CN112207469A - 一种p91高温钢管道焊接及热处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种P91高温钢管道焊接及热处理工艺，包括以下步骤：步骤一、将对高空中待处理的P91高温钢管道进行坡口加工；步骤二、将热电偶靠近所述P91高温钢管道的坡口处，进行预热；步骤三、从坡口间隙或探伤孔中插入充气针往P91高温钢管道内充氩保护，待内部空气排空，再进行氩弧焊打底焊接；当预热温度达到规定温度后，进行打底焊；打底层焊时，保证根部熔合良好，且采用内送丝法；步骤四、打底焊完成后，将预热温度升至200～250℃，开始多层分步电弧焊；步骤五、焊后热处理。本发明方法工艺简单，焊接效果好，焊接接头的综合机械性能佳。

Description

一种P91高温钢管道焊接及热处理工艺

技术领域

本发明涉及P91高温钢管道焊接及热处理领域。更具体地说，本发明涉及一种P91高温钢管道焊接及热处理工艺。

背景技术

P91钢过去在我国应用还不十分普遍，由于P91钢焊接熔池铁水粘度大，流动性差，焊接规范又小，因而容易出现夹渣，层间未熔合等缺陷，但是目前市面上的焊接工艺都是通用的，针对普通钢材的，并没有针对P91钢的焊接工艺。

为保证P91钢管道的焊接工艺和焊接质量达到要求，必须根据P91钢的焊接特性进行焊接工艺评定，开发一种针对P91钢管道的焊接工艺。

发明内容

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种P91高温钢管道焊接及热处理工艺，包括以下步骤：

步骤一、焊前准备

将对高空中待处理的P91高温钢管道的待焊接处进行坡口加工；

步骤二、焊前预热

将热电偶对称分布，并将热电偶靠近所述P91高温钢管道的坡口处，进行预热；预热温度为150～200℃；

步骤三、打底层焊接

从坡口间隙或探伤孔中插入充气针往P91高温钢管道内充氩保护，待内部空气排空，再进行氩弧焊打底焊接；

当预热温度达到规定温度后，进行打底焊；打底层焊时，保证根部熔合良好，且采用内送丝法；

步骤四、焊条电弧焊填充、盖面层焊接

打底焊完成后，将预热温度升至200～250℃，开始多层分步电弧焊，且每次焊层厚度不超过4mm；焊缝外表焊接完毕之后检查，如若发现外表不达预期效果，在焊缝冷却之前进行补焊；

步骤五、焊后热处理

焊后，对P91高温钢管道进行加热温度为300～350℃、恒温时间为2小时的焊后热处理。

根据本发明的一优选实施例，所述的P91高温钢管道焊接及热处理工艺，所述步骤四的多层分步电弧焊，具体为：

A1、选取第一焊丝对P91高温钢管道进行第一层焊接，形成厚度为3mm的第一焊层；打磨第一焊层表面，使其表面粗糙不平；所述第一焊丝由以下成分组成：16-20％金属铬粉、8-10％锰粉、5-8％氟化物、5-7％钛粉、2-3％纳米石墨烯、0.5-0.9％氧化镧以及0.4-0.8％氧化铈，其余为铁粉；

A2、选取第二焊丝在所述第一焊层表面进行第二层焊接，形成厚度为3mm的第二焊层；打磨第二焊层表面，使其表面粗糙不平；所述第二焊丝由以下成分组成：高碳铬铁20-40％、8-10％锰粉、5-8％氟化物、5-7％钛粉、2-3％纳米石墨烯、钛铁5-10％、硼铁1-5％、硅铁1-5％、0.4-0.8％氧化铈以及1-3％纳米石墨烯，余量为铁粉；

A3、选取第三焊丝在所述第二焊层表面进行第三层焊接，形成厚度为3mm的第三焊层；所述第三焊丝由以下成分组成：钛铁5-10％、硼铁1-5％、电解锰5-10％、钨粉5-10％、0.4-0.8％氧化铈以及2-3％纳米石墨烯，余量为铁粉。

根据本发明的一优选实施例，所述的P91高温钢管道焊接及热处理工艺，检查内部空气已排空采取以下方法：用点燃的打火机或火柴放至焊缝间隙附近，当火焰熄灭时，说明内部空气已排空。

根据本发明的一优选实施例，所述的P91高温钢管道焊接及热处理工艺，所述步骤三之前，先在所述P91高温钢管道远离待焊接处的外部套设紧固装置，所述紧固装置包括紧固环，沿其外圆周方向设置一圈滑槽，焊枪安装端可移动设置在所述滑槽内，所述焊枪安装端沿着所述滑槽的长度方向滑动，以带动所述焊枪滑动；

