Cr马氏体耐热钢的焊接技术和质量控制PPT课件.ppt

9 12 Cr马氏体耐热钢的焊接技术和质量控制 范长信西安热工研究院有限公司 目录 第一部分新型马氏体耐热钢焊接性分析第二部分P92钢焊接工艺研究第三部分焊接质量控制 第一部分新型马氏体耐热钢焊接性分析 管道钢F12 F11 P91 P92 P122 P911 NF12 SAVE12日本转子钢TR1100 TR1500 TR1200 HR1200日本转子钢TOS101 TOS107 TOS110欧洲转子钢COSTF COSTE COSTB欧洲汽缸材料G X12CrMoVNb91 G X12CrMoVNbN1011日本汽缸材料TOS301 TOS302 TOS303 9 12 Cr马氏体耐热钢家族 SC USC用新型耐热钢依靠进口 国内无法生产SC USC机组所需关键材料从国外引进先进成熟材料是发展我国超超临界发电技术的最快捷和现实的途径 需要解决的问题 新型耐热钢的焊接 热处理等加工工艺 新型电站用钢的使用性能 如高温长时力学性能 疲劳性能 抗蒸汽氧化 烟气腐蚀性能 运行条件下的组织变化规律进行全面研究 金属监督 状态与寿命评估技术研究 如何获得质量合格的焊接接头 保证工程建设进度 满足机组长期安全运行 成为最为关键的技术难题之一 运行组织稳定性 位错密度的降低 E911 P92 P122由于含W 容易析出Fe2 W Mo Laves相 P122中的Cu促进Laves相的析出 蠕变中后期Z相Cr Nb V N析出 稳定性 P91 E911 P92 P122 马氏体耐热钢的性能特点 以P91为代表的9 12 Cr马氏体钢具有良好的综合性能 高温强度 韧性等 马氏体钢与常规的低合金耐热钢的显著差别是性能对组织异常敏感 制造 安装和运行中导致的组织波动都会导致性能的较大变化 高温持久强度 许用应力 P92 600 10万小时持久强度1999年ASME锅炉和压力容器委员会批准将A335P92钢作为规范案例列入ASMEA335材料标准 2000版案例2179 3 持久强度为132MPa 但高温管道 主汽 热段 设计依据的规范ASMEB31 1至今还未将其纳入2002年德国V M公司已进行到7万h蠕变试验 外推的持久强度比ASME案例中的值低约10 ECCC2005年持久强度评价值为113MPa 较ASME案例中的值低约14 P122 许用应力 MPa 575 600 625 ASME1078361METI1008565SHC1006846 西安会议 超超临界主汽管材料会议纪要 服役期间冲击功的变化 P122 100 125JP92 150JE911 180JP91 240J 运行1万小时后40J运行后70J运行后60J运行后180J 含W钢的冲击功在一万小时内下降显著 之后趋于稳定 对母材尚能满足使用要求 对焊接接头需要有一定韧性的储备 新型马氏体耐热钢焊接性分析 焊接接头的脆化 粗晶组织引起 导致接头的韧性降低 在焊接过程中应使用较低的焊接线能量 E 60UI V J cm 新型马氏体耐热钢焊接性分析 热影响区的软化 AC1 AC3之间部分奥氏体化 沉淀强化相不能够完全溶解在奥氏体中 粗化 强度降低 软化对短时高温拉伸强度影响不大 但降低持久强度 产生 型裂纹 型蠕变裂纹 发生在焊缝中的蠕变裂纹 型蠕变裂纹 发生在焊缝中的蠕变裂纹向焊接热影响区扩展 型蠕变裂纹 发生在粗晶区的蠕变裂纹 再热裂纹 型蠕变裂纹 发生在细晶粒软化区的蠕变裂纹 型蠕变裂纹 发生在熔合区的蠕变裂纹 型蠕变裂纹 发生在母材应力集中处的疲劳裂纹 焊接接头蠕变裂纹的分类 熔合区裂纹 疲劳裂纹 P91集箱与P91端盖环焊缝焊接热影响区发生 型开裂 运行 3 65万小时冷启动 72次热启动 469次 P91 P92 E911 P122均有IV开裂敏感性 