CN103273176A - Ｔ91钢及1Crl8Ni9Ti异种钢的焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明具体公开了一种Ｔ91钢及1Crl8Ni9Ti异种钢的焊接方法，包括以下步骤：（1）清理焊接口内、外两侧的油污、锈迹；（2）选择焊接材料，选用Φ2.0mm的FSH-TIG-B90焊丝；（3）焊前预热，对焊口进行200—250℃的预热处理，预热部位只加热T91钢母材侧，并控制焊道间温度≤300℃；（4）背面充氩，焊接时管内充氩保护，背面氩气流量为4—6L/min，充氩装置要有良好的密封性；（5）用步骤（1）所选取的焊接材料作为填充金属，进行焊接。采用一定的焊前预热温度,以及严格控制层间温度,控制焊接电流和焊道厚度以及焊接热输入量等工艺,保证了焊接质量，防止对接处出现大半圈裂纹。

Description

T91钢及1Crl8Ni9Ti异种钢的焊接方法

技术领域

本发明涉及一种Ｔ91钢及1Crl8Ni9Ti异种钢的焊接方法。

背景技术

随着电力工业的迅速发展，大容量的高温高压机组不断涌现，火力发电机组由于各个部位的工作温度不同，相应的使用了不同化学成分和组织结构的钢材，因此必然会遇到异种钢的焊接问题。在黄岛电厂6号机组锅炉B修时就遇到了T91钢和1Crl8Ni9Ti异种钢的焊接问题。其主蒸气管道的管座与再热器取样管的对接处出现大半圈裂纹，需进行重新焊接。

发明内容

为了解决现有技术存在的缺点，本发明具体公开了一种Ｔ91钢及1Crl8Ni9Ti异种钢的焊接方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种Ｔ91钢及1Crl8Ni9Ti异种钢的焊接方法，包括以下步骤：

（1）清理焊接口内、外两侧的油污、锈迹；

（2）选择焊接材料，选用Φ2.0mm的FSH-TIG-B90焊丝；

（3）焊前预热，综合考虑T91钢的焊接性及1Crl8Ni9Ti钢的特点，对焊口进行200—250℃的预热处理，预热部位只加热T91钢母材侧，并严格控制焊道间温度≤300℃；

（4）背面充氩，焊接时对91钢管及1Crl8Ni9Ti异种钢管内充氩保护，且背面氩气流量为4—6L/min，充氩装置要密封；不仅焊接打底时要充氩保护，整个焊接过程中均充氩保护；

（5）用步骤（1）所选取的焊接材料作为填充金属，进行焊接，其中打底层、填充层、盖面层的焊接电流分别是80A、75A、75A；打底层、填充层、盖面层的电弧电压分别是12V、12V、12V；打底层、填充层、盖面层的焊接速度分别是70mm/min、125mm/min、125mm/min。

在步骤（5）所述的焊接过程中采用薄焊道多层焊接，收弧时应填满弧坑。

在步骤（5）所述的焊接过程中用焊枪加热形成熔池后填加焊丝，压低电弧正常施焊，封口处留2mm熔孔自然熔合，填加焊丝将熔池填平。

本发明产生的有益效果是：

采用一定的焊前预热温度,以及严格控制层间温度,控制焊接电流和焊道厚度以及焊接热输入量等工艺,保证了焊接质量，防止Ｔ91钢及1Crl8Ni9Ti异种钢对接处出现大半圈裂纹。

具体实施方式

1.T91与1Crl8Ni9Ti异种钢基本性能分析：T91是一种改进的9CrlMo钢，在美国材料试验学会(ASTM)和美国机械工程师学会(ASME)标准中，T代表锅炉用小管子，T9l属马氏体钢，具有良好的冲击性能和高温强度，还具有良好的加工工艺性能，所以被广泛地用于大容量高参数机组中。1Crl8Ni9Ti钢是在电厂安装中应用较多的一种奥氏体不锈钢。

1．1T91钢化学成分和焊接性能特点

T91属调质状态下使用的回火马氏体钢，组织结构为马氏体加部分铁素体，在高温环境下具有较好的组织稳定性、高温持久强度、高温蠕变强度。SA一213T91标准的化学成分如表1所示。根据经验知道，T91钢具有较大的淬硬倾向，焊接性差，焊接时需要采取较高的温度预热和严格的工艺措施，才能防止冷裂纹的产生。所以，焊接时要选择合理的焊接工艺参数和适当的焊前预热温度，同时避免强制对口，减少拘束应力，控制焊缝中的氢含量，避免冷裂及脆化出现。

