电站锅炉用钢的焊接工艺研究-毕业论.docx

沈阳工学院毕业论文摘要 电力工业是我国国民经济发展的基础产业之一。近年来随着经济的快速发展，电站锅炉向着高参数、大容量机组方向发展，逐步淘汰了低参数、小容量、效率低的机组锅炉。因此为了达到机组的高热效率、低煤耗、环境污染少的目的，通常采用提高机组蒸汽参数来实现，即提高锅炉出口蒸汽压力和蒸汽温度。蒸汽压力的提高势必要求使用耐高温的高强度的钢材，否则为满足高温工作的承压部件要求，必然要增大部件的壁厚；蒸汽温度的提高势必要求钢材具有更高的高温持久强度。本文拟用T91钢进行讨论T91属于马氏体类型的耐热钢，而且焊接性能较差，所以焊接工艺复杂并且要严格执行，如果焊接过程中不严格执行焊接工艺，焊接接头将过早产生失效和破坏，锅炉焊接工作是锅炉制造过程中的关键技术难题。本文T91焊接性进行研究。通过对硬度、冲击力学实验和利用光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）对焊接接头的不同区域进行组织观察、力学性能分析。可知焊接工艺试验为采用钨极氩弧焊焊接方法，焊接电流115A，预热温度/层间温度250，焊接层数5，焊后热处理770恒温一小时，为最佳焊接工艺，焊缝可以得到晶粒细小、组织均匀的回火索氏体组织。针对焊接接头，测试焊接接头的硬度分布。从热影响区到焊缝中心组织变化很大，显微硬度会产生较大的波动。在焊缝中心的温度小于等于250时，焊缝的机械性能力学性能最佳。 关键词：电站锅炉；T91；焊接性能；力学性能Abstract Electric power industry is one of the basic industry of national economy development in our country. In recent years, with the rapid development of economy, power plant boiler to develop in the direction of high parameter, large capacity units, phasing out the low parameter, small capacity and low efficiency of the boiler unit. So in order to achieve high efficiency of the unit, the purpose of low coal consumption, less environmental pollution, usually adopt to improve the unit steam parameters, namely, increase export of boiler steam pressure and steam temperature. Steam pressure increase will inevitably require the use of high temperature resistance of high strength steel, or to meet the high temperature compression part of job requirements, is bound to increase the part of the wall thickness; Steam temperature rise will inevitably require steel has higher high temperature lasting strength. Discuss this article employs the T91 steel T91 belongs to type heat