P91用 钢焊接工艺研究.doc

P91 钢焊接工艺研究 早在70年代初，美国就开始着手研究9Cr-1Mo钢,且在不断地改进。直到1983年研制出改进型的9Cr-1Mo钢，这是一种在9%Cr-1%Mo的基础上,加一定量的铌、钒及氮等元素的合金。同年P91钢被美国材料试验学会(ASME)和美国机械工程池会(ASME)正式接受为锅炉管道用材料。其材料级别为SATM-213-T91 和ASME/A/SA335P91。 SA335P91 为合金大口径管材。该材料具有良好的高温热强和抗氧化性能。目前，国内外大型电站锅炉再热器，过热器管道和集箱已在广泛使用。使用SA335P91 钢，可以减少结构的设计臂厚，降低结构整体重量。在同样的工作条件下，SA335P91钢与传统的CrMo耐热钢相比(如P22,X20)其厚度仅为它们的1/2和2/3。典型的SA335P91 钢的化学成份及机械性能见表1，表2。 表1 SA335P91 钢母材的化学成份 (%)* 成份 C Mn Si S P Cr Ni Mo Nb V N 下限 0.08 0.30 0.20 - - 0.88 - 0.85 0.06 0.18 0.03上限 0.12 0.60 0.50 0.01 0.02 9.50 0.40 1.05 0.10 0.25 0.07 表2 SA335P91 钢机械性能* σb(Mpa) σs(Mpa) δ(%) ψ() 硬度(HB)≥585 ≥415 ≥20 NR** NR** *: ASME section II-A/BS 标准**: NR: 没有规范要求。 通过膨胀法测得P91钢AC1温度介于810~850℃之间(1450~1560℃F),AC3温度介于900~940℃(1650~1725℃)在连续冷却曲线(CCT)图中,SA335P91 钢的Ms温度为大约为370℃,Mf温度为200℃左右，其马氏体组织硬度可达到420HV。1 焊接工艺 我公司用于高温过热器和再热出品段的SA335P981材料,其规格为Φ464×64的SA335P91与12CrMoV;Φ558×95的SA217WC9和SA335P91 钢的异种钢对接焊。因SA3351P91 刚焊接工艺复杂，加之工件大、壁厚、给焊接时的预热、焊接操作带来了很多困难。考虑到采用手工氩弧焊封底,手工电弧焊焊妥工作效率低,且质量难以保证:拟定用手工氩弧焊封底+手工电弧焊+埋弧焊工艺进行焊接。1.1 焊接预热和层间温度 在SA335P91钢的焊接中,首先主要考虑的是:焊缝金属与SA335P91 钢母材相似,一般来说,在所有的冷却条件下,SA335P91 钢焊缝金属的组织也是全马氏体(或多或少量的铁素体)。其焊态硬度可达450HV。因此，要特别注意防止焊缝氢致裂纹的产生。所以，焊接过程中选择正确的预热温度和层间温度,对焊出满足要求的焊缝是至关重要的.根据SA335P91钢手册推荐资料,我公司通过试验,认为手间工氩焊封底时预热度≥150度;手工电弧焊和埋弧焊时,预热温度≥205度;最高层间温度≤300度为宜。1.2 焊接和焊接材料1.21 手工氩弧焊 大口径SA3351P91 钢对接焊缝坡口为单U型，钝边为1~1.5mm,装配时不留间隙,焊前将坡口周围用丙酮清洗干净,见金属光泽.焊前将工件预热≥150度,对于同种钢或异种钢对接,焊接材料均选择满足SA335P91 钢的化学成分及性能要求。氩弧焊丝为TGS-9cb, Φ2.4为了保证氩弧焊封底焊透,内面成形好,不氧化。焊接时,管内一定要充氩气保护。焊后缓慢冷却到室温，并对打底焊缝进行100%的着色查后(有时会有细小裂纹存在),才能进行手工电弧焊焊接.TGS-9cb焊丝化学成份见表3。 表3 TCS-9cb焊丝化学成份(%) 成份 C Si Mn Mo Ni V S P Cr Nb Cu TGS-9cb 0.08 0.17 0.99 0.97 0.07 0.18 0.009 0.007 0.9 0.047 0.121.2.2 手工电弧焊 当手工氩弧焊封底检查合格后,用手工电弧焊焊两面三刀层,以便使用埋弧焊接.手工电弧焊施焊时,SA213P92钢管应预热≥205℃焊条使用CM-9cb,Φ3.2(日本),E9015-B9Φ4,(ASME 第二卷C篇SFA5.5规范牌号,梯森DIN EN 1599 ECrMo91B42HS焊条满足ASME 规范)。焊条使用前经300~350℃，保温2小时烘干。焊工领用时应放入保温桶内,防止吸潮.施焊时,每一层都要仔细清理焊渣,且在收弧处多停留一下