表1:SA一213T91标准的化学成分（%）

C

Mo

Mn

Si

Cr

Nb

V

0.08-0.12

0.85-1.05

0.30-0.6

0.2-0.5

8.5-9.5

0.06-0.10

0.18

Al

N

S

P

Ni

Ni+Cu

Fe

≤0.04

0.05

0.01

0.02

0.04

≤1

余量

1．21Crl8Ni9Ti钢的化学成分和性能

1Crl8Ni9Ti钢是一种应用广泛的18—8型奥氏体不锈钢，又是不锈耐酸钢，具有高的抗腐蚀性能，其化学成分如表2所示。由于钢中含有钛元素，能形成稳定的碳化物TiC，从而避免在晶界上析出cr23c6而引起晶间腐蚀，因此这种钢经固溶和稳定化处理后，可避免晶间腐蚀倾向，但也会因此而促使钢中出现氮化钛(TiN)夹杂物，特别是当TiN呈链状分布时，会使钢产生裂纹。加入Mo可提高奥氏体铬镍不锈钢的抗点状腐蚀与缝隙腐蚀能力。增加Ni含量目的在于增加奥氏体组织的比例，并提高抗应力腐蚀的能力，1Crl8Ni9Ti不锈钢的化学成分如表2所示：

表21Crl8Ni9Ti不锈钢的化学成分(％)

1．3T91钢与1Crl8Ni9Ti钢焊接过程中焊接性分析

1.3.1碳的扩散迁移及其对高温性能影响由于焊接接头是处于高温运行中，且T91及1Crl8Ni9Ti中碳化物形成元素种类和含量不同，尤其碳含量不同，在高温条件下，cr作为强烈形成碳化物元素，促使cr含量低的钢中的碳向Cr含量高的焊缝金属中扩散迁移。为了减少碳迁移现象或碳迁移过渡层的宽度，需力求焊缝中存在能增大碳活度系数的元素(如Ni)，焊缝中含有一定量Ni,可较显著地减少增碳层及脱碳层宽度。

1.3.2过渡层形成及熔合区塑性降低由于熔池边缘的液态金属温度较低，流动性较差，且液态停留时间较短，机械搅拌作用较弱，导致熔化的母材不能与填充金属充分混合，从而这部分焊缝中母材所占比例较大。因此在毗邻马氏体一侧(T91)熔合线的焊缝金属中，形成一层与内部焊缝金属成分不同的过渡层。过渡层中的高硬度马氏体组织会使脆性增加、塑性显著降低，从而降低了焊接结构的可靠性。

1.3.3残余应力的影响对于电厂运行所用的钢种，材料的热膨胀系数和热导性非常重要。通过两者比较可知，奥氏体不锈钢热膨胀系数比马氏体钢要大，而热导率却比马氏体钢小。因此焊接时不仅会产生较大的残余应力，而且在使用中如有循环热作用，还会形成热应力。经试验，即使通过焊后热处理，焊接接头中的残余应力也难以消除。因为在回火加热时产生了应力松弛，但在随后冷却过程中，随着弹性性能的恢复，异种钢焊接接头不均匀的热收缩性会重新产生残余应力，这种残余应力的存在，对工作性能往往是不利的。特别是循环热作用下工作时，由于形成热应力或热疲劳而可能产生裂纹。要避免出现这种情况，则应尽量选用线膨胀系数介于马氏体钢与奥氏体钢之间的镍基焊丝TIG-B90（NICr-3）作为焊接材料，可以减轻热应力的产生。而且这类填充金属用于在温度周期变化中工作的过渡接头有两个优点：能容许多种母材稀释而不产生对裂纹敏感的组织；对C的溶解度低，可减少C从低合金钢迁移到焊缝内部。

