P92焊接工艺评定介绍讲解

1、A335P92钢焊接工艺优化试验研究课题进展情况介绍国电电力建设研究所二oo五年一月二十七日-1 -1. 本课题目标的提出2. 焊接材料的选择3. 焊接工艺试验实施4. 焊接接头性能试验数据5. 推荐的焊接工艺6. 结束语内容摘要：本文对在各电建公司进行的 P92P92 钢焊接工艺评定进行了详细的描述， 包括焊接过程参数和焊接热处理过程都进行了详细的记录，涉及到对焊接 线能量即焊接电流、电压、焊接速度的控制以及如何实现，对预热温度和 层间温度的控制以及加热器的包扎，通过多种试验优化方案得到的较为理 想的工艺。试验的过程中，依据标准DL/T868-2004DL/T868-2004 对焊接接头分别

2、进行取 样分析，包括拉伸、冲击、弯曲、硬度和金相等，用以对焊接工艺评定成 功与否进行了验证。-2 -1 1 本课题目标的提出随着 P92P92 钢材在电力建设超超临界机组中的投入而且有被广泛使用的 趋势，电力建设工程界迫切需要一套相对比较合理成熟的P92P92 钢焊接工艺。国电电力建设研究所会同山东电力建设第二工程公司、河北电力建设第一 工程公司、河北电力建设第二工程公司、河南第一火电建设公司、江苏电 力建设第一工程公司、湖南火电建设公司等六家电力建设公司共同组建了 P92P92 钢焊接工艺优化试验研究课题组。课题的主要目的是通过有限的试验寻 找满足 DL/T868DL/T868焊接工艺评定规

3、程的比较合理的焊接工艺。为此，要 解决如下问题：（1 1）确定合适的焊接材料；（2 2）确定合理力学性能尤其是室温冲击韧性指标；（3 3）解决焊缝和热影响区软化问题；（4 4）提出合适的现场焊接工艺参数。课题组于 20042004 年 1111 月 2222 日至 2424 日在南京召开了会议。会议根据进 口焊接材料的熔敷金属试验结果，确定了采用进口焊接材料的原则。依据 焊接工艺评定标准，确定了室温下 P92P92 钢焊接接头基本性能要求（见表 1 1）， 同时制定了 P92P92 钢焊接工艺优化试验研究任务书。-3 -表 1 1P92P92 焊接接头基本性能表抗拉强度MPa屈服强度(0.2%

4、) MPa断后伸长率5d,%180冷弯裂纹长度mm焊缝 冲击功J硬度HB 620 440 15 3 41 300其它要求1、试件焊缝根部应焊透，不得有未熔合。表面及内部质量应符合相关标准 要求。2、微观金相检验：焊缝金属和热影响区不出现严重的组织偏析、淬硬的马 氏体、网状组织等试验的试样要求和合格标准：1 1）全截面金相观察试样：试样包括焊缝、热影响区、母材，从宏观和微观方面分别检查 各区的组织，硬度分布，检验方法执行标准GB/TGB/T 884-2004,884-2004,合格标准执行DL/T868DL/T868 结合 ASMEASME QW-183QW-183。2 2）轴向焊接接头室温拉伸

5、试样：全厚度拉伸试样，每组两件，焊接试样取样尺寸执行标准 GB2651-89GB2651-89焊接接头拉伸试验方法。合格标准执行 DL/T868DL/T868 结合 ASMEASME QW-153.1QW-153.1。3 3）焊缝及热影响区金属室温冲击-4 -取样：焊缝金属分底层和近表层加工，热影响区从近表层加工，每组 三根。缺口开在垂直于管子外壁，试验方法执行标准GB265GB2650 0焊接接头冲击试验方法。按照 ASMEASME 规范规定，T/P92T/P92 钢的焊接接头要求达到 AkAkv（ 般用钢或者是横向）30ft30ft IbfIbf （J=1.355818ftJ=1.3558

6、18ft IbfIbf , 41J41J）（核电用钢或者是 纵向）50ftlb50ftlb （68J68J）。因此，在工艺评定任务书力学性能要求中规定了焊 接接头的冲击功达到 41J41J。对于 P92P92 这类细晶强韧化耐热钢材，实施过程中焊接接头的脆化倾向比较明显，因此课题组特别关注冲击韧性指标。4 4）焊接工艺评定侧弯试样：共 4 4 件，执行标准 GB/TGB/T 26532653，侧弯试样合格标准为每片试样的 拉伸面上在焊缝和热影响区内任何方向上都不得有长度超过3mm3mm 的开裂缺陷。弯曲试样检测焊接接头的塑性，揭示焊接接头内部缺陷，检测焊缝致 密性，考核不同区域协调变形的能力。