IV型开裂的破坏性很大 设计上考虑余量 焊接工艺优化 焊接线能量不宜大 预热温度不能过高等 管系支吊调整 早期诊断可减小风险 新型马氏体耐热钢焊接性分析 焊接冷裂纹 延迟裂纹 冷却过程中在Ms点以下或更低的温度范围内形成 三要素 淬硬组织 氢元素 应力 冷裂纹敏感性T23 P22 P122 P91 P22 预热及层间温度低氢型焊条 严格烘培和保温工艺 尽量减少拘束度 消氢或及时热处理 焊接接头的化学成分 保证综合性能提高可焊性合金元素的作用和优化控制焊接材料开发商完成 焊接接头的组织 新型马氏体耐热钢的组织包括焊接接头的组织均为马氏体马氏体板条的位向 大小 原奥氏体晶粒度 碳化物的类型 形状 分布等在BM HAZ WM的分布有或大或小的差异 P92焊接接头PWHT 740 4h 后的宏观和微观组织形貌 P92焊接接头焊缝金属的TEM像 焊态 PWHT 焊接接头的蠕变性能 焊缝金属的蠕变断裂强度低于母材随着持久断裂时间的增加 焊缝金属的蠕变断裂强度与母材的差距越来越大高温蠕变试验的失效位置多在HAZ的外侧 即靠近母材的HAZ 软化区焊接接头的失效模式受控于HAZ 第二部分P92钢焊接工艺研究 马氏体耐热钢的焊接 F11 F12本身成分设计上有缺陷 导致焊接困难 后续的9 12 Cr马氏体钢通过合金成分优化焊接性能有较大幅度的改善 P91国内已经应用10余年 在其焊接方面已经积累了丰富的经验 T91 P91钢焊接工艺导则 是国内P91钢的焊接技术的里程碑 P91基础上开发的P92 P911 P122等新钢种在焊接上没有本质的区别 国内对这类钢的焊接还存在什么问题 特殊性在哪里 新型马氏体需要什么样的焊接接头 没有焊接缺陷 组织以回火马氏体为主 合理的析出相数量 尺寸 分布 异常组织的控制 delta 铁素体 过度回火组织等 与母材的合理的强度匹配 足够的韧性储备 以应对运行中的脆化 关注焦点 焊接接头的性能 随着技术进步 大多数的高温焊接接头中已不存在影响使用安全性的宏观缺陷中间探伤规定是否合理 关注组织的不均匀性和由此引起的性能不均匀性存在强度或大或小 塑性或高或低的区域 在使用过程中发生早期失效强度或塑性不足不同的蠕变速率 导致接头中应力的错配 P92钢由于W的加入 抗回火能力有所提高 焊缝冲击功更难以提高 而运行中冲击功的降低又更明显 合理的韧性值和韧性储备是必要的 同时又要考虑蠕变性能 二者兼顾 不能一味追求高冲击功P92钢焊缝Ak不得低于41为宜 影响焊缝金属韧性的因素 焊接方法的影响 氧含量 通常GTAW SMAW SAW化学成分的影响预热 层间温度的影响焊接线能量的影响焊后热处理的影响 焊接材料的选择 与母材的成分匹配 质量的稳定 AC1的波动等 焊接工艺性能与母材的物理性能的匹配 如相变点 杂质 S P As Ab等 的控制 长期蠕变数据的多寡 合金元素的过渡方式 焊接材料的选择 伯乐蒂森ThemanitMTS616钢芯过渡英国曼彻特Chromet92药皮过渡法国液化空气ALCromocord92药皮过渡日铁 住金NiffefsuN616 焊接材料的选择 进行了如下试验焊接工艺性能比较回火参数与冲击功的关系力学性能试验AC1相变温度的测试宏观和微观金相组织分析 各有千秋 对P92等的焊接材料如果合金元素过渡方式不同 建议分别进行工艺评定 W Ferrite 焊缝 回火马氏体 焊接工艺的探讨 工艺1 焊道宽 焊接电流偏上限 焊接速度高 工艺2 焊道偏窄 薄 焊接电流偏下限 但焊接速度低 相对1而言 焊接过程中的自回火 国内倾向于采用第二种工艺 实践证明能明显提高焊缝韧性 但熔敷金属试验表明 容易导致3 2 2 4mm焊条的焊缝金属强度达不到要求 说明反复 回火 降低了强度 国外多采用第一种工艺 由于焊接速度高 线能量也不高 冲击韧性也较高 