2.T91钢与1Cr18Ni9Ti钢的焊接工艺如下：采用全氩的焊接方法。

（1）焊接材料的选择

选用Φ2.0mm的FSH-TIG-B90焊丝，

（2）焊前预热

综合考虑T91钢的焊接性及1Crl8Ni9Ti钢的特点，决定对焊口进行200—250℃的预热处理，预热部位只加热T91母材侧，并严格控制道间温度≤300℃。

（3）背面充氩

I91钢和奥氏体不锈钢合金元素含量都较高，为避免焊缝根部氧化，且促进背面焊缝成形，焊接时管内必须充氩保护，背面氩气流量为4—6L/min，充氩装置要有良好的密封性。不仅打底时需要充氩保护，整个焊接过程中均需充氩保护。

（4）焊接参数

用上述焊接材料作为填充金属，热输入量的控制是严格的。焊接热输入越大，母材融入焊缝越多，熔合比越大，同时热影响区增宽。容易造成T91侧焊缝熔合线附近产生脱碳层，焊缝晶粒粗大，对焊接接头的塑性和韧性不利。同时，热影响区增大，焊接残余应力也增大，易导致裂纹。焊接时，应该采用相对较小的焊接参数进行小电流、快速、多层多道焊。焊接工艺参数如表3所示。

表3焊接的工艺参数

3施焊要点

3.1焊接前，材料应洁净。坡口内、外两侧的油污、锈迹等应清理干净。

3.2不锈钢焊接时，易过热引起晶粒长大，应减小焊缝的热输入量，采用薄焊道多层焊接，收弧时应填满弧坑。

3.3接头处用焊枪加热形成熔池后填加焊丝。压低电弧正常施焊，封口处留2mm熔孔自然熔合，填加焊丝将熔池填平，防止缩孔产生。

4常见缺陷的产生原因及预防

4.1不锈钢焊接时若温度过高，其组织性能就会受到影响，还会产生裂纹。所以一定要控制层间温度，最好采用小规范多层次焊接。

4.2钨极端部易磨成尖锥形，这样引出的电弧热量集中、稳定以利于焊缝金属的充分熔化。

4.3焊接时焊枪摆动幅度和频率过高或过低、焊缝两边停留时间不均匀、速度不相等，电弧太高等，盖面焊时均易产生咬边。

4.4不锈钢焊接时若采用的电流过小，容易产生未焊透、气孔等。所以一定要控制电流不能太小，控制好焊接角度。

4.5收弧处容易产生裂纹、夹渣等缺陷，所以收弧时要再回焊一下，以保证焊接质量。

5结论

5.1通过T91和1Cr18Ni9Ti化学物理性能分析，为控制异种钢接头T91钢侧熔合线脱碳区及增碳区的形成与扩散，且考虑接头的热应力分布，建议采用高镍焊材。

5.2采用一定的焊前预热温度,严格控制层间温度,控制焊接电流和焊道厚度以及焊接热输入量等工艺,是能够保证焊接质量的。

5.3焊前预热,焊后缓冷,可以不做焊后热处理。

Claims (3)

1.一种Ｔ91钢及1Crl8Ni9Ti异种钢的焊接方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）清理焊接口内、外两侧的油污、锈迹；

（2）选择焊接材料，选用Φ2.0mm的FSH-TIG-B90焊丝；

（3）焊前预热，综合考虑T91钢的焊接性及1Crl8Ni9Ti钢的特点，对焊口进行200—250℃的预热处理，预热部位只加热T91钢母材侧，并严格控制焊道间温度≤300℃；

（4）背面充氩，焊接时对91钢管及1Crl8Ni9Ti异种钢管内充氩保护，且背面氩气流量为4—6L/min，充氩装置要密封；不仅焊接打底时要充氩保护，整个焊接过程中均充氩保护；

（5）用步骤（1）所选取的焊接材料作为填充金属，进行焊接，其中打底层、填充层、盖面层的焊接电流分别是80A、75A、75A；打底层、填充层、盖面层的电弧电压分别是12V、12V、12V；打底层、填充层、盖面层的焊接速度分别是70mm/min、125mm/min、125mm/min。

2.如权利要求1所述的Ｔ91钢及1Crl8Ni9Ti异种钢的焊接方法，其特征在于：在步骤（5）所述的焊接过程中采用薄焊道多层焊接，收弧时应填满弧坑。

3.如权利要求1所述的Ｔ91钢及1Crl8Ni9Ti异种钢的焊接方法，其特征在于：在步骤（5）所述的焊接过程中用焊枪加热形成熔池后填加焊丝，压低电弧正常施焊，封口处留2mm熔孔自然熔合，填加焊丝将熔池填平。