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1、新型耐热钢焊接接头可靠性 及焊接新技术,伯乐蒂森（上海）上海贸易有限公司,新型耐热钢的常见焊接质量问题,2006-6-7,2,TPUT,焊接缺陷 冷裂纹-焊缝微裂纹，低匹配裂纹，低硫钢裂纹 热裂纹-火口裂纹，焊道中心裂纹(面状缺陷) 再热裂纹-T/P22，T/P23，T/P24，G102 热应力裂纹-根部裂纹，焊缝中心裂纹，返修焊裂纹（补焊裂纹） 气孔-氩弧打底焊气孔，焊缝气孔 焊缝冲击韧度比较低，而且不稳定 ASME，EN冲击标准不统一， 焊缝易脆化-焊材成分、应变脆化，回火脆化，相变脆化、 焊接工艺（预热、层温、线能量、热处理、操作技术 ） 3 异种钢焊接易发生裂纹及早期失效 焊材匹配、碳
2、迁移、蠕变强度、蠕变裂纹 4 焊接接头蠕变断裂强度大大低于母材 比母材低20-40%，40-60% 5 高温长期运行寿命降低，易发生早期失效 蠕变强度，附加应力，碳迁移，热处理，AC1温度，氧化疲劳，、型蠕变裂纹， 型疲劳裂纹,2006-6-7,3,TPUT,发生早期失效蠕变裂纹的实例,2006-6-7,4,TPUT,美国P91集葙环缝运行早期失效调查结果： 一 共调查14条集葙环焊缝： 未发生早期失效的环焊缝有9条，占65。 发生集葙环焊缝型开裂早期失效的有5条，占35。 二 发生环焊缝型开裂早期失效集葙的分类： 过热器集葙有2条环焊缝失效。 再热器集葙有3条环焊缝失效。 三 发生集葙早期失
3、效的制造公司： B&W公司有3条环焊缝失效。 FW公司有2条环焊缝失效。,2006-6-7,5,TPUT,高温再热管焊接区蠕变损伤案例,2006-6-7,6,TPUT,有100多个管座角焊缝在P91集箱焊接热影响区发生断裂,运行时间6万小时,2006-6-7,7,TPUT,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,2006-6-7,8,TPUT,T23集箱与T23管座角焊缝搭接处易发生微裂纹,2006-6-7,9,TPUT,P91弯头因热处理不当发生开裂,2006-6-7,10,TPUT,P91集箱上的T23管座运行后发生焊接热
4、影响区脆断,2006-6-7,11,TPUT,异种钢焊接接头早期失效实例,2006-6-7,12,TPUT,异种钢焊接接头早期失效实例,2006-6-7,13,TPUT,P91P22异种钢低匹配焊接接头的早期失效裂纹,运行2000小时后外表面开裂1接管裂纹长38mm，4#接管裂纹分别长76mm及114mm,异种钢焊接接头运行早期失效实例,2006-6-7,14,TPUT,内壁发现焊接 热 影响区裂纹,P91+P22异种钢低匹配焊接接头的 焊缝根部裂纹,异种钢焊接接头运行早期失效实例,2006-6-7,15,TPUT,集葙上异种耐热钢大管座焊口运行裂纹的返修,异种钢环焊缝运行早期失效实例,200
5、6-6-7,16,TPUT,焊接接头早期失效的特征、原因及影响,焊缝和焊接接头中出现细晶粒软化区（低硬度区） 发生、型蠕变（疲劳）裂纹 高温、低应力条件下蠕变断裂强度和塑性显著降低 焊接接头蠕变断裂强度比母材降低20-40，40-60 电厂高温运行条件下易发生焊口开裂，即早期失效,2006-6-7,17,TPUT,2006-6-7,18,TPUT,美国焊接钢管纵焊缝上发生的蠕变裂纹,2006-6-7,19,TPUT,焊缝中细晶粒软化区(图中黑线区) -型蠕变裂纹,2006-6-7,20,TPUT,发生在焊缝中的型蠕变裂纹和熔合区中型蠕变裂纹,2006-6-7,21,TPUT,发生在焊接热影响区
6、的型蠕变裂纹,2006-6-7,22,TPUT,发生在融合区的型蠕变裂纹,2006-6-7,23,TPUT,先在晶界或夹杂物产生孔穴，然后连接成裂纹,2006-6-7,24,TPUT,焊接接头蠕变断裂强度比母材降低40-60%,2006-6-7,25,TPUT,蠕变-疲劳交互作用使P91接头寿命降低到P22水平,2006-6-7,26,TPUT,蠕变-疲劳交互作用降低寿命75%以上,2006-6-7,27,TPUT,单純熱模拟不能正确反映焊接接头真实的蠕变断裂强度,2006-6-7,28,TPUT,焊缝硬度大大高于母材，AC1-AC3加热区的硬度最低,2006-6-7,29,TPUT,Hard
7、ness profiles of creep samples; welded joint (P911 / Thermanit MTS 911),VALLOUREC & MANNESMANN TUBES,2006-6-7,30,TPUT,850-950温度区间加热后蠕变断裂强度（断裂时间）显著降低,2006-6-7,31,TPUT,蠕变集中-蠕变脆化-蠕变寿命显著降低,2006-6-7,32,TPUT,P92焊接接头蠕变断裂强度大大低于母材 P92钢中增加W,Co,B含量之后，焊接接头的蠕变断裂强度显著提高,2006-6-7,33,TPUT,P92钢中添加硼元素可以显著提高细晶粒软化区的蠕变断裂