7、各种试样取样位置如图 1 1 所示。12-5 -注神弍祥全相试料拉炉图 1 1 焊接接头取样示意图2 2.焊接材料的选择在南京会议之前已经完成了三种焊接材料的熔敷金属试验。 会议之后, 根据课题组建议，电建所 1 1 月份又安排了对 ThyssenThyssen MTS616MTS616 熔敷金属的试 验。所有的焊接材料试样参考标准 GB5118GB5118 并接合 ASMEASME SFA5.5SFA5.5 统一试板、 统一焊接、热处理规范、统一加工方法的原则制作，规范参数如表 2 2 所示（-6 -表 2 2 试板焊接规范参数焊接材料预热温度(C)层间温度(C)焊接规范牌号规格焊接电流(A

8、)焊接电压(U)焊接速度(cm/min)MTS6163.220020030012024 2618焊后热处理焊条烘干 温度？时间(C?h)热处理起始温 度C)热处理温度(C)恒温，时间(h)升温速度(C/h)降温速度(C/h)80907602300300(300350)?1.5试验项目包括金相组织见图 2 2、化学成分分析、力学性能、扩散氢含量测试、相变点分析和施焊工艺性能等，9 9 月份又补充了 ChrometChromet 9292 的熔敷金属化学成分分析。电建所只做金相试验，其他试验外委。试验结果如下:-7 -图 2 2 熔敷金属金相组织(400(400 X ) )表 3 3 熔敷金属化学

9、成分(wtwt%)材料化学成分C CMnMnP PS SSiSiNiNiCrCrMoMo-8 -A335P920.070.130.30.60.020.010.50.48.59.500.30.6Alcromocord920.111.050.00820.0080.190.448.600.50Boehler FoxP920.0980.620.0120.0050.200.538.030.48Chromet92润0.0850.580.00740.010.220.447.960.370.0910.640.0090.00530.240.549.130.48MTS6160.100.600.00820.0090

10、.200.608.490.48材料V VNbNbW WB BN NCuCuAlAlCoCoA335P920.150.250.040.091.52.00.0010.0060.030.07/0.04/Alcromocord920.220.0611.850.00280.0370.0170.0050.0099Boehler FoxP920.180.0361.410.00050.0480.0370.0050.014Chromet92润0.180.0371.410.00160.0510.0220.005 800800784784800800800800786786AC3C) 900900885885868

11、868883883885885在对各熔敷金属的试验数据进行分析和听取了课题组成员单位的意见 后，选定ChrometChromet 9292 作为这次工艺评定焊接材料。补充试验：在进行 MTS616MTS616 熔敷金属力学性能试验时，附加了两个后 热处理工艺试验，焊接工艺与不后热处理的试板工艺相同。试板编号：N04N04# :焊后冷却至 80-9080-90C，保温 1 1 小时，进行热处理。No4-1#No4-1# :焊态直接完成后热处理，后热温度 300300 C，恒温 2 2 小时，然 后冷却至室温，搁置 2424 小时，进行热处理。-12 -No4-2#No4-2# :焊后冷却至 80

12、-9080-90C，保温 1 1 小时，再升温至 300300C进行后热 处理，恒温 2 2 小时，然后冷却至室温，搁置 2424 小时，进行热处理。对 No4-1#No4-1#, No4-2#No4-2#取样进行 2020C的室温冲击和拉伸、金相试验，试验结果如表 8 8 所示。三种工艺取得的试样的熔敷金属显微组织均为回火索氏体，差别不大。表 8 8 熔敷金属（MTS616MTS616）不同焊接热处理力学性能试验试样编号RmMPaRp0.2MPaA%Z %AkvJNo472558518.065.010075561021.056.0(100,102,97)No4-1#81569517.059.