resistant steel, and the welding performance is poor, so the complex welding process and to strictly carry out, if the welding process is not strictly implement welding process and welding joint will be premature failure and damage, boiler welding work is the key technical problems in the process of manufacturing. T91 is studied in this paper. By means of hardness, impact mechanics experiments and by using optical microscope (OM), scanning electron microscope (SEM) on different areas of the welding joint observation, mechanical property analysis. Known welding process test for the tungsten electrode argon arc welding welding method, welding current is 115 a, preheat temperature/temperature 250 , welding layer number 5, 770 heat treatment after welding temperature for an hour, for the best welding technology, welding seam can get grain fine, evenly tempered of the tissue. In view of the welding joint, testing the hardness of welded joint distribution. From the heat affected zone to the weld center organization change is very big, will produce larger fluctuations. In the center of the weld hardness less than or equal to 250 , the mechanical properties of the weld mechanical properties of the best.Key words: power station boiler; T91; welding performance; mechanical properties 目录摘要IAbstractII目录III第1章 绪论11.1电站锅炉简介11.2电站锅炉用钢及发展趋势11.2.1电站锅炉用钢技术标准的演化11.2.2锅炉用钢现状21.2.3锅炉用钢展望31.3 本文研究内容及意义3第2章实验材料及方法42.1 母材42.2 T91实验制备及焊接工艺52.3显微硬度试验62.4冲击试验72.5金相显微试验82.6 SEM扫描电子显微镜9第3章 焊接工艺对焊接接头力学性能的影响113.1 工艺参数对焊缝抗弯强度的影响113.2 显微硬度试验13第4章 焊接工艺对焊接接头组织性能的影响184.1.金相组织分析184.2 焊接接头的金相组织194.3显微组织实验结果及分析27第5章结论29参考文献30致谢31IV第1章 绪论1.1电站锅炉简介所谓电站锅炉，通俗来讲就是电厂用来发电的锅炉。