CN106903405A - 一种改善p92管道焊接性能的低焊接热输入方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种改善P92管道焊接性能的低焊接热输入方法，它包括以下步骤：（a）在两根待焊接P92管道相向的端部加工形成双V型坡口；（b）将两根所述待焊接P92管道的端部升温至150~250℃进行预热；（c）在所述双V型坡口处进行焊接，控制热输入量为18~35kJ/cm至焊缝成型，随后进行回火处理即可；所述热输入量E按式（1）计算：E=ηUI/υ（1）；这样能够保证热影响区中δ‑铁素体的含量，还能提高焊缝的质量，尤其是提高其高温抗拉强度和冲击韧性。

Description

一种改善P92管道焊接性能的低焊接热输入方法

技术领域

本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种改善P92管道焊接性能的低焊接热输入方法。

背景技术

P92钢具有高持久强度和蠕变性能，可用于超超临界压力发电机组主蒸汽管、再热段管道及联箱等部件。与P91钢相比，P92钢加入了1.5％～2.0％的W元素，将Mo的质量分数降至0.3％～0.6％，以调整铁素体与奥氏体元素之间的平衡。由于增加了W元素，大大增加了固溶强化效果，600℃时其许用应力比P91钢高34％。且P92的抗热疲劳性、热传导系数和膨胀系数远优于奥氏体不锈钢，抗腐蚀性和抗氧化性能也优于其他9％Cr的铁素体耐热钢。目前该钢种已广泛应用于超超临界锅炉的主蒸汽管道、再热蒸汽管道、高压旁路等高温、高压部位。

在P92钢焊接上，出现最大的困难是焊接金属劣化。焊缝金属冲击韧性远低于母材，且由于超过1.5％的W元素的加入，使P92钢焊缝金属冲击韧性比P91更难以保证。保证焊缝金属具有合适的冲击性能是P92钢焊接的一项重要内容。对于P92钢，随着热输入量的增大，将会在焊缝中产生δ-铁素体，大大降低焊缝及热影响区金属的强度和韧性，是在焊接过程中不希望出现的组织，而且P92钢中的W元素使得δ-铁素体形成倾向较P91钢更高。因此，焊接热输入在控制P92管道焊焊缝和热影响区中δ-铁素体的含量起到了关键作用。

发明内容

本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种改善P92管道焊接性能的低焊接热输入方法。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种改善P92管道焊接性能的低焊接热输入方法，它包括以下步骤：

(a)在两根待焊接P92管道相向的端部加工形成双V型坡口；

(b)将两根所述待焊接P92管道的端部升温至150～250℃进行预热；

(c)在所述双V型坡口处进行焊接，控制热输入量为18～35kJ/cm至焊缝成型，随后进行回火处理即可；所述热输入量E按式(1)计算：

E＝ηUI/υ (1)；

式中，η为热效率系数；U为弧焊电流，V；I为焊接电流，A；υ为焊接速度，cm/s。

优化地，所述热输入量为18～20kJ/cm。

优化地，所述步骤(c)中，焊缝成型后降温至80～150℃保温1～5小时，随后升温至700～800℃进行高温回火处理。

优化地，所述步骤(c)中，当所述待焊接P92管道的壁厚＞6mm时，先采用钨极氩弧焊进行根部打底层焊接，随后采用焊条电弧焊逐层焊接；当所述待焊接P92管道的壁厚≤6mm时，全程采用钨极氩弧焊焊接。

优化地，所述步骤(b)中，在待焊接P92管道的端部绕设远红外履带式加热片进行预热。

优化地，所述步骤(a)中，将加工形成的双V型坡口表面及其附近10～15mm范围的管道表面清理干净。

进一步地，所述步骤(a)中，将所述双V型坡口经PT检验合格后用丙酮清洗。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明改善P92管道焊接性能的低焊接热输入方法，在预热后严格控制热输入量至焊缝成型，随后进行回火处理，这样能够保证热影响区中δ-铁素体的含量，还能提高焊缝的质量，尤其是提高其高温抗拉强度和冲击韧性。

附图说明

图1为本发明改善P92管道焊接性能的低焊接热输入方法中双V型坡口的示意图；

图2为本发明改善P92管道焊接性能的低焊接热输入方法中预热的工艺曲线图；

图3为实施例1中改善P92管道焊接性能的低焊接热输入方法的工艺曲线图；

图4为实施例1中焊缝宏观形貌图；

图5为实施例2中焊缝宏观形貌图；

图6为实施例1中外层试样的典型组织图；

图7为实施例2中外层试样的典型组织图；

具体实施方式

本发明改善P92管道焊接性能的低焊接热输入方法，它包括以下步骤：(a)在两根待焊接P92管道相向的端部加工形成双V型坡口；(b)将两根所述待焊接P92管道的端部升温至150～250℃进行预热；(c)在所述双V型坡口处进行焊接，控制热输入量为18～35kJ/cm至焊缝成型，随后进行回火处理即可；所述热输入量E按式(1)计算：E＝ηUI/υ(1)；式中，η为热效率系数；U为弧焊电流，V；I为焊接电流，A；υ为焊接速度，cm/s。

