.T91钢和T22、G102、TP3473种异种钢焊接接头对热裂纹不敏感，抗裂性能良好。b.T91钢对再热裂纹不敏感。c.T91钢碳当量高，淬硬倾向大，T91异种钢焊接接头的冷裂纹倾向与同质材料焊接接头相当，通过一定的工艺措施可以避免产生冷裂纹。1．3焊接材料分别选用高、低匹配的2种类型的焊接材料进行对比试验，一种是与T91钢相匹配的焊丝,即TIG-9CrMoV(N)焊丝；另一种是与12Cr1MoV钢相匹配的焊丝，即TIG-R31焊丝，试验用母材和焊丝的化学成分见表4［３］。 1．4焊接方法不同的焊接方法对焊缝的韧性影响较大，采用氩弧焊焊接方法，焊缝具有优异的塑性和韧性［４］，因此选用全氩弧焊焊接方法。 2T91+12Cr1MoV异种钢焊接工艺 2．1焊接工艺根据现场实际生产的需要，选择母材规格为φ42mm×5mm，坡口采用“V”型，坡口角度为60°±2°，对口间隙为1.5～2mm，焊丝规格为φ2.5mm。由于T91钢碳当量高，具有一定的冷裂倾向，因此焊前应采取预热措施，预热温度150～200℃［3］，采用火焰加热的方法。内部充氩气保护，电源采用直流正接极，焊后热处理温度为740±10℃，保温时间1h。 2．2焊接工艺方案根据T91+12Cr1MoV异种钢焊接不同的匹配和是否热处理，选用了4种方案，方案内容见表5。 3焊接接头试验对焊制的T91+12Cr1MoV异种钢焊接接头经X—射线探伤合格后，按焊接工艺评定规程的要求，制取拉伸、弯曲、金相、高温短时拉伸试样。 3．1T91+12Cr1MoV异种钢机械性能试验试验结果见表6。焊接接头的抗拉强度均高于T91+12Cr1MoV异种钢焊接接头的规定值，但12Cr1MoV钢侧经保温1h热处理后，母材抗拉强度下降比较多，使12Cr1MoV钢的抗拉强度接近该钢的下限，因此有必要对焊后热处理的时间进行研究。取12Cr1MoV钢母材、T91+12Cr1MoV异种钢焊接接头，热处理保温时间分别为30min和40min进行对比试验，试验结果见表7。由表7可知，焊后热处理保温时间30min就可以满足性能的需要。因此焊后热处理的保温时间选用30min，1h的保温时间较长。 3．2弯曲试验对T91+12Cr1MoV异种钢焊接接头进行了弯曲试验，试验结果见表8。 从表8弯曲试验结果看，用高匹配的焊丝，焊后不热处理，弯曲试验不合格，因此用高匹配的焊丝焊接T91+12Cr1MoV异种钢焊接接头，焊后必须进行热处理。用低匹配的焊丝焊后热处理和不热处理，弯曲试验均合格。 3．3金相分析对T91+12Cr1MoV异种钢焊接接头按不同的工艺方案进行了金相组织分析（热处理试样的保温时间为30min），T91钢的母材组织为索氏体；12Cr1MoV钢的母材组织为铁素体+珠光体。T91+12Cr1MoV异种钢焊接接头各区的显微组织比较见表9。从表9可以看出，无论是采用高匹配的T91钢焊接材料，还是低匹配的12Cr1MoV钢焊接材料，在金相组织上没有大的区别，但焊后热处理都使焊缝及热影响区组织得到了改善，焊缝由马氏体或柱状铁素体加珠光体转化为回火马氏体或索氏体，T91钢侧的热影响区组织由马氏体转变为索氏体，12Cr1MoV钢侧的热影响区由铁素体加珠光体转变为索氏体。 3．4短时高温拉伸试验在使用不同的焊接材料及是否热处理的条件下，对T91+12Cr1MoV异种钢焊接接头进行了高温短时拉伸试验，以进一步比较该焊接接头焊后的高温性能，试验结果见表10。 