所述焊枪安装端设置有锁止扣，以对所述焊枪安装端进行临时锁紧，使其固定在特定位置；所述焊枪安装端的高度可调，以调节所述焊枪的高度；所述焊枪安装端上安装有安装底座，所述安装底座用于固定焊枪，所述安装底座可360°多方向调节，以调节其上的所述焊枪的方向。

根据本发明的一优选实施例，所述的P91高温钢管道焊接及热处理工艺，所述焊枪安装端上还设置有气体罩，所述气体罩一端固定在所述焊枪安装端上，所述气体罩另一端在支撑杆的支撑下朝向待焊接处，所述支撑杆的高度可调节，且所述气体罩上设置气体进口，其通过可拆卸的管道与外界气源临时连通。

根据本发明的一优选实施例，所述的P91高温钢管道焊接及热处理工艺，所述气体罩由柔性橡胶制成。

根据本发明的一优选实施例，所述的P91高温钢管道焊接及热处理工艺，所述气体罩为双层结构。

本发明至少包括以下有益效果：

(1)由于P91钢焊接熔池铁水粘度大，流动性差，焊接规范又小，因而容易出现夹渣，层间未熔合等缺陷，因此为避免大的缺陷产生及保证焊接接头的综合机械性能，必须采用多层多道进行焊接，焊层厚度要薄，每层焊道厚度不超过4mm，最佳厚度为3mm。

(2)焊接过程中，如若发现外表不达预期效果，在焊缝冷却之前进行补焊，严禁在焊缝冷却后再直接补焊，这样补焊的焊丝还可以跟之前的焊缝材料充分融合，不会出现焊接断层的问题，如在焊缝冷却之后再直接补焊，会出现焊接层面断层、后面补焊的焊接材料容易脱落的问题。

(3)本发明中采用的所述第一焊丝、第二焊丝、第三焊丝中都添加了纳米石墨烯，且在前一焊层冷却之前进行再一次焊接，纳米石墨烯颗粒可以更好地融入本焊层和相邻焊层熔覆合金颗粒中去，改善熔覆合金的晶像相组成，以及由于纳米石墨烯具有二维多层结构，相邻焊层的多层结构之间可以相互彼此交错，连接更为紧密，而且也可使得各类金属颗粒在合金组织中分散均匀，协同作用增强，相邻焊层之间没有分隔界限，而且第一焊丝、第二焊丝、第三焊丝的成分有所不同，用量配比合理，各组分之间协同作用佳，提高了熔覆效率，熔覆速度快。

(4)现在高空对已经安装好的管道进行焊接时，都需要人工手持焊枪进行长时间固定动作的焊接操作，有时候甚至需要保持同一个姿势一个小时甚至更长时间，为了解决该问题，本发明在P91高温钢管道远离待焊接处的外部套设紧固装置，将焊枪安装在其上面，通过移动焊枪在紧固环上的位置，以及调节焊枪的自身角度方向，以调节焊枪到合适的位置，进行焊接，操作简单，节约劳动力，也可以省去人工手持带来的一系列问题。

(5)为了提高焊接效果，防止焊根氧化，本发明还在焊枪安装端上还设置有气体罩，以对定向焊接过程精准提供保护气体。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明中紧固装置的安装截面结构示意图；

图2为本发明中紧固装置的安装侧面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变形。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

本发明的一种P91高温钢管道焊接及热处理工艺，包括以下步骤：

步骤一、焊前准备

将对高空中待处理的P91高温钢管道的待焊接处进行坡口加工；坡口采用机械加工，坡口应平滑均匀，尺寸符合要求，对口前需认真检查，发现不合格者必须用磨光机等工具修磨至合格。清理坡口内外壁两侧15～20mm范围内的铁锈、油污等污物，直至露出金属光泽。

步骤二、焊前预热

将热电偶对称分布，并将热电偶靠近所述P91高温钢管道的坡口处，进行预热；预热温度为150～200℃；

步骤三、打底层焊接

从坡口间隙或探伤孔中插入充气针往P91高温钢管道内充氩保护，待内部空气排空，再进行氩弧焊打底焊接；当预热温度达到规定温度后，进行打底焊；打底层焊时，保证根部熔合良好，且采用内送丝法；

