CN100464923C - P92钢的焊接工艺 - Google Patents

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Abstract

P92钢的焊接工艺，在5℃以上的操作环境下，采用手工钨极氩弧焊进行打底焊接，采用焊条电弧焊填充、盖面焊接，按照下列步骤进行操作：1.焊前准备：制备坡口、对口装配；2.手工钨极氩弧焊打底焊接；3.焊条电弧焊填充、盖面焊接；4.焊后热处理，并保证在焊后热处理过程中，焊接接头的任意两点间温差小于20℃。本发明在工艺上进行了严密、详细的设计，为P92钢的焊接提供了规范性的工艺操作守则。

Description

P92钢的焊接工艺
技术领域
本发明涉及P92钢的焊接工艺。
背景技术
超超临界发电技术具有高效、节能和环保的特点，是目前世界上洁净煤发电最先进技术之一。国家“十五”期间将此技术列入“863计划”项目。为适应超超临界燃煤机组蒸汽的超高温高压参数工况和减少新建电厂的投资，超超临界燃煤机组主蒸汽管道需要使用P92钢(新型铁素体耐热钢)。
P92钢是在P91钢中添加钨(1.7％W)和降低钼(0.5％Mo)而开发的新钢种，因为钨可以显著提高钢材的高温蠕变断裂强度，P92钢工作温度比P91钢工作温度高，可以达到630℃。在焊接方面，除了须有相应的专用焊材外，且须对预热温度、层间温度、焊后热处理温度等参数进行全新的探索。
发明内容
鉴于普通的焊接工艺不适用于焊接P92钢，本发明提供一种P92钢的规范焊接工艺。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：P92钢的焊接工艺，在5℃以上的操作环境下，采用手工钨极氩弧焊进行打底焊接，采用焊条电弧焊填充、盖面焊接，按照下列步骤进行操作：
(1).焊前准备：
①.制备坡口，并对坡口及其内外壁两侧进行清理，直至露出金属光泽；
②.将两块需焊接母材料进行对口装配，并确认被焊接部位及其边缘20mm范围内无缺陷；
③.对口点固焊：点固焊的焊接材料、焊接工艺与手工钨极氩弧焊打底焊接时相同；
(2).手工钨极氩弧焊打底焊接：采用气冷式氩弧焊枪打底焊接两层焊层，氩弧焊打底时焊接参数如下：焊丝选用φ2.5mm的蒂森焊丝MTS616；钨极为φ2.5mm；氩气流量为开始时是20～30L/min，施焊时流量保持在10～15L/min，氩气纯度在99.95％以上；施焊前对待焊区进行预热，预热温度为150～200℃；焊接电弧电压为10～14V，焊接电流为80～110A，焊接速度为55～80mm/min；氩弧焊打底的两层焊层厚度控制在80～110mm范围内；
(3).焊条电弧焊填充、盖面焊接，焊接一层至少三道焊缝：施焊前对待焊区进行预热，预热温度为200～250℃，预热宽度以坡口边缘算起每侧大于等于母材壁厚的5倍；焊条在使用前先进行烘焙；焊条在使用过程中放在保温筒内随用随取；采用摆动焊的焊接方法，施焊过程中保持层间温度小于等于300℃，每层焊道厚度控制为小于等于所使用焊条的直径，焊条摆动的幅度小于等于所使用焊条直径的4倍，焊条电弧焊各层焊道的焊接参数如下：
第1～2层电弧焊焊层：焊条选用φ2.5mm的P92钢专用焊条，焊道数为1道，焊接电流为70～110A，电弧电压为20～24V，焊接速度为90～150mm/min，每层填充金属厚度为2.0～2.5mm；
第3～5层电弧焊焊层：焊条选用φ3.2mm的P92钢专用焊条，焊道数为3道，焊接电流为90～130A，电弧电压为20～24V，焊接速度为100～160mm/min，每层填充金属厚度为2.5～3.2mm；