由表10可知，无论是高匹配的还是低匹配的焊接材料，高温短时拉伸试验结果都断裂在12Cr1MoV钢母材侧，因此从焊材上考虑，选用低匹配的焊接材料就可以满足焊接接头的性能要求。另外，焊后是否热处理对高温性能影响不大，这可通过进一步的试验来验证焊后不热处理的可能性，以简化焊接工艺。4结论a.选用高匹配的焊接材料焊后不热处理，该工艺不可行，性能试验结果不合格。选用高匹配的焊接材料，焊后热处理或者选用低匹配的焊接材料，无论焊后是否进行热处理，各种试验结果均合格。因此从现场实际考虑，采用低匹配、焊后热处理的T91+12Cr1MoV异种钢焊接工艺，能够得到综合性能良好、组织稳定的焊接接头。b.焊后热处理时间由1h降低到30min，可以满足接头性能的要求，因此热处理工艺中保温时间参数选用30min。c.对T91+12Cr1MoV异种钢焊接接头，选用低匹配的焊接材料，焊后不热处理的焊接工艺是可行的，但应通过进一步试验来验证。在马头发电总厂2002年的#7机组大修中，将部分高温对流过热器的G102钢管更换为T91钢，涉及到T91+12Cr1MoV异种钢焊接问题，使用该工艺(选用低匹配的焊接材料，焊后热处理)现场实际焊接这种接头296道，焊后经X射线探伤，焊口一次合格率98%，运行至今未见异常，效果良好。T91/12Cr1MoV异种钢Ws/Ds焊接工艺（上）(图)《论文集》双击鼠标滚屏焦作市河南火电二公司焊接培训中心邢增为0、引言T91是一种改进的9Cr-1Mo钢，属于马氏体耐热钢，由于具有良好的热强性和热物理性能，在我国新建高参数机组及部分老机组的改造中，以其代替价格昂贵的TP304H、焊接性差的F12钢，及热强性较低的T22、P22钢已成为一种趋势。该钢将在我国电站用钢中具有广泛的应用前景。我公司承建禹州电厂2X350MW机组中，锅炉过热器管排焊口就为T91/12Cr1MoV异种钢的焊接。对于12Cr1MoV钢的焊接，已有成熟的焊接工艺，但对T91/12Cr1MoV异种钢的焊接，我们施工中还是首次碰到，本文主要针对T91/12Cr1MoV异种钢Ws/Ds的焊接进行试验，取得科学的焊接工艺用于指导现场生产。1、焊接性分析T91钢属空冷马氏体钢，其合金元素总含量超过13%，淬硬倾向大，冷裂纹敏感性大。12Cr1MoV钢是一种综合性能较好的珠光体耐热钢，其碳当量Ceq=0.59%，焊接性能相对较好，淬硬及冷裂倾向小。T91与12Cr1MoV异种钢之间的焊接难度大，易产生各种缺陷，尤其是冷裂纹的倾向大，与T91同种钢的焊接对冷裂纹的倾向相当。必须采用合理的焊接工艺才可保证焊缝的焊接质量。2焊接工艺试验2.1试验主要材料T91钢管φ51X712Cr1MoV钢管φ51X7氩气纯度99.95%焊丝TiG-R40φ2.5焊条R407φ3.2试验用焊接钢材的化学成分见表1表1试验所用母材、焊材化学成分（Wt%）2.2焊接方法：Ws/Ds2.3坡口型式：V型坡口角度α=35°；对口间隙2.5~3.5mm2.4焊接工艺参数（1）水平固定，焊接工艺参数见表2（2）垂直固定，焊接工艺参数见表32.5焊接加热规范试验国内外不同资料对T91小径管的焊接加热规范要求不一，如国外某些资料对8mm以下的T91小径管的焊接要求层间温度为180~250℃，焊后回火为760℃X0.5h；而国内国家电力瓮火电建设部的《T91/P91钢管焊接工艺暂行规定》则规定的焊接层间温度为300~350℃，焊后回火为750±℃X1h。