一般容量较大，现在主力机组为600MW，目前较先进的是超超临界锅炉，容量可达1000MW。 电站锅炉主要有两类：煤粉炉和循环流化床锅炉。这两类锅炉是目前电站所用的主要类型。流化床炉和煤粉炉的最大区别是液体和煤块粉状。 锅炉是一种能量转换设备。锅炉中产生的热水或蒸汽可直接为工业生产和人民生活提供所需热能，也可通过蒸汽动力装置转换为机械能，或再通过发电机将机械能转换为电能。提供热水的锅炉称为热水锅炉，主要用于生活，工业生产中也有少量应用。产生蒸汽的锅炉称为蒸汽锅炉，常简称为锅炉，多用于火电站、船舶、机车和工矿企业。 电力是我国国民经济发展的基础产业之一。改革开放的20多年来我国电力工业的发展速度，成就都是最快和最好的，到目前我国的装机容量、年发电量都跃居世界第二位。为了保持我国电力工业持续增长和发电站设备的稳定安全运行，电站焊接技术必须为其提供强有力的技术支撑和保障。 火力发电是我国主要的发电方式，电站锅炉作为火力电站的三大主机设备之一，伴随着我国火电行业的发展而发展。至2010年底，单机容量30万千瓦及以上火电机组占全部火电机组容量的60%以上。火电行业的“上大压小”也推动了电站锅炉向高参数、大容量方向发展。此外，循环流化床、IGCC等清洁煤技术逐渐成熟，应用也日益广泛，从而推动了CFB锅炉与IGCC气化炉的发展。由于历史原因，我国形成三大电站设备制造基地，上海电气、哈动力、东方电气三大集团各自独立形成大规模成套电站设备研发制造能力，是国内电站设备制造第一梯队;也是国内锅炉制造第一梯队。单从产量上看，三大电站锅炉制造企业已经占据国内电站锅炉产品市场份额的60%。1.2电站锅炉用钢及发展趋势1.2.1电站锅炉用钢技术标准的演化50年代初，我国火电机组以中小型为主，用钢采用前苏联标准体系，60年代，用钢为仿前苏联标准，主要采用抗拉强度小于等于490MPa等级的四种管钢（YB529-65）和区服强度在265MPa以下的四种钢板钢（GB713-65），70年代，锅炉管钢在YB529-65的基础上增加了5种牌号，钢板钢在GB713-65和YB182-69的基础上，进行了部分调整，并增加了5种区服强度在295MPa以上的钢种。80年代，由于国产锅炉容量的不断扩大，又从世界各国先后引进了大型成套火力发电机组，锅炉钢管从前西德引进了10CrMo910为代表的主蒸汽管，以A213TP304H为代表的美国SA299、前西德BIIW35为代表的锅炉用钢板，为此，在1985年修订的YB529-70时，等下ode采用了10CrMo0910、TP304H和TP347H三种钢管，形成了GB5310-85标准。1.2.2锅炉用钢现状世界各国电站锅炉用钢的成分与性能基本相似，70年代以前，我国火力装备以中小型为主，已开发和生产的钢材基本能满足生产需求，进入70年代中期，随着国民经济的发展，用电量日增，中小型机组已不适应用电需求，为此，我国跨进了200MW和300MW机组的研制和试生产阶段，由于国产钢材的限制，前西德热强钢便进入了我国电站锅炉用钢范围,80年代,我国又从美国CE公司直接引进了300MW和600WM亚临界电站机组成套设计制造技术,因此,美国的ASME锅炉用钢亦进入了我国钢号系列.90年代中期出现在国内安装的进口机组中，现在已经在我国的大型电站锅炉上较普遍采用。这类钢可以说是热强钢的第三代产品，其主要特点是降低了含碳量，同样是多元复合强化，但各合金元素含量控制极严格，从而改善了钢的塑韧性和焊接性，提高了钢的高温稳定性，其600时的持久强度比F11和F12提高了近70%。在电力行业焊接此类钢的过程中，通过接触国外更高层次的技术资料和几十年的焊接,使焊接人员观念发生了重要转变，即：焊接工艺与操作工艺不是一回事，在此类钢的焊接中，焊工操作工艺的重要性已经退居其次；使用的焊接工艺必须经过评定，评定的依据不再是一系列常温力学性能，而把重点放在验证焊接接头能否获得预期的塑韧性和金相组织；焊接此类钢应该在焊接工艺的全过程严格受控。