步骤四、焊条电弧焊填充、盖面层焊接

打底焊完成后，将预热温度升至200～250℃，开始多层分步电弧焊，且每次焊层厚度不超过4mm；焊缝外表焊接完毕之后检查，如若发现外表不达预期效果，在焊缝冷却之前进行补焊；由于P91钢焊接时，熔池铁水粘度大，流动性差，焊接规范又小，因而容易出现夹渣，层间未熔合等缺陷，因此为避免大的缺陷产生及保证焊接接头的综合机械性能，必须采用多层多道进行焊接，焊层厚度要薄，每层焊道厚度不超过4mm；焊接过程中，如若发现外表不达预期效果，在焊缝冷却之前进行补焊，严禁在焊缝冷却后再直接补焊，这样补焊的焊丝还可以跟之前的焊缝材料充分融合，不会出现焊接断层的问题，如在焊缝冷却之后再直接补焊，会出现焊接层面断层、后面补焊的焊接材料容易脱落的问题。

步骤五、焊后热处理

焊后，对P91高温钢管道进行加热温度为300～350℃、恒温时间为2小时的焊后热处理。焊后热处理采用多路输出、多点测温。

更进一步的，所述步骤四的多层分步电弧焊，具体为：

A1、选取第一焊丝对P91高温钢管道进行第一层焊接，形成厚度为3mm的第一焊层；打磨第一焊层表面，使其表面粗糙不平；所述第一焊丝由以下成分组成：16-20％金属铬粉、8-10％锰粉、5-8％氟化物、5-7％钛粉、2-3％纳米石墨烯、0.5-0.9％氧化镧以及0.4-0.8％氧化铈，其余为铁粉；

A2、选取第二焊丝在所述第一焊层表面进行第二层焊接，形成厚度为3mm的第二焊层；打磨第二焊层表面，使其表面粗糙不平；所述第二焊丝由以下成分组成：20-40％高碳铬铁、8-10％锰粉、5-8％氟化物、5-7％钛粉、2-3％纳米石墨烯、5-10％钛铁、硼铁1-5％、1-5％硅铁、0.4-0.8％氧化铈以及1-3％纳米石墨烯，余量为铁粉；

A3、选取第三焊丝在所述第二焊层表面进行第三层焊接，形成厚度为3mm的第三焊层；所述第三焊丝由以下成分组成：5-10％钛铁、1-5％硼铁、5-10％电解锰、5-10％钨粉、0.4-0.8％氧化铈以及2-3％纳米石墨烯，余量为铁粉。

本发明中采用的所述第一焊丝、第二焊丝、第三焊丝中都添加了纳米石墨烯，且在前一焊层冷却之前进行再一次焊接，纳米石墨烯颗粒可以更好地融入本焊层和相邻焊层熔覆合金颗粒中去，改善熔覆合金的晶像相组成，以及由于纳米石墨烯具有二维多层结构，相邻焊层的多层结构之间可以相互彼此交错，连接更为紧密，而且也可使得各类金属颗粒在合金组织中分散均匀，协同作用增强，相邻焊层之间没有分隔界限，而且第一焊丝、第二焊丝、第三焊丝的成分有所不同，用量配比合理，各组分之间协同作用佳，提高了熔覆效率，熔覆速度快。

更进一步的，所述的P91高温钢管道焊接及热处理工艺，用点燃的打火机或火柴放至焊缝间隙附近，当火焰熄灭时，说明内部空气已排空。

更进一步的，所述的P91高温钢管道焊接及热处理工艺，所述步骤三之前，先在所述P91高温钢管道Q1远离待焊接处的外部套设紧固装置，如图1-2所示，所述紧固装置包括紧固环1，沿其外圆周方向设置一圈滑槽，焊枪安装端2可移动设置在所述滑槽内，所述焊枪安装端2沿着所述滑槽的长度方向滑动，以带动所述焊枪3滑动；所述焊枪安装端2设置有锁止扣，以对所述焊枪安装端2进行临时锁紧，使其固定在特定位置；所述焊枪安装端2的高度可调，以调节所述焊枪3的高度；所述焊枪安装端2上安装有安装底座4，所述安装底座4用于固定焊枪3，所述安装底座4可360°多方向调节，以调节其上的所述焊枪3的方向。现在高空对已经安装好的管道进行焊接时，都需要人工手持焊枪进行长时间固定动作的焊接操作，有时候甚至需要保持同一个姿势一个小时甚至更长时间，为了解决该问题，本发明在P91高温钢管道远离待焊接处的外部套设紧固装置，将焊枪安装在其上面，通过移动焊枪在紧固环上的位置，以及调节焊枪的自身角度方向，以调节焊枪到合适的位置，进行焊接，操作简单，节约劳动力，也可以省去人工手持带来的一系列问题。

