T92钢焊接

江苏石油勘探局职工培训处T92钢焊接孙浩江苏石油勘探局职工培训处T92主要特点SA213一T92(以下简称T92)钢是在T91钢的基础上加入1.5％～2．0％的W，同时降低Mo含量，降低C、S、P含量使钢质纯净化、添加微量的Nb、A1、N、V进行微合金化和采用控轧控冷工艺(TMCP)得到的细晶强韧型马氏体耐热钢。T92钢适当降低钼元素的含量（0.5%Mo），同时加入一定量的钨（1.8%W）以将材料的钼当量（Mo+0.5W）从T91钢的1%提到到约1.5%，该钢还加入了微量的硼、钒、铌元素微合金化并控制硼和氮的铁素体钢（9%铬、1.75%钨、0.5%钼）。经上述合金化改良后，与其它铬-钼耐热钢相比，T92钢的耐高温腐蚀新型马氏体耐热钢的加工性能好，高温蠕变断裂强度非常高，抗腐蚀性好，可以提高耐热钢的和氧化性能而且材料的高温强度和蠕变性能得到了进一步提高。主要应用用于发电厂锅炉中的过热器和再热器的不锈钢。用于极苛刻蒸汽条件下的集箱和蒸汽管道（主蒸汽和再热热蒸汽管道）。SA213T92钢的主要化学成分（﹪）SA213T92钢常温机械性能优点比其他铁素体合金钢具有更强的高温强度和蠕变性能。它的抗腐蚀性和抗氧化性能等同于其它含9%铬的铁素体钢。由于它具有较高的蠕变性能，所以可以减轻锅炉和关键部件的重量。它的抗热疲劳性强于奥氏体不锈钢。这种材料的热传导和膨胀系数远优于奥氏体不锈钢。高温管在欧洲和美国的应用T92冶金特点：化学成分T92材料是在T91材料基础上经过以下的改良而发展起来的，加入了钨，减少钼的含量以调整铁素体-奥氏提元素之间的平衡，并且加入微量合金元素硼。碳的含量保持在一个较低的水平是为了保证最佳的加工性能。T92的化学成分T92冶金特点：物理性能T92的密度是7.850g/mm3，物理性能明显优于其他同系列金属。T92优于奥氏体不锈钢之处在于它具有较好的热传导性和较低的线性平均膨胀系数。T92的主要物理性能T92已经成功地用一些普通的焊接方法进行焊接，并且适用于很大的壁厚范围，然而，开发更适合的焊接材料是必要的。焊接材料关于T92的焊接，一些焊材制造商已致力于旨在开发出最佳性能焊丝、焊条和焊剂的研究工作，他们采取的最佳方案不完全相同，尤其是需要消除应力后的化学成份和机械性能，除满足室温下的强度要求外，焊缝金属必须满足运行温度下的韧性和强度（蠕变强度）的确定要求。从研究工作刚开始的时候已经表明，在使用相同的母材成份范围而要同时满足冲击强度和蠕变强度的最低要求是不可能的，特别是对于埋弧焊来说。因此，研究单个元素和它们的相互作用艰苦很有必要，特别是对冲击强度和其他性能来说。所有的氮元素、镍元素、锰元素、铌元素和硼元素的大部分都必须进行最佳组合。通过形成碳氮化物，氮和硼一样对蠕变断裂强度有重要的影响。氮也能提高屈服强度和抗拉强度，但会降低塑性和韧性。镍元素和锰元素对强度性能影响不大。然而，我们发现镍元素和锰元素含量超过了母材规定的上限会显著地提高它的韧性。做为填充金属的钨元素，应谨慎加入。钢中过量添加钨会降低冲击韧性和蠕变断裂温度硼元素对蠕变性能有很强的影响。它必须保持在规定的较低范围内以保持最佳的焊接性能和避免冲击强度的降低。类似地，钒和铌对焊接性能（热裂纹）和韧性有不利影响，因此它们的含量必须控制在规范允许的较低范围内。另外，其它一些元素如钛和铝，他们可能导致氮化物的形成。事实上，对含有镍、钴、硼的多元组合的填充金属对冲击和蠕变性能的影响已经进行了研究。焊接材料的典型化学成分不同类型的焊接部件，可能导致焊接参数会有一些变化。较低内应力的接头，比如小管对焊，根据管子壁厚不同，焊接温度可以在200℃以下。如果管子壁厚达到50毫米。可以允许冷却到室温。相反地，厚壁锻制或锻造管不允许在200℃以下焊接，并且焊后冷却温度限制在最低80℃，以避免开裂。为了焊缝金属中能获得较高的韧性，建议采用多道焊接技术。