此类钢对焊接工艺的严谨性要求与早期的9Cr-1Mo钢相比更高，焊接热输入量要求更严格，焊后热处理的温度和保温时间对焊接接头的韧性有很大影响，必须给予足够重视。1.2.3锅炉用钢展望(1) T23钢通过对国产T23钢管常规力学特性、抗氧化性、焊接性能、焊缝性能、工艺性能等的试验分析,以及与G102和T91钢管的应用进行比较,认为 T23 钢用于(200300) MW机组锅炉再热器及过热器管,可以完全取代G102,部分替代T91,性能优良。从而大大改善了焊接性,并成为锅筒用钢的首选钢材.在这方面值得一提得是,我国已将BHW35进行了国产化。1.3 本文研究内容及意义 本文研究的内容是电站锅炉用T91钢焊接工艺性能，对T91钢进行了实验并通过焊接试验和焊接接头的力学性能试验以及T91钢的开发研究、试验和在电站锅炉上的应用情况，讨论了它的性能和在我国电站锅炉中的应用前景，对其焊接工艺进行深入的研究。了解了该钢的焊接工艺性能及焊接接头的性能，初步掌握了其焊接工艺，为工厂生产应用打下基础。第2章实验材料及方法2.1 母材 T91钢改良型9Cr-1Mo钢，即T91/P91钢，这类钢是70年代至80年代，美国在早期的-1Mo钢基础上研究成功的。90年代中期出现在国内安装的进口机组中，现在已经在我国的大型电站锅炉上较普遍采用。这类钢可以说是热强钢的第三代产品，其主要特点是降低了含碳量，同样是多元复合强化，但各合金元素含量控制极严格，从而改善了钢的塑韧性和焊接性，提高了钢的高温稳定性，其600时的持久强度比F11和F12提高了近70%。在电力行业焊接此类钢的过程中，通过接触国外更高层次的技术资料和几十年的焊接,使焊接人员观念发生了重要转变，即：焊接工艺与操作工艺不是一回事，在此类钢的焊接中，焊工操作工艺的重要性已经退居其次；使用的焊接工艺必须经过评定，评定的依据不再是一系列常温力学性能，而把重点放在验证焊接接头能否获得预期的塑韧性和金相组织；焊接此类钢应该在焊接工艺的全过程严格受控。此类钢对焊接工艺的严谨性要求与早期的9Cr-1Mo钢相比更高，焊接热输入量要求更严格，焊后热处理的温度和保温时间对焊接接头的韧性有很大影响，必须给予足够重视。 ( 1) T91的化学成分 T91 钢和部分9 % 12 %Cr 钢以及常用的低合金钢和奥氏体不锈钢的化学成 其化学设计范围和实测值见表2.1成分CSiMnSPNiCrMo设计含量0.08-0.120.2-0.50.3-0.60.010.020.48.0-9.50.85-1.05测试值0.100.390.390.00150.00130.0798.540.98表2.1 T91钢的化学成分（%） (2 ) T91钢的物理性能电站所用的钢种, 最关心的物理性能是材料的热膨胀系数和导热性。T91 钢的弹性模数、线膨胀系数、热传导系数等主要物理性能数据列入表2.2T91 与不锈钢相比, T91 具有低的热膨胀系数和良好的导热性, 是一种物理性能较好的管道用热强钢。使用T91 钢可以减少膨胀应力和由温度梯度(仅对壁T91 管件而言)产生的热瞬态应力。表2.2 T91钢物理性能 温度热传导系数W(mK)-1弹性模数MPa由室温至指定温度的平均膨胀系数/ 2026 218 5026 216 10.6 10027 213 10.9 20028 207 11.3 30029 199 11.7 40029 190 12.0 50030 181 12.3 60030 162 12.72.2 T91实验制备及焊接工艺 制样方法：本实验使用的材料型号。直径。总长度。使用线切割方法，从每个钢管的焊接接头处各切割下七个长条状试样。一个用作金相显微观察和显微维氏硬度检测及弯曲试验。