SA335P91 钢焊接工艺研究.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除SA335P91 钢焊接工艺研究摘 要: 本文介绍了我公司制造的石咀山330MW 锅炉过热器、再热器中第一次使用 SA335P91 钢大口径管性能和焊接工艺。关键词： SA335P91 钢管 焊接工艺前言早在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。由于该钢种具有良好的抗高温氧化和抗蠕变性能 ,同时热强性好 ,能有效地减轻结构自重 ,因而近几十年应用在美、欧、日等发达国家的电站设备中。我国也从 2 0世纪 90年代中期引进了该钢种 ,并应用于十余座火力发电厂中 ,但由于91钢属马氏体钢 ,具有一定冷裂倾向和接头脆化倾向 ,因而对焊接工艺和热处理工艺有严格的要求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CMnSiSPCrNiMoNbVN下限0.080.300.20-0.88-0.850.060.180.03上限0.120.600.500.010.029.500.401.050.100.250.07表2 SA335P91 钢机械性能*b(Mpa)s(Mpa)(%)(&)硬度(HB)58541520NR*NR*:ASMEsectionII-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810850之间(14501560F),AC3温度介于900940(16501725)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46464的SA335P91与12CrMoV;55895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钢手册和曼彻特焊接材料公司的推荐资料,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11.5mm,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, 2.4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3TCS-9cb焊丝化学成份(%)成份CSiMnMoNiVSPCrNbCuTGS-9cb0.080.170.990.970.070.180.0090.0070.90.0470.12 1.2.2 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,3.2(日本),E9015-B94,(ASME 第二卷C篇SFA5.5规范牌号,梯森DIN EN1599 ECrMo91B42HS 和曼彻特的chromet 9MV-N焊条均满足ASME 规范)。焊条使用前经300350，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,将弧坑填满,防止裂纹.层间温度不能低于205,高于300.所用焊条的化学成份见表4。表4SA335P91钢用焊条化学成份(%)成份CSiMnCrMoNiVSPNbNCuCM-9cb3.20,060.221.378.851.100.960.170.0020.0080.07E9015-B940.100.240.629.051.050.730.200.0060.0090.050.041.2.3埋弧焊 当手工电弧焊焊完后,如工件温度205,可以开始进行埋弧焊焊接,弧焊焊丝为EB9,3.0,焊剂为F9FZ-EB9-B9(LA491)。其化学成份见表5、表6。 埋弧焊焊接工艺为工件转动单丝道焊，在施焊过程中，每焊两道后，要三测温仪测量层间温度。当温度低于205时，应停止施焊。采用电加热或煤气均匀加热至230左右，再接着施焊。焊剂使用前经350400烘干2小时。使用多少领多少，用不完的焊剂要退回，须经重新烘干后方可使用。该焊剂为氟化物-高碱度碱性烧结焊剂，易吸潮。各种方法的焊接规范见表7.表5埋焊弧焊丝EB9化学成份(%)成份CSiMnCrNiVSPNbNCuEB90130.220.559.110.680.220.0030.0040.060.0440.04表6 F9PZ-EB9-B9(LA491)焊剂化学成份(%)成份SiO2+Tio2CaO+MgOAl2O3+MnOCaF2F9PZ-EB9-B9(LA491)143218311.2.4后热和热外理当SA335P91钢焊接完成后,由于工序的限制,往往不能立即进行焊后热处理。为了保证扩散氢有足够的时间逸出,避免裂纹产生,焊后立即用电加热器对焊缝消氢处理,温度为375正负,保温2小时,缓冷到室温,以便进行PT、UT检查。同时，使焊缝冷却到室温，消除焊缝中未转变的奥氏体，使奥氏体-马氏体转变充分。因为未转变的奥氏体内能滞留相当量的扩散氢。同时，残余奥氏体不受回火处理的影响，而在冷却后转变成新的未经回火的马氏体。此外，如果最终热处理温度择不当，会引起冲击韧性下降，经过考证认为：不论对于 SA335P91 同种钢的焊接，还是与 12Cr1MoV 的异种钢焊缝,热处理温度定为 750+10,保温时间视管子壁厚而定。表 7 焊接规范焊接方法焊材型号直径电流极性电流电压氩气流量GTAWTGS-92.4DC 正极100-13012-147-9L/sSMAWE-9015-B93.2DC反极90-12019-21E-9015-B94DC反极130-14022-23SAWEB9+FP9Z-EB9-B9(LA491)3DC反极368-38030-332.试验结果 采用以是焊接材料和按规范所焊的焊缝,按JB3323、JB1152进行 100% RT和 UT检查均为一次合格。并对焊缝机械性能进行检验，均以满足要求，结果见表8。表 8 SA335P91/12Cr1MoV 焊接接头试验结果接头型式母材牌号及规格焊接方法()热处理(Mpa)断裂位置抗拉强度AkV(J)(室温)硬度(HV) 管管对接SA335P91+SA335P91323.932GTAW+SMAW+SAW750+10保温 150分钟675 焊外658 焊外焊缝:100,122,95HAZ:204,210,244247,242,245213,212,215 管管对接SA335P9112Cr1M0V323.932GTAW+SMAW+SAW750+10保温150分钟577 焊外580 焊外焊缝:68,85,90HAZ(P91):190,246,190HAZ(12Cr1MoV):230,240,214228,221,225215,235,225181,183,185管管头接SA335P91+12Cr1MoV323.932GTAW+SMAW+750+10保温165分钟597 焊外595 焊外焊缝:68,80,92HAZ(P91):125,120,88213,225,228180,180,177结论(1) 手工氩弧焊进行SA335P91 钢同种对接或异种钢对接封底时,为了获得满意成形和焊透,防止氧化,内