其他层的电弧焊焊层：焊条选用φ4.0mm的P92钢专用焊条，焊道数为3道，焊接电流为130～160A，电弧电压为20～24V，焊接速度为140～220mm/min，每层填充金属厚度为3.0～4.0mm；
(4).焊后热处理，并保证在焊后热处理过程中，焊接接头的任意两点间温差小于20℃：
①.焊缝整体焊接完毕后，将焊接接头冷却至80～100℃并保温1～2小时；若焊接接头无法及时进行焊后热处理时，于焊后立即做加热温度为350℃、恒温时间大于等于2小时的后热处理；
②.采用远红外自动加热器，将焊接接头升温至750～770℃，并至少保温4小时，保温宽度从焊缝中心起算每侧大于等于母材壁厚的5倍，升温过程中在500℃前升温速度小于等于150℃/h，500℃后升温速度小于等于120℃/h；焊接接头在保温之后再降温，降至300℃以下后在静止的空气中冷却至室温，降温速度小于等于150℃/h。
进行手工钨极氩弧焊时推荐选用德国伯乐蒂森公司生产的蒂森焊丝MTS616，进行焊条电弧焊时推荐选用德国伯乐蒂森公司生产的蒂森焊条MTS616，冷式氩弧焊枪的钨极推荐采用铈钨极或镧钨极。
焊前准备时，推荐将坡口制备成双V型，钝边为0.5～1mm。
在步骤(2)、步骤(3)及步骤(4)中的预热温度及热处理温度可使用热电偶测温，并使用红外线或激光测温仪跟踪测温，以确保测温的精确性。热电偶已布置在焊接坡口的边沿为宜。
焊前焊条的烘焙温度推荐为350～400℃，用于保存焊条的保温筒内的温度推荐保持在80～120℃。
本发明在工艺上进行了严密、详细的设计，为P92钢的焊接提供了规范性的工艺操作守则。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
实施例一：
P92钢的焊接工艺，在5℃以上的操作环境下，采用手工钨极氩弧焊进行打底焊接，采用焊条电弧焊填充、盖面焊接，按照下列步骤进行操作：
(3).焊前准备：
①.制备双V型坡口，钝边为1.0mm。并对坡口及其内外壁两侧进行清理，直至露出金属光泽；
②.将两块需焊接母材料进行对口装配，并确认被焊接部位及其边缘20mm范围内无缺陷；
③.对口点固焊，点固焊的焊接材料、焊接工艺与手工钨极氩弧焊打底焊接时相同；
(4).手工钨极氩弧焊打底焊接：采用气冷式氩弧焊枪打底焊接两层焊层，气冷式氩弧焊枪的钨极采用铈钨极，氩弧焊打底时焊接参数如下：焊丝选用德国伯乐蒂森公司生产的蒂森焊丝MTS616：蒂森焊丝MTS616/φ2.5mm；钨极为φ2.5mm；氩气流量为开始时是20～30L/min，施焊时流量保持在10～15L/min，氩气纯度在99.95％以上；施焊前对待焊区进行预热，预热温度为150～200℃；焊接电弧电压为10～14V，焊接电流为80～110A，焊接速度为55～80mm/min；氩弧焊打底的两层焊层厚度控制在80～110mm范围内；
(3).焊条电弧焊填充、盖面焊接，焊接一层至少三道焊缝：施焊前对待焊区进行预热，预热温度为200～250℃，预热宽度以坡口边缘算起每侧大于等于母材壁厚的5倍；焊条在使用前先进行烘焙，焊条的烘焙温度为350～400℃；焊条在使用过程中放在80～120℃的保温筒内随用随取；施焊过程中保持层间温度小于等于300℃，每层焊道厚度控制为小于等于所使用焊条的直径，焊条摆动的幅度小于等于所使用焊条直径的4倍，焊条电弧焊各层焊道的焊接参数如下：