8、强度,2006-6-7,34,TPUT,Fracture location of crossweld sample; P911 / SMAW Thermanit MTS 911; 650C, 70 MPa, 4295 hrs,Base,metal,HAZ,Weld,metal,HAZ,VALLOUREC & MANNESMANN TUBES,2006-6-7,35,TPUT,焊接材料和焊接工艺优化,2006-6-7,36,TPUT,马氏体耐热钢焊接冷裂纹敏感性,马氏体耐热钢焊接的突出特点是焊缝和热影响区会发 生马氏体相变 马氏体相变会改变氢的分布 马氏体相变会发生体积膨胀，降低焊接应力 马氏体
9、相变会发生组织细化，有利于提高焊缝及焊接热影响区的冲击韧度 焊接过程的自回火作用有利于恢复马氏体组织韧性 所以，马氏体钢焊接冷裂纹顷向比较低，可以显著降低焊接预热温度,2006-6-7,37,TPUT,低匹配焊条焊接F11或T91钢产生的焊接热影响区冷裂纹,R407焊条打底焊HAZ裂纹,R407焊条焊接管座HAZ裂纹,R407焊条焊接角焊缝HAZ裂纹,R317焊条焊接管座HAZ裂纹,2006-6-7,38,TPUT,图 6 高匹配焊缝对焊接接头氢分布的影响,图3 低匹配焊缝产生高氢带,相变氢致裂纹原理,HAZ,2006-6-7,39,TPUT,相变低应力(压应力)焊接原理,采用高强匹配焊接材料
10、可以降低焊接应力、提高疲劳强度，降低焊接冷裂纹敏感性,2006-6-7,40,TPUT,硫含量对氢的影响,2006-6-7,41,TPUT,回火参数(P)对高铬马氏体耐热钢硬度的影响,2006-6-7,42,TPUT,2006-6-7,43,TPUT,2006-6-7,44,TPUT,2006-6-7,45,TPUT,如何提高焊缝冲击韧度,优化焊接材料化学成分-C,Mn,Ni,Nb,N 焊芯过渡的高碱度焊条 高碱度焊剂 降低焊接输入热量 降低焊接预热温度 降低层间温度 多层多道焊 薄层焊,宽摆焊 提高焊后热处理温度和保温时间 焊缝必须完全转变马氏体组织之后才能进行热处理,2006-6-7,46
11、,TPUT,H_011123,Heat control during welding and PWHT- condition for P 911 and P 92,2006-6-7,47,TPUT,2006-6-7,48,TPUT,Influence of the PWHT-condition to the toughness of the all weld metal for P92,VALLOUREC & MANNESMANN TUBES,2006-6-7,49,TPUT,1,2,3,4,5,6,7,Holding time h,0,10,20,30,40,50,60,70,CVN J,I
12、nfluence of bead formation on impact properties at pwht 760,weaved beads,stringer beads,2006-6-7,50,TPUT,PWHT- equipment vs. impact energy; PWHT at 750,Temperature ,Time h,PWHT- issue/ actual thermal condition of heat treatment eqipment,furnace,26个热电偶温差20,2006-6-7,51,TPUT,Possible locations for temp
13、. measuring,thermocouple,2006-6-7,52,TPUT,9Cr-1Mo钢回火参数对冲击韧性的影响,采用比较低的焊接预热温度即使不热处理冲击值也比较高,2006-6-7,53,TPUT,AC1,AC3,MS,MF,400,350,300,250,1,2,3,1,4,5,焊道间的自回火作用,2006-6-7,54,TPUT,时效对焊缝冲击韧度的影响,2006-6-7,55,TPUT,时效后焊缝冲击韧度大大低于母材,2006-6-7,56,TPUT,E911,P122母材时效后冲击韧度显著降低,2006-6-7,57,TPUT,铁素体异种钢焊接,2006-6-7,59,T
14、PUT,蒂森公司异种钢焊接经验,铁素体钢与奥氏体钢焊接 大口径管：先在铁素体钢堆焊镍基过渡层热处理用镍基焊条焊接不预热，不热处理 小口径管：直接用镍基焊条焊接热处理 铁素体钢与铁素体钢的异种钢焊接焊接 碳迁移与焊接接头早期失效无关 可用高、中、低匹配焊材焊接 焊后热处理温度应符合两种母材要求,2006-6-7,60,TPUT,我国铁素体异种耐热钢焊接经验,过去经验 选焊材：低、中匹配 焊后热处理应符合两种母材要求 碳迁移是早期失效的主要原因 采用钢102作为T22，12Cr1MoV与T91，T92，T122异种钢焊接接头的过渡段 新经验 采用高匹配焊材可以实现不预热焊接 高匹配焊接接头的焊接热
15、影响区冲击韧度好 焊态没有碳迁移，热处理之后出现了天球仪碳迁移，高温运行1万小时之后脱碳层逐渐消失，所以，碳迁移不降低焊接接头10万小时蠕变断裂强度 异种铁素体耐热钢焊接接头运行早期失效的主要特征是、型蠕变开裂，而不是脱碳层 采用T23作为T22，12Cr1MoV与T91，T92，T122异种钢焊接接头的过渡段,2006-6-7,61,TPUT,异种钢焊接接头焊态没有碳迁移 热处理之后产生脱碳层和增碳层 用低匹配焊材不预热焊接，易产生HAZ裂纹 用高匹配焊材不预热焊接，不产生焊接裂纹,2006-6-7,62,TPUT,2006-6-7,63,TPUT,发现异种钢接头的型开裂（熔合区界面开裂，氧化疲劳裂纹）,2006-6-7,