使用砂纸对试样打磨、抛光、腐蚀（本次试验采用5%的硝酸酒精溶液腐蚀），然后使用金相显微镜对试样的焊接接头(包括母材、不完全正火区、正火区、过热区及焊缝)进行金相观察、拍照，然后进行显微硬度测试，最后进行弯曲试验。三个加工成夏比V 型缺口冲击试样，冲击试验结束，将冲击试验的试样断口在扫描电镜（SEM）下观察断口的断裂特征。另三个试样用于热疲劳试验。如表2.3 表2.3 T91钢焊接工艺对比实验序号管件编号焊接方法预热温度()层间温度()焊接层数焊接电流(A)焊后热处理恒温时间12008-GX003TIG1501505105022008-GX004TIG15015031157501h32008-GX005TIG15015041257701h42008-GX006TIG20020031057701h52008-GX007TIG2002004115062008-GX008TIG20020051257501h72008-GX009TIG25025041057501h82008-GX010TIG25025051157701h92008-GX011TIG250250512502.3显微硬度试验 针对焊接接头，测试焊接热影响区的硬度分布，是了解焊接接头性能的一项重要指标。由于焊接接头从热影响区到焊缝中心组织变化很大，其表现出的显微硬度必然会产生较大的波动。由于T91 钢焊接热影响区域狭窄，测定较多的维氏硬度点是困难的，本试验采用显微维氏硬度。通过对焊接接头显微硬度的测定去反映出焊接接头不同组织的性能变化。使用MH-3 型显微维氏硬度测试机从焊缝中心到基体组织进行显微硬度测试。2.4冲击试验 冲击试验机（英文名称：impact testing machine）是指对试样施加冲击试验力，进行冲击试验的材料试验机。联工生产冲击试验机分为手动摆锤式冲击试验机、半自动冲级试验机、数显冲击试验机、微机控制冲击试验机、非金属冲击试验机等。可以通过更换摆锤和试样底座，可实现简支梁和悬臂梁两种形式的试验。 摆锤式冲击试验机是冲击试验机的一种，是用于测定金属材料在动负荷下抵抗冲击的性能，从而判断材料在动负荷作用下的质量状况的检测仪。图2.1 冲击实验机焊接接头冲击试验按 GB/T2291994金属夏比冲击试验方法的相应规定进行，焊接接头冲击试件缺口位置的确定按 GB/T2649-1989焊接接头机械性能试验取样方法的规定进行。将每组T91 钢试样按设计方案中要求的焊接工艺焊接，之后采用线切割的方法将每组试样制备成冲击试验所用的试样。本冲击试验所用试样为V 型缺口的冲击试样。由于钢管壁厚尺寸较小的原因， 无法制成标准冲击试样， 而只能将其加工成7.5mm5.0mm55.0mm 的非标准试样。冲击缺口开在焊缝中心处，沿径向贯穿整个壁厚。冲击试样的具体尺寸如图2.2。 图 2.2 冲击试样尺寸2.5金相显微试验 金相试验主要是用来研究分析金属材料的机械力学性能与内部组织成分结构的联系。一般通过光学显微镜来观察焊缝组织成分的宏观与微观形貌，对其焊缝进行分析，从而来判别材料焊接接头的质量。一个完整的金相试验主要包括取样、镶嵌、打磨、抛光、腐蚀、检测几个步骤。图2.4金相显微镜2.6 SEM扫描电子显微镜 扫描电镜（SEM）是介于透射电镜和光学显微镜之间的一种微观性貌观察手段，可直接利用样品表面材料的物质性能进行微观成像。扫描电镜的优点是，有较高的放大倍数，20-20万倍之间连续可调；有很大的景深，视野大 ，成像富有立体感，可直接观察各种试样凹凸不平表面的细微结构；试样制备简单。 目前的扫描电镜都配有X射线能谱仪装置，这样可以同时进行显微组织性貌的观察和微区成分分析，因此它是当今十分有用的科学研究仪器。图2.5 SEM扫描电子显微镜第3章 焊接工艺对焊接接头力学性能的影响3.1 工艺参数对焊缝抗弯强度的影响 在优化后的焊接工艺参数的基础上，通过改变焊接工艺中的单一因素，系统研究试验中每个因素对T91 钢焊接接头焊缝抗弯强度的影响。