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1、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
2、，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P 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
3、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2SA335P91钢机械性能*d b(Mpa)d s(Mpa)3 (%)“ (&)硬度(HB) 585 415 20NR*NR*:ASME sectio nII-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810850C之间(14501560C F),AC3 温度介于900940C (1
4、6501725C)在连续冷却曲线(CCT)图中,SA335P91钢的Ms温度为大约为370C ,Mf温度为200C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 464X 64的SA335P91与12CrMoV;558X 95 的SA217WC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SA
5、335P91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w 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
6、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%勺着色查后（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CSiMnMoNiVSPCrNbCuTGS-9cb0.080.170.990.970.070.180.0090.0070.90.04
7、70.121.2.2 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205C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 EN 1599 ECrMo91B42HS和曼彻特的chromet 9MV-N焊条均满足 ASME规范）。焊条使用前经 300350C，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 205C ,高于300C .所用焊条的化学成份见表4
8、。表4SA335P91钢用焊条化学成份（）成份CSiMnCrMoNiVSPNbNCuCM-9cb 3.20,060.221.378.851.100.960.170.0020.0080.07E9015-B9 40.100.240.629.051.050.730.200.0060.0090.050.041.2.3埋弧焊当手工电弧焊焊完后，如工件温度205C,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205C时，应停止施焊。采用
9、电加热或煤气均匀加热至230C左右，再接着施焊。焊剂使用前经350400C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+M nOCaF2F9PZ-EB9-B9(LA491)143218311.2.4后热和热外理当SA335P91
10、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C ,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+10C,保温时间视管子壁厚而定。表
11、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&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(C)热处理(Mpa)断
12、裂位置抗拉强度AkV(J) (室温)硬度(HV)SA335P91 +GTAW+750+10 保温 150675焊外焊缝:100,122,95247,242,245管管对分钟接SA335P91SMAW+658焊外HAZ:204,210,244213,212,215 323.9 X 32SAWSA335P91GTAW+750+10 保温 150577焊外焊缝:68,85,90228,221,225管管对12Cr1M0VSMAW+分钟580焊外HAZ(P91):190,246,190215,235,225接323.9 X 32SAWHAZ(12Cr1MoV):230,240,214181,183,1
13、85SA335P91 +GTAW+750+10597焊外焊缝:68,80,92213,225,228管管头12Cr1MoVSMAW+保温165分钟595焊外HAZ(P91):125,120,88180,180,177接 323.9 X 32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,内充氩气保护是必不可少的。(2) 对于SA335P91钢同种或异种钢焊接，焊材必须满足与 SA335P91钢的化学成分相匹配。才能获得设计要求的焊 接接头。(3) 虽然SA335P91钢的可焊性较差，焊接工艺复杂，但只要选择合适的预热温度和层间温度、消氢处理，严格按工 艺执行，完全可以避免焊接缺陷的产生。(4) 正确的选择热处理温度和保温时间，是保证焊缝获得良好机械性能的关键。
