P91 钢焊接工艺研究

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 0.12

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,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,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4 SA335P91 钢用焊条化学成份(%)

成份 C Si Mn Cr Mo Ni V S P Nb N Cu

CM-9cbΦ3.2 0.06 0.22 1.37 8.85 1.10 0.96 0.17 0.002 0.008 0.07

E9015-B9Φ4 0.10 0.24 0.62 9.05 1.05 0.73 0.20 0.006 0.009 0.05 0.04 0.04

1.2.3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,Φ3.0,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350~400℃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 C Si Mn Cr Ni V S P Nb N Cu

EB9 013 0.22 0.55 9.11 0.68 0.22 0.003 0.004 0.06 0.044 0.04

表6 F9PZ-EB9-B9(LA491)焊剂化学成份(%)

成份 SiO2+Tio2 CaO+MgO Al2O3+MnO CaF2

F9PZ-EB9-B9(LA491)14 32 18 31

1.2.4 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

GTAW TGS-9CB Φ2.4 DC 正极 100-130 12-14 7-9L/s

SMAW E9015-B9 Φ3.2 DC反极 90-120 19-21

Φ4 DC反极 130-140 22-23

SAW EB9+FP9Z-EB9-B9(LA491)Φ3 DC反极 368-380 30-33

2.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 焊接方法 热处理 抗拉强度 AkV(J) 硬度(HV) 及规格 (℃) (Mpa)断裂位置 (室温)

SA335P91+ GTAW+ 750+10 675 焊外 焊缝:100,122,95 247,242,245

管管对接 SA335P91 SMAW+ 保温 150 658 焊外 HAZ:204,210,244 213,212,215 Φ323.9×32 SAW 分钟

管管对接 SA335P91 GTAW+ 750+10 577 焊外 焊缝:68,85,90 228,221,225 12Cr1M0V SMAW+ 保温150 580 焊外 HAZ(P91): …… 此处隐藏：2308字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……