（1）焊后热处理温度对T91 钢焊接接头焊缝抗弯强度的影响，可以看出，不进行热处理，焊接接头的抗弯强度极差，随着热处理温度的提高，焊缝抗弯强度值也相应提高。进行焊后热处理能有效的改善焊缝和热影响区组织， 焊缝中的淬硬组织得到有效的回火处理， 从而降低焊接接头的残余应力，使其焊接接头力学性能得到有效提高。为获得具有较好力学性能的焊接接头，通常焊后热处理温度控制在750770 。图3.1 焊后热处理对抗弯强度影响（2） 焊接电流对T91钢焊接接头焊缝抗弯强度的影响，当焊接电流为115A时，焊缝抗弯强度值最大；继续减小或增加焊接电流，焊缝抗弯强度都会明显下降。由焊接线能量输入公式E=60UIV (公式中：E表示焊接线能量；U表示焊接电压；I表示焊接电流；V表示焊接速度)可知，焊接过程中的焊接电流太大或焊接速度较慢，都会导致焊接线能量增加。如果焊接线能量输入太小，冷却太快，过热区产生较大的马氏体组织，从而导致塑性和韧性下降；同时在没有来的及逸出扩散氢和焊接应力的作用下产生冷裂纹；另外焊接线能量输入过大，会造成组织过热，进而形成魏氏组织、粗大晶粒尺寸、网状晶界，导致焊缝脆化。上述是引起T91钢焊接接头抗弯强度下降主要原因。所以必须严格控制焊接线能量输入，采用符合焊接工艺要求的焊接电流。 图3.2 焊接电流对抗弯强度的影响（3） 预热温度/层间温度对T91钢焊接接头焊缝抗弯强度的影响。随着预热温度/层间温度的增加，抗弯强度不断增加。在预热温度/层间温度低的情况下，在输入相同的焊接能量时，熔池温度下降快，由于焊缝中存在着大量的没有逸出氢，从而导致产生氢致延迟裂纹；与此同时焊缝冷却速度较快，马氏体转变速度也相对快，焊缝组织中的应力没有得到很好的释放，因此较大的残余应力存在于焊缝中。随着预热温度和层间温度的提高，熔敷金属的熔池冷却速度相应减小，延长了马氏体组织转变的时间，这对降低马氏体转变时产生的组织应力和氢的逸出是有利的，可以有效地避免冷裂纹产生。 图3.3 预热温度/层间温度对抗弯强度的影响（4） 焊接层数对T91 钢焊接接头焊缝抗弯强度的影响随着焊接层数的增加，抗弯强度增加。焊接层数的增加，也就是采用多层多道焊接方法，后续焊道将会对之前焊道起到显著的正火作用，这样相当于完成了重结晶，所以组织均匀和晶粒细小。后续焊道对之前焊道正火还起到了对之前焊接部分的焊缝晶内和晶界都能析出少量V、Nb (C、N)和M23C6型化合物， 让板条马氏体位向消失的作用。由于焊缝中V、Nb (C、N)和M23C6 型化合物的析出，以及焊缝组织中晶粒尺寸细小、组织均匀，晶格畸变减少，焊缝组织的脆性显著降低。因此，抗弯强度得到较大的提高。图3.4焊接层数对抗弯强度的影响3.2 显微硬度试验图4.1为每个试样样的显微硬度曲线。通过显微硬度曲线可以看出，从焊缝中心至母材，焊接接头组织中硬度值最大基本上出现在热影响区的过热区区域。由于在焊接热循环的作用下，过热区冷却速度较快， 产生了淬硬现象， 所以焊接接头过热区的硬度值最高。而焊缝组织中晶粒虽然粗大，但由于焊接时焊缝比过热区温度高，冷却速度却相对较慢，这样就降低了焊缝组织的淬硬倾向，所以焊缝的硬度值比过热区的硬度值低。从以上的金相组织分析中可以看出，焊缝组织基本上为回火马氏体组织而母材则基本上回火索氏体组织，所以焊缝硬度值比母材硬度值高。通过显微硬度曲线结合工艺参数可以看出，1号、5号、9号试样焊后未经过热处理，从焊缝到母材呈现出较高的硬度值。其它6个试样是经过热处理，硬度值有了明显的降低，原因在于焊后进行热处理，促使焊缝中V、Nb等合金元素以细小的碳氮化物形式充分析出，从而减小焊缝硬度值，其韧性得到很好的提高。经过热处理的焊接电流为105A、115A、125A的试样焊缝及热影响区的硬度逐渐升高，随着焊接电流增大，焊缝的硬度值降低，这是由于焊接线能量输入的增加， 焊缝温度随之升高， 焊缝冷却速度减慢却相应的降低，马氏体化程度得以减轻。