第1～2层电弧焊焊层：焊条选用德国伯乐蒂森公司生产的P92钢专用焊条：蒂森焊条MTS616/φ2.5mm，焊道数为1道，焊接电流为70～110A，电弧电压为20～24V，焊接速度为90～150mm/min，每层填充金属厚度为2.0～2.5mm；
第3～5层电弧焊焊层：焊条选用德国伯乐蒂森公司生产的P92钢专用焊条：蒂森焊条MTS616/φ3.2mm，焊道数为3道，焊接电流为90～130A，电弧电压为20～24V，焊接速度为100～160mm/min，每层填充金属厚度为2.5～3.2mm；
(4).焊后热处理，并保证在焊后热处理过程中，焊接接头的任意两点间温差小于20℃：
①.焊缝整体焊接完毕后，将焊接接头冷却至80～100℃并保温1～2小时；若焊接接头无法及时进行焊后热处理时，于焊后立即做加热温度为350℃、恒温时间大于等于2小时的后热处理；
②.采用远红外自动加热器，将焊接接头升温至750～770℃，并至少保温4小时，保温宽度从焊缝中心起算每侧大于等于母材壁厚的5倍，升温过程中在500℃前升温速度小于等于150℃/h，500℃后升温速度小于等于120℃/h；焊接接头在保温之后再降温，降至300℃以下后在静止的空气中冷却至室温，降温速度小于等于150℃/h。
在步骤(2)、步骤(3)及步骤(4)中的预热温度及热处理温度均需要使用热电偶进行监控测温，并使用红外线或激光测温仪跟踪测温，热电偶放置在焊接坡口的边沿。
对焊接试样进行焊接性能检测：冷弯180°条件下裂纹长度≮3mm；抗拉强度Rm≥620Mpa；屈服强度Re≥440Mpa；断后伸长率≥15％；吸收功Akv≥41J；焊缝硬度HB≤300HB。
实施例二
焊前准备时制备双V型坡口，钝边为1.0mm，气冷式氩弧焊枪的钨极采用镧钨极，其余焊接工艺与实施例一相同。对焊接试样进行焊接性能检测：冷弯180°条件下裂纹长度≮3mm；抗拉强度Rm≥620Mpa；屈服强度Re≥440Mpa；断后伸长率≥15％；吸收功Akv≥41J；焊缝硬度HB≤300HB。
实施例三
焊前准备时制备双V型坡口，钝边为0.7mm，焊条电弧焊具有7层焊层，第6～7层电弧焊焊层的焊接参数如下：焊条选用德国伯乐蒂森公司生产的P92钢专用焊条：蒂森焊条MTS616/φ4.0mm，焊道数为3道，焊接电流为130～160A，电弧电压为20～24V，焊接速度为140～220mm/min，每层填充金属厚度为3.0～4.0mm。
其余焊接工艺与实施例一相同。对焊接试样进行焊接性能检测：冷弯180°条件下裂纹长度≮3mm；抗拉强度Rm≥620Mpa；屈服强度Re≥440Mpa；断后伸长率≥15％；吸收功Akv≥41J；焊缝硬度HB≤300HB。
实施例四
焊前准备时制备V型坡口，其余焊接工艺与实施例一相同。对焊接试样进行焊接性能检测：冷弯180°条件下裂纹长度≮3mm；抗拉强度Rm≥620Mpa；屈服强度Re≥440Mpa；断后伸长率≥15％；吸收功Akv≥41J；焊缝硬度HB≤300HB。

Claims (8)

1.P92钢的焊接工艺，在5℃以上的操作环境下，采用手工钨极氩弧焊进行打底焊接，采用焊条电弧焊填充、盖面焊接，按照下列步骤进行操作：
(1).焊前准备：
①.制备坡口，并对坡口及其内外壁两侧进行清理，直至露出金属光泽；
②.将两块需焊接母材料进行对口装配，并确认被焊接部位及其边缘20mm范围内无缺陷；
③.对口点固焊：点固焊的焊接材料、焊接工艺与手工钨极氩弧焊打底焊接时相同；