焊缝金属的典型力学性能SA213-T92钢焊接工艺原理SA213-T92钢是在SA213-T91钢的基础上加入了1.7%的钨（W），同时钼（Mo）含量降低至0.5%，用钒、铌元素合金化并控制硼和氮元素含量的高合金铁素体耐热钢，通过加入W元素，显著提高了钢材的高温蠕变断裂强度。在焊接方面，除了有相应的焊接材料，并由于W是铁素体形成元素,焊缝的冲击韧性有所下降外，其余对预热、层间温度、焊接线能量，待马氏体完全转变后随即进行焊后热处理以及热处理温度、恒温时间两种钢的要求都是比较相近的。SA213-T92钢中碳的含量保持在一个较低的水平是为了保证最佳的焊接加工性能，高温蠕变断裂强度非常高，抗腐蚀性能好，提高了耐热钢的工作温度，减少了钢材的厚度，降低了钢材的消耗量，降低了管道热应力。由于SA213-T92钢的含碳量低于T91钢材，是低碳马氏体钢，须在马氏体组织区焊接，其预热温度和层间温度可以大大降低，据国外资料研究，通过斜Y型焊接裂纹试验法测定的止裂预热温度为100~250℃。焊接技术工艺：焊接材料选择按照焊缝金属的化学成分和力学性能应与母材相当的原则，同时满足焊接材料熔敷金属的下转变点应与被焊母材相当的原则选择焊接材料。SA213一T92钢选用的焊丝型号为ER90S一G(符合AWSA5.28标准)，规格为Φ2.4mm；焊条型号为E9015一G(符合AWSA5.5标准)，规格为Φ2.5mm。焊接方法的选择打底层：氩弧焊填充层和盖面层：焊条电弧焊SA213-T92钢焊接工艺参数在焊接作业中，风速过大很容易产生焊接缺陷。焊接时的风速超过下列规定时，应有防风设施：a)手工电弧焊、氧乙炔焊的风速≤8m/s。b)氩弧焊的风速≤2m/s。c)被焊管子内有穿堂风。d)焊工及焊件无保护措施时，不应进行焊接。对口前防风挡雨措施及检查地面组合架区域根据季节风向采用三防油布设置大面积的挡风棚。锅炉加热面组合时的防风防雨棚搭设要求全封闭，棚子框架用脚手架搭设，防风棚之间的拼接处缝隙用岩棉封闭。锅炉安装时，在钢架迎风面搭设防风网，对锅炉整体挡风。各施工点根据气候情况再进行局部的挡风。对于其他外围结构的露天焊接作业，风速过大或者下雨天搭设临时的防风防雨棚。在有风期间，根据实际情况，在每个施工点局部搭设防风棚在焊接前应对管子两端进行封堵，防止穿堂风。1）高处作业人员必须正确使用安全带，严禁穿高跟或硬底皮鞋登高作业。2）电焊机放在作业棚内，焊机外壳必须接地，现场临时用电线路及电气设备，均应保持绝缘良好，区域设警告标志。3）焊接防风棚移动时，应两人以上搬抬，尽可能风小时移动。4）焊工焊接时，应先将保温筒固定在操作棚内。焊接防风安全措施坡口尺寸和对口间隙应符合《火力发电厂焊接技术规范》（DL/T869-2004）。坡口的制作应保证焊口质量，便于焊接操作，在坡口允许角度范围内，应尽量减小坡口角度，促使填充金属量减少。坡口的制备以机械加工的方法进行。严禁使用火焰切割切制坡口。对口前应将坡口表面及附近母材内、外壁10~15mm范围内的油、漆、垢、锈等清理干净，直至发出金属光泽。对口前应认真检查坡口及其边缘20mm范围内有无不允许的缺陷（裂纹、重皮等），确认无缺陷后方可施焊。坡口处理充氩工具装设：可先在对口前，在焊口每侧贴粘两层水溶纸，焊口间隙用耐高温胶带粘牢，充氩可使用φ6mm×1.5mm的铜管，将铜管的一端加工成宽度为8mm，厚度为2~3mm的扁状体，再用φ1mm的钻头在上面钻4~6个小孔，保证充氩时气体流量均匀。然后将其插入焊缝坡口内充氩。为了减少管内氩气从对口间歇处流失，降低保护效果，焊接前可沿焊口间隙贴上胶带，焊接时边焊边揭去胶带。为了补充气室漏去的氩气，焊接全过程都应不间断的向充气室内充氩，氩气流量应适当。根层及近根层焊接时，管内必须进行充氩保护，一般应持续2层以上。对于小直径管道，可采用整管充气的方法。这种充气方法比较简单，但随着管线长度增加，氩气浪费较大。一般情况下，采用分段组焊，少量的中间接头焊接用可溶纸把所焊管口两侧堵住充氩装置设置充氩前，将焊口处用耐高温胶带全部封上，待充氩一段时间后，撕开准备焊接的部位，用打火机等方法，测试氩气是否充满密封气室。