6号、8号试样焊接层数为5层，焊缝与热影响区硬度波动较小，是由于焊接层数增大，在焊接过程中焊缝的冷却速度降低，便于碳化物充分析出，硬度降低；而其他试样焊接层数较少，焊缝与热影响区波动较大，原因在于焊接层数较少，焊缝冷却速度快，产生淬硬现像，马氏体化程度增大，造成硬度值大小不一，波动较大。通过以上分析可以看出焊接后进行焊后热处理，对焊缝中V、Nb等合金元素能以细小的碳氮化物形式析出的效果十分显著，从而降低了焊缝脆性，焊缝韧性得以大大提高。增加焊接线能量的的输入，即增加焊接电流，焊缝温度随之升高，焊缝冷却速度也相应地减慢，马氏体化程度减轻，导致焊缝的硬度值的降低。焊接层数的增加，这样有助于后一道焊缝对之前焊缝的正火作用，因此整个焊缝的冷却速度随之降低，对焊缝中碳化物的充分析出十分有利，焊接接头的硬度与脆性得到很好的改善。8号试样为优化的焊接工艺参数，焊接电流115A，预热温度/层间温度250，焊接层数5，焊后热处理770， 得到的焊接接头焊缝与热影响区硬度值波动较小，硬度值减小，韧性提高。 3.3冲击试验（1） 本实验通过优化T91 钢焊接工艺，实验指标为焊接接头焊缝的冲击韧度值，如表4.3 所示。由以上9组实验可以基本上反映出焊接接头焊缝的冲击韧度值与各焊接参数之间的关系，从正交实验中可以看出，通过极差法处理后可以得出冲击韧度值的影响从大到小依次为：焊后热处理、焊接电流、焊接层数和预热温度/层间温度。表3.1 T91钢焊接试验分析表试样编号因素焊后热处理（）焊接电流(A)焊接层数预热温度/层间温度（）冲击韧度（J/cm）1010551506327501153150103.537701254150117.24770105320096.750115420091.767501255200120.477501054250104.687701155250131.190125325076.8第4章 焊接工艺对焊接接头组织性能的影响4.1.金相组织分析 T91钢的焊接接头是由焊缝、熔合线、热影响区等组成，熔合线的范围很窄，热影响区根据晶粒的粗细大致可以分成三个不同的区域，即靠近熔合线的粗晶热影响区，靠近粗晶热影响区的细晶热影响区以及靠近基体金属的粗细晶混合热影响区。图2.6 焊缝各区域温度分布和铁碳相图 T91钢焊接接头按照热处理状态可细分为熔合区、熔敷区、过热区、正火区、不完全正火区和回火区。处于焊接接头不同的区域的组织受热循环影响的温度是不同的，因此奥氏体组织转变的程度和晶粒尺寸长大的情况是相同的。过热区晶粒粗大，也叫粗晶区,加热温度在晶粒开始急剧长大温度到熔点温度之间。由于热循环温度(大约1200)的影响，造成组织严重过热，奥氏体晶粒开始急剧长大，焊后冷却时由于奥氏体晶粒粗大，冲击韧性和塑性大大降低。正火区晶粒细小均匀，是因为受焊接热循环影响温度不低于奥氏体组织完全转变点温度，不过并不会促使晶粒尺寸较大，处在T91钢的正火区域范围内，在Ac3线以上，晶粒较为细小均匀。不完全正火区组织晶粒大小极不均匀，由于受焊接热循环影响的温度不高于奥氏体组织完全转变点，转变过程时存在很小一部分组织重新发生奥氏体组织转变，形成了由部分奥氏体组织转变产物和原有组织同时存在区域，该区域组织为细小的铁素体和珠光体的重结晶组织和未发生相变的粗大的铁素体。 在Acl-Ac3(810-900)之间，该区组织晶粒大小极不均匀，并且仍然保留原始组织的带状特征。回火区晶粒大小与母材相差不大，也称相变重结晶区或细晶区，焊后冷却形成过热组织，但是这个区域很狭小。尽管如此这一区域的危险性还是很大的，往往是产生脆性破裂和破坏裂纹的发源地。4.2 焊接接头的金相组织 各试样焊接接头区金相组织如图： a焊缝 b熔合区 c母材图3.1 1号试样金相组织 1号试样熔合区左下方为马氏体和部分回火索氏体组织，熔合区右上方为回火索氏体组织，焊缝为马氏体组织，为柱状晶，母材为回火索氏体+少量马氏体 a焊缝 b熔合区 c母材图3.2 2号试样金相组织 2号试样熔合区左下方为回火索氏体组织，熔合区右上方为回火马氏体和回火索氏体组织，母材为回火索氏体组织。 