为制定一个科学的适合工地施工的焊接热规范，结合12Cr1MoV钢的特性，按照《电力建设施工及验收技术规范火力发电焊接篇》（DL5007-92）的有关规定，综合有关资料，我们在焊接工艺参数不变的前提下制定两种焊接加热规范分别进行试验。A：1、预热方式：火焰加热汲测温：特式测温仪测量热处理方式：远红外加热。2、氩弧焊打底前预热：100~150℃，盖面前预热温度：250~300℃。3、层间温度：200~300℃4、焊后热处理：焊缝整体焊接完毕后，冷却到室温后升温到75℃恒温30min。升降温速度为150℃/h。B：1、预热方式：火焰加热测温：笔式测温仪测量热处理方式：远红处加热。2、氩孤焊打底前预热：100~150℃。盖面前预热温度：250~350℃。3、层间温度：300~350℃4、焊后热处理：焊缝整体焊接完毕后，冷却到室温后升温到750℃恒温60min。升降温速度为150℃/h。3、焊后试验3.1机械性能试验分别按照A、B两种热处理规范处理的两组试件，经射线探伤都达到了1级标准。拉伸试验结果见表4，冷弯试验结果见表5。（以下各种表中A、B分别代表采用2.5中的A、B两种热规范预热、热处理的试件）3.2硬度试验硬度试验结果见表63.3金相试验采用氯化铁盐酸水溶液侵蚀，放大400倍，在光学显微镜下观察的焊接接头热得理后的微观金相组织分布见表7。电站锅炉过热管异种钢焊接性研究论文标题:电站锅炉过热管异种钢焊接性研究ResearchonWeldabilityofDissimilarSteelofPowerStationBoilerSuper-heaterTubes论文作者张心保论文导师孙咸,论文学位硕士,论文专业材料加工工程论文单位太原理工大学,点击次数68,论文页数87页FileSize4725k2002-05-01论文免费下载珠光体/奥氏体异种钢接头;高温运行;碳迁移;蠕变断裂;早期失效分析A/Pdissimilarjoint;operatingathightemperature;carbonmigration;creep-cracking;earlyfailureanalysis国内某火电厂电站锅炉三级过热器珠光体耐热钢12Cr1MoV和奥氏体耐热钢0Cr17Ni12Mo2异种钢焊接接头在560℃高温运行5.7万小时后有部分接头发生了早期断裂失效现象。本文基于这一事故对P/A异种钢焊接接头的焊接性进行了研究，重点试验研究了接头在运行前后的力学性能及金相组织变化，并分析了其早期失效的原因。对两种母材及接头的拉伸试验表明，珠光体耐热钢的强度低于奥氏体钢；经高温运行后，钢材的强度有所升高而塑性有所下降，因此在高温运行时易发生脆性断裂。异种钢接头的熔合区在焊态即存在马氏体过渡层；在高温长期运行中，珠光体发生球化，降低了钢的蠕变抗力；还会发生碳的迁移，即碳原子从合金元素含量较低的珠光体钢侧越过熔合线扩散到合金元素含量较高的奥氏体焊缝侧，结果会在珠光体钢侧形成软化区而在焊缝内形成硬化区，扩散到焊缝中的碳除了一部分溶入马氏体基体外，其余部分以M_(23)C_6碳化物的形式沿熔合线析出；焊缝中的富母材成分的“半岛”区的存在会加剧焊缝性能的不均匀，增大焊缝的界面应力。异种钢的焊接接头在高温运行中，在高温和应力的作用下，珠光体的脱碳层会产生蠕变裂纹，发生低应力脆性断裂，从而导致接