当热输入量为18～20kJ/cm，焊缝质量更优。步骤(c)中，焊缝成型后降温至80～150℃保温1～5小时，随后升温至700～800℃进行高温回火处理(升降温的速度采用常规的即可，通常≤150℃/h，优选≤100℃/h)。所述步骤(c)中，当所述待焊接P92管道的壁厚＞6mm时，先采用钨极氩弧焊进行根部打底层焊接，随后采用焊条电弧焊逐层焊接；当所述待焊接P92管道的壁厚≤6mm时，全程采用钨极氩弧焊焊接(焊丝推荐厂家和牌号：德国蒂森P92焊接材料：氩弧焊焊丝牌号：Thermanit MTS 616，规格Φ2.4mm；SMAW焊条牌号：Thermanit MTS 616，Φ2.5mm、Φ3.2mm、Φ4.0mm)。所述步骤(b)中，在待焊接P92管道的端部绕设整圈的远红外履带式加热片进行预热；选用电脑控制加热片进行电阻加热，热电偶至少绑扎4个。步骤(a)中，将加工形成的双V型坡口表面及其附近10～15mm范围的管道表面清理干净；并将所述双V型坡口经PT检验合格后用丙酮清洗。

下面将结合附图对本发明优选实施方案进行详细说明。

实施例1

本实施例提供一种改善P92管道焊接性能的低焊接热输入方法，它包括以下步骤：

(a)在两根待焊接P92管道(尺寸为Φ388mm×68mm×600mm)相向的端部加工形成双V型坡口，坡口截面形状和具体尺寸如图1所示(图1中阴影部分为P92管道管壁)；将加工形成的双V型坡口表面及其附近10～15mm范围的管道表面油、漆、锈、垢等清理干净；并将双V型坡口经PT检验合格后用丙酮清洗；

(b)对两根待焊接P92管道进行焊前预热，预热温度为150±10℃；具体为：焊前用远红外履带式加热片整圈加热待焊接P92管道(选用DWK-C型电脑控制加热器进行电阻加热，热电偶至少绑扎4个)，其焊前预热温度曲线如图2所示；

(c)在双V型坡口处进行焊接(先采用钨极氩弧焊进行根部打底层焊接，随后采用焊条电弧焊逐层焊接进行填充盖面，焊接时焊层温度升至200±10℃，焊层厚度为3～5mm)，控制热输入量为18～20kJ/cm至焊缝成型，随后降温至100±10℃保温2小时、快速升温至200℃、紧接着略慢升温至760±5℃并保温4.5～5.5小时以进行回火处理(整个焊接过程的工艺如图3所示)；快速降温至300℃后，进行保温缓冷；热输入量E按式(1)控制：

E＝ηUI/υ (1)；

式中，η为热效率系数(钨极氩弧焊为0.65，手工焊条电弧焊为0.75)；U为弧焊电流，V；I为焊接电流，A；υ为焊接速度，cm/s。

实施例2

本实施例提供一种改善P92管道焊接性能的低焊接热输入方法，其操作步骤与实施例中的基本一致，不同的是：控制热输入量为30～35kJ/cm至焊缝成型。

实施例3

本实施例提供一种改善P92管道焊接性能的低焊接热输入方法，其操作步骤与实施例中的基本一致，不同的是：控制热输入量为20～29kJ/cm至焊缝成型。

实施例4

本实施例提供一种改善P92管道焊接性能的低焊接热输入方法，其操作步骤与实施例中的基本一致，不同的是：步骤(b)中，预热温度为240±10℃；步骤(c)中，焊接时焊层温度升至290±10℃，焊层厚度为3～5mm)，随后降温至140±10℃保温5小时、快速升温至200℃、紧接着略慢升温至790±5℃并保温6～7小时以进行回火处理。

对比例1

本例提供一种改善P92管道焊接性能的低焊接热输入方法，其操作步骤与实施例中的基本一致，不同的是：控制热输入量为15～17kJ/cm。此时，焊缝出现了铁水流动性差，与坡口面结合不良。因此，停止此种热输入的焊接。