13、02782571015.063.5(16,30,35)No4-2#84072017.060.06683071017.560.5(66,72,60)3 3.焊接工艺试验实施3.13.1P92P92 母材和焊接材料试验采用的 P92P92 钢管的规格：巾 3542mm542mm，钢管以正火和回火状态供 货，其规范为：正火 10401040C /4h/4h、空冷，回火 760760C/11h/11h、空冷。-13 -P92P92 钢属于低碳（0.070.13%0.070.13%）高合金（合金总含量1010% ）铁素体系 耐热钢，沿厚度方向切取金相磨片，并用盐酸苦味酸酒精溶液腐蚀，所得 到的显微组织如

14、图 3 3所示，其原始组织为回火马氏体，析出的碳化物 M M23C C6（M M 为 FeFe、CrCr 或 MoMo）和 MXMX （M M 为 V V 或 NbNb, X X 为 C C 或 N N）型 V/NbV/Nb 氮化 物均匀的分布在板条马氏体晶界和晶内，晶粒大小不均匀。图 3 3 P92P92 供货状态 P92P92 钢的组织（200X200X）焊接材料的化学成分直接影响焊接接头的性能，试验确定焊接材料采用英国曼彻特焊接材料公司提供的规格巾 2.4mm2.4mm 的 GTAWGTAW 焊丝：9CrWV9CrWV ;规格 巾 2.5mm2.5mm 巾 3.2mm3.2mm 的 SM

15、AWSMAW 焊条：CHROMET92CHROMET92，标准编号：E9015-GE9015-G。-14 -P92P92 钢管和熔敷金属化学成分详见表 9 9,力学性能见表 1010。坡口设计：双 V V 型，尺寸见图 4 4,具体的尺寸根据机加工条件来确定。焊接位置：6G6G-15 -图 4 4 焊接坡口尺寸设计表 9 9P92P92 钢和熔敷金属化学成分（WtWt%）材料CSiMnSPCrNiMoWVNbBAlNP920.10.470.40.0010.00828.770.120.381.480.160.0540.00110.020.0439CrWV0.120.290.710.0080.00

16、99.080.490.421.720.190.060.00305#(400 为6#-1 6#-2图 7 7 焊接接头金相组织4.4. 3 3 焊接接头布氏硬度和显微硬度1 1）布氏硬度（HBHB）根据 DL/T869-2004DL/T869-2004 合格标准规定：热处理后焊缝的硬度数值，一般不 超过母材的布氏硬度值加 100HB100HB 和南京会议任务书中规定的 HBHB 300HB300HB , 如表 1414 所示的焊接接头布氏硬度（HBHB ）值，包括热影响区、焊缝的测量结 果表明，所有焊口的测试结-27 -果均符合要求。2 2） 维氏显微硬度测定试验显微硬度的载荷为 200gf20

17、0gf,保载时间 10s10s。进行硬度值测试的 位置为靠近上表面的一条线上，显微硬度试验结果如表1616 所示，试验结果表明，在本工艺条件下，没有发现明显的如理论中所述的细晶区软化的现象。 同时，各试样的焊缝组织中均存在白块状的似铁素体组织，对该组织进行-28 -的显微硬度试验表明该组织的硬度比一般意义的铁素体为高，但是明显低 于马氏体组织，没有发现明显的淬硬相存在。所以认为该组织不会对试样 的脆断有明显的影响表 1616 维氏显微硬度测试结果试样编号焊缝粗晶细晶母材1#319.9317.4329.5267.34#白块组织：281.5、299.3 回火马氏体：311.6、 310.7307.

18、1315.2234.74.34.3 焊接接头冲击功焊接接头的冲击功见表 1717。取其中的 3 3 组冲击试样作断口分析，10001000 X下的断口 SEMSEM 照片以及与此相对应的断口分析见表 1818,目的是为了验证 是否晶界上的粒状析出物是造成试样冲击脆断的主要原因，断口分析结果 排除了这个假设。表 1717 焊接接头冲击功试样编号取样位置焊缝 冲击功(J)热影响区冲击功(J)备注1 #表面24、15、16 (18.3)31、9.0、8.0 (16)注 1:热处理炉中 增加 765C/3h 热处 理，升温速度 150C/h,随炉冷却线能量：13.8KJ/cm根部15、14、15 (14.7)表面25、25、17 (22.3)171、 171、 186(176)-29 -根部22、10、16 (16)2#表面18、22、31 (23.7)191、174、193(186)线能量：KJ/cm根部18、15、16 (16.3)3#2表面37、37、38 (37.3)/注 2:其中 1 组数 据为平焊位置，2 组为立焊位置线能量：14.5KJ/cm根部37、29、15 (27)表面28、