建议国内对两种工艺进行系统的对比研究 1 2 3 4 5 6 7 Holdingtime h 0 10 20 30 40 50 60 70 CVN J Influenceofbeadformationonimpactpropertiesatpwht760 C weavedbeads stringerbeads 焊后热处理 焊后热处理温度的确定母材AC1焊材AC1母材最终热处理温度试验结果在接头性能满足要求的前提下 宜低 PWHT温度 厂家推荐的760 0 10 不符合中国国情提出现实的 安全的P92焊后热处理工艺参数 焊后热处理 建议P92钢PWHT温度600 10 对每批焊接材料的AC1温度进行测定 适当调整热处理温度 至少根据Mn Ni含量进行适当调整 H 011123 HeatcontrolduringweldingandPWHT conditionforP911andP92 第三部分焊接质量控制 焊接质量控制包括焊接材料 焊接工艺 焊后热处理任何一个环节的失误都会导致质量的失控 对P92焊接的几点认识 P92 P122钢从根本上来说与P91属于同类材料 有国内多年焊接P91的经验 P92的焊接同样可以成功实现 P92焊接与P91相比还是有一定难度 回旋的余地比较小 技术上应当采取更严格的措施 日本出现的超超临界机组管道事故提醒我们更应当重视焊接质量 重视高温管道的金属监督 采取措施 让一线工作人员 焊工 热处理工 理解每一个每一个质量控制点的重要性 施工单位要严格按工艺施工 将评定通过的工艺正确无误地移植到施工中 业主 监理 监督单位要加强过程质量监督管理 除了工艺执行情况 还要重点检查热处理设备表计的检定情况 并进行适当的抽检 在正式施工前的焊工考试过程中安排试验 进一步提高接头的性能 重视焊后热处理的技术水平提高 目前的现场热处理存在的问题 施工单位对热处理工的工作重要性缺乏认识 电厂的运行采用了最先进的控制系统 但国内电厂建设中热处理却采用了落后的设备和技术 减小内外壁的温差 减小热应力和弯曲变形 减小轴向温度梯度 人员方面 辅助工种 协助工 培训不到位 对热处理工作重要性认识不够 设备方面 热处理控制柜没有温度自动补偿系统 表计校准不够甚至不校 热电偶安装及接线 铁丝绑扎热电偶补偿导线接线问题 建议对P91 P92管道表面压焊热偶丝进行可行性评估推荐采用ASTM方法焊接热偶表面的有效隔热 规程方面 DL升温 降温速度 一般可按250X25 壁厚 h 计算 且不大于300 h 6 0 7热处理的加热宽度 从焊缝中心算起 每侧不小于管子壁厚的3倍 且不小于60mm 6 0 8热处理时的保温宽度 从焊缝中心算起 每侧不得小于管子壁厚的5倍 以减少温度梯度 6 0 9热处理的加热方法 应力求内外壁和焊缝两侧温度均匀 恒温时在加热范围内任意两测点间的温差应低于50 国外考虑壁厚 管径上海交大5 RT 规程中对P91焊接接头的硬度要求 Min 350 母材硬度 100 是否合理 试问有谁在工艺评定中的P91焊缝硬度高达HB300以上又同时满足冲击功和弯曲的要求 焊缝的P V曲线 当R样焊缝的硬度达到270HB时 焊缝的冲击功仅为19J 同时断裂韧度试验的P V曲线在直线段最大载荷点时突然断裂 呈明显的脆断 断裂韧度的低下必然导致焊缝容限裂纹尺寸的减小 再热器连接管弯头HB350400 过热器三通HB120 150400 过热器连接管弯头HB160400 过热器连接管弯头HB165400 金相照片及硬度 P91 P92钢硬度HB260 302金相 弯曲 拉伸均合格焊缝冲击功18 28J 29 华能股份公司有关P91焊接 热处理 质量验收的导则已经在玉环电厂P91 P92管道安装中应用 并在华能其它工程逐步推广 宽松的验收标准掩盖了热处理中存在的问题 只有现场