更进一步的，所述的P91高温钢管道焊接及热处理工艺，所述焊枪安装端2上还设置有气体罩5，所述气体罩5一端固定在所述焊枪安装端2上，所述气体罩5另一端在支撑杆6的支撑下朝向待焊接处，所述支撑杆6的高度可调节，且所述气体罩6上设置气体进口，其通过可拆卸的管道与外界气源临时连通。为了提高焊接效果，防止焊根氧化，本发明还在焊枪安装端2上还设置有所述气体罩5，以对定向焊接过程精准提供保护气体。

更进一步的，所述的P91高温钢管道焊接及热处理工艺，所述气体罩由柔性橡胶制成，其可形变，方便调节所述气体罩5的方向。

更进一步的，所述的P91高温钢管道焊接及热处理工艺，所述气体罩为双层结构。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种P91高温钢管道焊接及热处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、焊前准备

将对高空中待处理的P91高温钢管道的待焊接处进行坡口加工；

步骤二、焊前预热

将热电偶对称分布，并将热电偶靠近所述P91高温钢管道的坡口处，进行预热；预热温度为150～200℃；

步骤三、打底层焊接

从坡口间隙或探伤孔中插入充气针往P91高温钢管道内充氩保护，待内部空气排空，再进行氩弧焊打底焊接；

当预热温度达到规定温度后，进行打底焊；打底层焊时，保证根部熔合良好，且采用内送丝法；

步骤四、焊条电弧焊填充、盖面层焊接

打底焊完成后，将预热温度升至200～250℃，开始多层分步电弧焊，且每次焊层厚度不超过4mm；焊缝外表焊接完毕之后检查，如若发现外表不达预期效果，在焊缝冷却之前进行补焊；

步骤五、焊后热处理

焊后，对P91高温钢管道进行加热温度为300～350℃、恒温时间为2小时的焊后热处理。

2.根据权利要求1所述的P91高温钢管道焊接及热处理工艺，其特征在于，所述步骤四的多层分步电弧焊，具体为：

A1、选取第一焊丝对P91高温钢管道进行第一层焊接，形成厚度为3mm的第一焊层；所述第一焊丝由以下成分组成：16-20％金属铬粉、8-10％锰粉、5-8％氟化物、5-7％钛粉、2-3％纳米石墨烯、0.5-0.9％氧化镧以及0.4-0.8％氧化铈，其余为铁粉；

A2、在第一焊层冷却之前，选取第二焊丝在所述第一焊层表面进行第二层焊接，形成厚度为3mm的第二焊层；所述第二焊丝由以下成分组成：20-40％高碳铬铁、8-10％锰粉、5-8％氟化物、5-7％钛粉、2-3％纳米石墨烯、5-10％钛铁、1-5％硼铁、1-5％硅铁、0.4-0.8％氧化铈以及1-3％纳米石墨烯，余量为铁粉；

A3、在第二焊层冷却之前，选取第三焊丝在所述第二焊层表面进行第三层焊接，形成厚度为3mm的第三焊层；所述第三焊丝由以下成分组成：5-10％钛铁、1-5％硼铁、5-10％电解锰、5-10％钨粉、0.4-0.8％氧化铈以及2-3％纳米石墨烯，余量为铁粉。

3.根据权利要求1所述的P91高温钢管道焊接及热处理工艺，其特征在于，检查内部空气已排空采取以下方法：用点燃的打火机或火柴放至焊缝间隙附近，当火焰熄灭时，说明内部空气已排空。

4.根据权利要求1所述的P91高温钢管道焊接及热处理工艺，其特征在于，所述步骤三之前，先在所述P91高温钢管道远离待焊接处的外部套设紧固装置，所述紧固装置包括紧固环，沿其外圆周方向设置一圈滑槽，焊枪安装端可移动设置在所述滑槽内，所述焊枪安装端沿着所述滑槽的长度方向滑动，以带动所述焊枪滑动；

所述焊枪安装端设置有锁止扣，以对所述焊枪安装端进行临时锁紧，使其固定在特定位置；所述焊枪安装端的高度可调，以调节所述焊枪的高度；所述焊枪安装端上安装有安装底座，所述安装底座用于固定焊枪，所述安装底座可360°多方向调节，以调节其上的所述焊枪的方向。

5.根据权利要求4所述的P91高温钢管道焊接及热处理工艺，其特征在于，所述焊枪安装端上还设置有气体罩，所述气体罩一端固定在所述焊枪安装端上，所述气体罩另一端在支撑杆的支撑下朝向待焊接处，所述支撑杆的高度可调节，且所述气体罩上设置气体进口，其通过可拆卸的管道与外界气源临时连通。

6.根据权利要求5所述的P91高温钢管道焊接及热处理工艺，其特征在于，所述气体罩由柔性橡胶制成。

7.根据权利要求5所述的P91高温钢管道焊接及热处理工艺，其特征在于，所述气体罩为双层结构。

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