按照DL/T 868的要求进行评定试件取样及破坏性试验，包括焊接接头常温横向拉伸试验、短时高温拉伸试验、弯曲试验、焊缝及HAZ夏比冲击试验、硬度检验、金相检验等。如图4和图5所示，采小输入量(实施例1)的焊缝未发现焊缝宏观缺陷，而采用较大输入量(实施例2)的焊缝发现有未熔合缺陷。取试样磨制金相后，用氯化铁和盐酸的混合溶液侵蚀，在金相显微镜下观察分析试样外层母材、热影响区和焊缝处金相组织。它们的母材区、热影响区、焊缝区组织均为回火马氏体，其中热影响区的组织较为细小。对比可以看到，相同部位，焊接热输入小，晶粒较细。

依据GB/T232-2010标准，对焊缝进行弯曲试验。侧弯采用焊缝横向样，弯曲压头直径为4倍试样厚度：采用两组实施例1和实施例2中的试样分别进行测试。实施例1中的两个试样分别为：焊缝有最长2.5mm裂纹、无裂纹；而实施例2中的两个试样分别为焊缝有最长2.8mm裂纹、焊缝有最长10.0mm裂纹。

依据GB/T229-2007“金属材料夏比摆锤冲击试验方法”标准对焊缝和熔合区进行室温冲击试验，试验结果见表1和表2。结果表明：(1)以焊缝为缺口中心的2组冲击试样，低热输入的冲击吸收功均高于标准要求(纵向≥40J)；而高热输入的冲击吸收功低于标准要求，表明该主汽管P92焊缝韧性储备不足，脆性较高，对外来冲击负荷的抵抗能力较差；(2)而以热影响区为缺口中心的2组冲击试样，其冲击吸收功远高于标准要求，具有良好的韧性储备。

表1焊缝冲击试验结果(20℃)

表2热影响区冲击试验结果(20℃)

依据GB/T228.1-2010“金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法”，对焊缝的外层和内层分别进行常温拉伸性能试验，试验结果见表3。从结果可以看出，采用2种热输入量组合的P92焊接接头，其外层、内层的焊缝室温抗拉强度均满足标准规定的P92钢母材性能要求，而且抗拉强度数值较为接近，差别甚小。

表3拉伸试验结果Rm/MPa

分别对母材及接头取样进行高温拉伸性能试验，取样时分内外2层，每层取2个试样，在600℃和610℃下进行拉伸试验。依据GB/T4338-2006金属材料高温拉伸试验方法，采用CMT5205试验机对焊缝试样进行拉伸性能试验，试验结果分别见表4和表5。从结果可以看出：(1)焊缝的抗拉强度高于母材10～15MPa，2种接头的高温拉伸试验均断于母材位置，表明焊缝的高温力学性能优于母材高温力学性能；(2)低热输入的焊接接头的抗拉强度比高热输入的高出了7MPa。

表4P92母材室温、600℃、610℃高温拉伸试验结果

表5 600℃高温拉伸试验结果

表6 610℃高温拉伸试验结果

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种改善P92管道焊接性能的低焊接热输入方法，其特征在于，它包括以下步骤：

（a）在两根待焊接P92管道相向的端部加工形成双V型坡口；

（b）将两根所述待焊接P92管道的端部升温至150~250℃进行预热；

（c）在所述双V型坡口处进行焊接，控制热输入量为18~35kJ/cm至焊缝成型，随后进行回火处理即可；所述热输入量E按式（1）计算：

E=ηUI/υ （1）；

式中，η为热效率系数；U为弧焊电流，V；I为焊接电流，A；υ为焊接速度，cm/s。

2.根据权利要求1所述改善P92管道焊接性能的低焊接热输入方法，其特征在于：所述热输入量为18~20kJ/cm。

3.根据权利要求1所述改善P92管道焊接性能的低焊接热输入方法，其特征在于：所述步骤（c）中，焊缝成型后降温至80~150℃保温1~5小时，随后升温至700~800℃进行高温回火处理。

4.根据权利要求1所述改善P92管道焊接性能的低焊接热输入方法，其特征在于：所述步骤（c）中，当所述待焊接P92管道的壁厚＞6mm时，先采用钨极氩弧焊进行根部打底层焊接，随后采用焊条电弧焊逐层焊接；当所述待焊接P92管道的壁厚≤6mm时，全程采用钨极氩弧焊焊接。

5.根据权利要求1所述改善P92管道焊接性能的低焊接热输入方法，其特征在于：所述步骤（b）中，在待焊接P92管道的端部绕设远红外履带式加热片进行预热。

6.根据权利要求1所述改善P92管道焊接性能的低焊接热输入方法，其特征在于：所述步骤（a）中，将加工形成的双V型坡口表面及其附近10～15mm范围的管道表面清理干净。

7.根据权利要求6所述改善P92管道焊接性能的低焊接热输入方法，其特征在于：所述步骤（a）中，将所述双V型坡口经PT检验合格后用丙酮清洗。