(2).手工钨极氩弧焊打底焊接：采用气冷式氩弧焊枪打底焊接两层焊层，氩弧焊打底时焊接参数如下：焊丝选用φ2.5mm的蒂森焊丝MTS616；钨极为φ2.5mm；氩气流量为开始时是20～30L/min，施焊时流量保持在10～15L/min，氩气纯度在99.95％以上；施焊前对待焊区进行预热，预热温度为150～200℃；焊接电弧电压为10～14V，焊接电流为80～110A，焊接速度为55～80mm/min；氩弧焊打底的每层焊层厚度控制在2.8～3.6mm范围内；
(3).焊条电弧焊填充、盖面焊接：施焊前对待焊区进行预热，预热温度为200～250℃，预热宽度以坡口边缘算起每侧大于等于母材壁厚的5倍；焊条在使用前先进行烘焙；焊条在使用过程中放在保温筒内随用随取；采用摆动焊的焊接方法，施焊过程中保持层间温度小于等于300℃，每层焊道厚度控制为小于等于所使用焊条的直径，焊条摆动的幅度小于等于所使用焊条直径的4倍，焊条电弧焊各层焊道的焊接参数如下：
第1～2层电弧焊焊层：焊条选用φ2.5mm的P92钢专用焊条，焊道数为1道，焊接电流为70～110A，电弧电压为20～24V，焊接速度为90～150mm/min，每层填充金属厚度为2.0～2.5mm；
第3～5层电弧焊焊层：焊条选用φ3.2mm的P92钢专用焊条，焊道数为3道，焊接电流为90～130A，电弧电压为20～24V，焊接速度为100～160mm/min，每层填充金属厚度为2.5～3.2mm；
其他层的电弧焊焊层：焊条选用φ4.0mm的P92钢专用焊条，焊道数为3道，焊接电流为130～160A，电弧电压为20～24V，焊接速度为140～220mm/min，每层填充金属厚度为3.0～4.0mm；
(4).焊后热处理，并保证在焊后热处理过程中，焊接接头的任意两点间温差小于20℃：
①.焊缝整体焊接完毕后，将焊接接头冷却至80～100℃并保温1～2小时；若焊接接头无法及时进行焊后热处理时，于焊后立即做加热温度为350℃、恒温时间大于等于2小时的后热处理；
②.采用远红外自动加热器，将焊接接头升温至750～770℃，并至少保温4小时，保温宽度从焊缝中心起算每侧大于等于母材壁厚的5倍，升温过程中在500℃前升温速度小于等于150℃/h，500℃后升温速度小于等于120℃/h；焊接接头在保温之后再降温，降至300℃以下后在静止的空气中冷却至室温，降温速度小于等于150℃/h。
2.如权利要求1所述的P92钢的焊接工艺，其特征在于：进行手工钨极氩弧焊时选用德国伯乐蒂森公司生产的蒂森焊丝MTS616，进行焊条电弧焊时选用德国伯乐蒂森公司生产的蒂森焊条MTS616。
3.如权利要求1或2所述的P92钢的焊接工艺，其特征在于：所述的步骤(2)、步骤(3)及步骤(4)中的预热温度及热处理温度使用热电偶测温，并使用红外线或激光测温仪跟踪测温。
4.如权利要求1或2所述的P92钢的焊接工艺，其特征在于：步骤(3)中，焊条的烘焙温度为350～400℃，保温筒内的温度保持在80～120℃。
5.如权利要求3所述的P92钢的焊接工艺，其特征在于：步骤(3)中，焊条的烘焙温度为350～400℃，保温筒内的温度保持在80～120℃。
6.如权利要求5所述的P92钢的焊接工艺，其特征在于：气冷式氩弧焊枪的钨极采用铈钨极或镧钨极。
7.如权利要求3所述的P92钢的焊接工艺，其特征在于：所述的热电偶放置在焊接坡口的边沿。
8.如权利要求6所述的P92钢的焊接工艺，其特征在于：焊前准备时，制备的坡口为双V型坡口，钝边为0.5～1.0mm。
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