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: v# k2 X) M% m8 D8 p
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。, G ]2 f2 ?' j2 e
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。
6 Z5 v; l" a) h, H: X! B0 T$ p1.3 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。9 z' j, j- ]3 k2 D2 J
2 鋼材和焊材$ J1 p+ a# v: ~! ~
該種鋼材及其焊材部分國家牌號對照,見表1、表2。, E L8 E( a5 |5 D/ ]
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B7 G0 ~3 S6 O3 焊前準備: ~( q; J/ V2 r7 f- ^
3.1 焊接設備選用帶衰減的逆變式直流弧焊機。5 z q2 e* b4 P. _# v' Q; C9 u4 T
3.2 焊絲去除表面的油、垢及銹等污物,露出金屬光澤。 a8 g& j" u1 n
焊條經過 35O℃烘焙 1.5—2 h,置于 8O—10O℃保溫筒內,隨用隨取。; X; K. G2 P r* Y
3.3 坡口制備關鍵注意兩點
- T& q% i8 A0 }. L/ a 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。; F7 |4 {) k7 ^- X
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。& n$ T/ y7 s) C# D/ `5 w7 _! T# w
3.4 對口1 {4 X) f+ D/ i
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。
8 B3 u W! M4 f, ~' a" G" h5 u3.4.2 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。
% e S* e. c2 X: I- @1 S: V9 k3.4.3 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℃。# p9 L) O7 T3 x0 X; {# b
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4 焊接工藝
) R! q" q* u* r7 W2 a, }' E4.1 焊接方法:電廠的建設中,常采用TIG+SMAW。7 @# o. O) p6 i% O w
4.2 焊前預熱。
* V8 U' P1 Z* O& N 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。& V! x" O- F% E. [3 C& I
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。
6 z4 A* l6 z! F9 f7 q$ `4.3 TIG打底焊
* g0 N: W4 B8 G' m% K4.3.1 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。7 Y' u* M3 s5 P+ R% z. J2 f
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。
$ _. }& a! ^/ C" I8 _; e ?4.3.3 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。$ o6 P$ r4 T# b3 m6 j+ F f
4.3.4 TIG 焊工藝參數見表 3
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4.4 SMAW 焊9 E9 b3 \0 K5 ] V0 O
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。
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- K/ b: J+ s# i2 A0 S$ W4.4.2 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。2 J! N1 z X5 q6 l! ~6 M
4.4.3 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。
5 z9 s8 S2 |6 b' o! ~5 焊接及焊后熱處理
2 s0 e- O& v w5 N5.1 圖2為焊接過程中溫度曲線示意圖。/ m5 D% l( _: S2 y$ e5 C
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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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) e$ t, G# e6 B7 t/ i. e7 s5.2 恒溫時間(見表5)
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5.2.1 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。
- y: G8 k* A q$ `/ T4 L y8 s A5.2.2 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。
" o3 e9 j7 I4 P6 ]0 Q* K0 ` \( ]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。
. k7 K- G- e* A5.3 回火溫度
$ q4 e: K1 G I. b9 r9 G熱處理為高溫回火,最佳回火溫度為 760 ±10℃。
& h; h" F' M- k2 s4 L1 R6 結論8 Y8 Q# s+ F6 O, l! ?9 @
(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。
! F) i; s, E) e) V {* G(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。5 }, j3 x. J" u' C
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