确认充满后，方可氩弧焊打底。一般充氩流量控制在6~8L/min。流量过小，气保护不好，焊缝背面容易氧化。流量过大，焊接时产生涡流带入空气，保护效果也会变坏，同时会引起焊缝的根部内凹等缺陷，影响焊接质量。另外应特别注意的是，应该在充气时将充气室或管内空气排净后，焊接才能进行，否则影响焊接质量，开始一刹那可加大氩气流量10~15L/min，在氩弧焊施焊开始后，充氩流量应马上恢复正常流量。在氩弧焊打底过程中，应经常检查气室中氩气的充满程度，随时调节充氩流量。氩弧焊施焊临近结束时，即氩弧焊封口时，由于气室内氩气均从此口冲出，因此，应减小充氩流量。预热和保温预热和保持层间温度是为了降低焊接残余应力、减缓马氏体转变时的冷却速度，防止生成淬硬性的粗大的马氏体，从而达到防止焊缝产生冷裂纹的目的。斜Y形坡口拘束冷裂纹试验和插销冷裂纹试验结果表明，T92钢的临界冷裂温度为100～150℃。为了防止冷裂纹，T92钢的预热温度控制在100～200℃，层间温度控制为150～250℃即可。过高的预热温度和层间温度，对防止冷裂纹没有必要，而且还会因在焊接热循环的共同作用下，使焊缝金属在高温(1100℃以上)停留时间长，晶粒长大变脆，致使焊缝韧性降低。线能量控制焊接线能量大，焊缝金属在高温(1100℃以上)停留时间长，晶粒长大变脆，焊缝韧性降低。因此，焊接选用Φ2.4mm的焊丝打底、Φ2.5mm的焊条填充和盖面。焊接时通过有效控制焊层厚度和焊接速度达到控制热输入的目的。线能量控制在22kJ／cm以内，焊道厚度控制在2～3mm，焊道宽度不得超过焊材直径的3倍。焊后热处理T92钢马氏体转变终了温度大约为100℃，因此，确定焊口施焊完毕冷却至室温后lh(待马氏体完全转变后)进行焊后热处理。热处理恒温温度为(760±10)℃，恒温时间为1h(管子壁厚≤12.5mm时)或2h(管子壁厚12.5mm时)，热处理升降温度为150℃／h，保证焊缝马氏体得到充分回火形成回火马氏体。焊接工艺特点1)选用手工钨极氩弧焊打底、手工焊条电弧焊填充和盖面的工艺，在确保焊接接头具有良好的焊缝组织和综合性能的同时，具有较高的焊接工作效率。2)选用带有高频引弧与电流衰减功能的焊机和氩弧焊枪施焊，可有效避免高合金钢焊接起弧和收弧处出现焊接缺陷。3)采用管子内部充氩保护，根部用氩弧焊焊两层的工艺，防止根层高合金钢焊缝高温氧化和烧穿，确保了根层质量。4)操作性强。通过有效地控制焊层厚度及焊接速度达到控制热输入的目的，并通过控制热处理时机与热处理温度达到控制焊缝组织形态，提高了焊缝金属的冲击韧性，保证了焊接接头的强度指标和优良的综合性能，对今后T92钢现场焊接施工具有指导意义。焊接工艺流程锅炉受热面管T92钢焊接工艺流程如图焊接技术要点：焊前预热焊前预热可采用电加热或者弱火焰预热，预热温度为100~150℃,恒温3~5min。在焊接前，必须确保最低预热温度。焊接过程中，层间温度应始终保持不低于规定的预热温度的下限,且不高于最高层温度的上限。火馅加热设备的基本要求是：当使用氧一乙炔加热时，应在乙炔气管管端上应装设止回阀，防止回火.火焰加热时，应根据焊件大小选择喷嘴型号与数量；当使用多个喷嘴时，应对称布置，均匀加热。火焰焰心至工件的距离应在10mm以上；喷嘴的移动速度要稳定，不得在一个位置长期停留。火焰加热时，应注意控制火焰的燃烧状况，防止金属的氧化或增碳。火焰加热应以焊缝为中心，加热宽度为焊缝两侧各外延不少于50mm。火焰加热的恒温时间按每毫米焊件厚度保温1min计算。加热完毕，应立即使用干燥的保温材料进行保温。预热从对口中心开始，每侧不少于焊件厚度的3倍，且不小于100mm。预热应采用中性焰加热，并不断均匀移动烘把，严禁火焰局部停止不动。预热过程中，应采用便携式红外测温仪测温，并记录温度。预热温度控制为100～200℃，达到规定的温度应恒温3min后方可开焊。层间温度应不低于预热温度，