a焊缝 b熔合区 c母材图3.3 3号试样金相组织 3号试样熔合区左下方为粗大的奥氏体晶粒和回火马氏体组织，熔合区右上方为粗大的回火马代体组织，焊缝为回火马氏体和回火索氏体组织，母材为细小的回火索氏体组织。 a焊缝 b熔合区 c母材图3.4 4号试样金相组织 4号试样热影响区为粗大的板条回火马氏体组织和少量的析出碳化物，焊缝为回火马氏体组织，母材为回火索氏体组织。 a焊缝 b熔合区 c母材图3.5 5号试样金相组织 5号试样热影响区为回火索氏体组织，焊缝为回火马氏体和析出碳化物，母材为回火索氏体组织。 a焊缝 b熔合区c母材图3.6 6号试样金相组织 6号试样热影响区为回火索氏体组织，晶粒大小不均，焊缝为回火索氏体组织，母材为回火索氏体组织。 a焊缝 b 热影响区图3.7 7号试样金相组织 7号试样热影响区为回火马氏体和回火索氏体组织，焊缝为回火索氏体组织。 a焊缝 b熔合区 c母材图3.8 8号试样金相组织 8号试样热影响区为粗大的板条马氏体组织，焊缝为马氏体和少量铁素体组织，母材为细小回火索氏体。 a焊缝 b熔合区 c母材图3.9 9号试样金相组织9号试样热影响区为回火索氏体组织，晶粒大小不均，焊缝为回火索氏体组织，母材为回火索氏体组织。4.3显微组织实验结果及分析 T91钢由于存在Cr、Mo、V 等强碳化物元素，在高温空冷下焊接过程中易产生淬硬马氏体组织。T91钢含有易产生再热裂纹的沉淀强化元素，但C、S、P的含量少，其塑、韧性较好，对再热裂纹的敏感性较低。但由于T91钢属于空冷马氏体钢，焊接时容易产生冷裂纹，且焊接过程中的热循环会使焊缝韧性下降。本文通过对T91钢焊接工艺试验研究设计方案，对每一种工艺的焊接接头组织与性能进行了分析，可以得出以下的结论： （1）通过试验得出T91钢的最佳焊接工艺：焊接电流115A，预热温度/层间温度250，焊接层数5，焊后热处理770。在此条件下可以得到较好的晶粒细小、大小均匀的回火索氏体组织。 （2）焊接工艺对焊接接头弯曲强度的影响：不进行热处理，焊接接头的抗弯强度极差， 随着热处理温度的提高， 焊缝抗弯强度增加。当焊接电流为115A时，焊缝抗弯强度值最大，减小或增加焊接电流，焊缝韧抗弯强度都会下降。焊接层数与预热温度/层间温度的增加，抗弯强度增加。 （3）焊接接头显微硬度与热处理温度、焊接电流、焊接层数、预热/层间温度有着密切的联系。焊接电流115A，预热温度/层间温度250，焊接层数5，焊后热处理770获得了一个较好的焊接效果。 （4）由冲击韧性及断口形貌分析，晶粒的大小与热处理温度为冲击韧性的主要影响因素。最佳焊接工艺（8号试样）下焊接接头断口为韧窝形貌特征，具有良好的抗冲击韧性。 （5） 预热温度250，层间温度250，焊接层数5层，焊接电流115A，热处理温度770、恒温一小时，为最佳焊接工艺，焊缝可以得到晶粒细小、组织均匀的回火索氏体组织，焊缝的硬度和脆性下降，韧性得到大幅度提高，同时具有较好的冲击韧性、弯曲强度。 第5章结论 本文通过对T91钢焊接工艺试验研究设计方案，对每一种工艺的焊接接头组织与性能进行了分析，可以得出以下的结论。通过试验得出T91钢的最佳焊接工艺：焊接电流115A，预热温度/层间温度250，焊接层数5，焊后热处理770。在此条件下可以得到较好的晶粒细小、大小均匀的回火索氏体组织。焊接工艺对焊接接头弯曲强度的影响：不进行热处理，焊接接头的抗弯强度极差， 随着热处理温度的提高， 焊缝抗弯强度增加。当焊接电流为115A时，焊缝抗弯强度值最大，减小或增加焊接电流，焊缝韧抗弯强度都会下降。焊接层数与预热温度/层间温度的增加，抗弯强度增加。焊接接头显微硬度与热处理温度、焊接电流、焊接层数、预热/层间温度有着密切的联系。焊接电流115A，预热温度/层间温度250