CN1721118A - 一种p91钢焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种P91钢焊接方法，基本步骤包括预热，打底焊接，填充焊接，保温热处理，其特征在于：采用TGS－9Cbφ2.4焊丝打底，C9MVφ2.5，C9MVφ3.2焊条填充焊接，填充焊接的参数选择为：焊接电流75－140A，每层焊接时间6－21分钟，焊接预热温度150℃，焊接层间温度200－300℃。本发明的技术进步效果表现在：1.利用加大焊接电流，提高焊接速度来降低线能量的工艺方法，改变了行业上普遍采用小电流了降低线能量的做法，提高焊接速度近一倍；2.改变层道布置，减少同层焊道，降低焊层厚度，不但便于操作，还克服了因焊道多造成的焊道厚度加大而形成的死角，有效防止焊接缺陷的产生，利用层间回火效应，改善焊缝金属组织和性能；3.达到焊接操作标准化，焊接过程程序化，技术工人便于培训和管理。

Description

一种P91钢焊接方法
技术领域
本发明涉及到一种P91钢焊接工艺方法，属于特种钢管焊接技术领域。
背景技术
P91钢是一种新型的高合金耐热钢材，以其高温持久强度和抗蠕变断裂性能优异被广泛采用，与T22钢相比在相同温度、压力的条件下，管子壁厚减薄50％，减少了结构重量；与奥氏体钢相比，膨胀系数小，并改善了热传导性，价格也相对便宜；不论从使用性能，还是经济性，都表现出了它的优越性，作为高温过热器联箱、主蒸汽管道等高温高压管道的首选及替代钢种。P91钢焊接难度比较大，主要表现在容易出现焊缝背面氧化，焊接接头脆化冷裂纹，冲击韧性低等问题，主要原因是在施焊过程中，焊接线能量较大，层间温度高，从而造成层间组织过热，产生魏氏组织，组大晶粒和网状晶界，这些组织均容易产生裂源，形成裂纹并扩展，导致焊缝的冲击韧性下降。为了减小线能量，现有技术通常的做法是小电流，慢速施焊，生产效率低，对焊工要求技术水平高，P91钢管的焊接周期大约24-30小时。因此，选择P91钢的焊接参数，制定适用于生产现场的焊接工艺条件，具有重要的现实意义和经济价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种标准化的P91钢焊接方法，利用工艺参数的合理选择降低线能量，防止焊接缺陷的产生和提高焊接速度。
本发明的技术方案是这样实现的：这种P91钢焊接方法，基本步骤包括预热，打底焊接，填充焊接，保温热处理，其特征在于：采用TGS-9Cbφ2.4焊丝打底，C9MVφ2.5，C9MVφ3.2焊条填充焊接，填充焊接的参数选择为：焊接电流75-140A，每层焊接时间6-21分钟，焊接预热温度150℃，焊接层间温度200-300℃。
所述的P91钢焊接方法所述的焊接参数的选择是：根据填充层逐渐加厚选择从75-140A依次递增焊接电流，每层填充焊接时间6-11分钟，第15层后焊接电流降至120A，填充焊接时间11-21分钟。
所述的P91钢焊接方法的焊接参数的选择是：填充焊接时间是10小时，降温到100-150℃保持2小时。
所述的P91钢焊接方法的焊接过程中需要升温的速度≤150℃/h。
所述的P91钢焊接方法的保温热处理方法是：
A、焊后热处理的升、降温速度≤150℃/h；
B、加热温度为760℃±5℃，保温时间为4小时；
C、降温至200℃时，冷却至室温。
D、加热带宽度300m，保温宽度≥800mm，钢管内壁加热范围两端用保温毛毡封堵，防止空气对流。
所述的P91钢焊接方法，其特征在于焊接坡口为U形。
本发明的技术进步效果表现在：1利用加大焊接电流，提高焊接速度来降低线能量的工艺方法，改变了普遍采用小电流了降低线能量的做法，提高焊接速度近一倍；2、改变层道布置，减少同层焊道，降低焊层厚度，不但便于操作，还克服了因焊道多造成的焊道厚度加大而形成的死角，有效防止焊接缺陷的产生，利用层间回火效应，改善焊缝金属组织和性能；4、达到焊接操作标准化，焊接过程程序化，技术工人便于培训和管理。
经济效益分析：1、焊接速度提高了近一倍，对于火力发电广而言，效益可观。2、从回火温度和恒温时间提高1/3，既保证了焊接接头的性能指标，又节约了时间、同样增加焊接劳动生产率。
附图说明
图1为焊接坡口的形状及尺寸示意图
图2为焊层、焊道示意图
图3为预热、打底、填充焊接和热处理过程规范曲线图
具体实施方式
下面结合P91(SA335-P91)钢管具体焊接实例和附图，详细说明本发明的一种实施方式：
本发明的T91钢焊接操作方法如下：
1、机具与焊接材料
①焊接设备应选用特性良好的逆变式焊机；
②焊丝：TGS-9Cbφ2.4，焊条：C9MVφ2.5，C9MVφ3.2
2、坡口制备
①坡口形状及尺寸(mm)见图1；
②坡口制备时以机械方式加工；
③坡口及内外壁两侧20mm范围内锈、油、垢等污物清理干净，露出金属光泽。
3、焊接方法
①试件焊接为水平位置固定，由两个焊工对称施焊，以保持受热均衡；
②打底：采用手工钨极氩弧焊TGS-9Cbφ2.4焊丝打底；
③填充采用手工焊条C9MVφ2.5，C9MVφ3.2电弧焊填充、盖面的组合焊接；
④预热，焊前采取预热措施，减小温度梯度，防止冷裂纹的发生；打底焊时，预热温控制在150℃，打底焊完成后，填充焊接预热温度控制在250-300℃进行填充。
⑤填充焊接：焊接过程参数见表1，施焊层道见图2
表1
焊层 单层焊道数量   焊接方法    焊材直径mm 焊接电流平均值A     电弧电压平均值V 极性接法   厚度mm 焊接用时
  层平均厚度
1填充 1 钨极氩弧焊 焊丝φ2.5 92 10 + 3 37′51″
    2-3填充     1   焊条电弧焊    焊条φ2.5     75     23     -     3.9 11′20″
    1.95
    4-5填充     1   焊条电弧焊    焊条φ3.2     110     25     -     5.6     12′30″
    2.8
    6-7填充     1   焊条电弧焊 φ3.2     110     25     -     5.7 14′02″
    2.85
    8-9填充     1   焊条电弧焊   φ3.2     115     25     -     4.5 13′18″
    2.25
    10填充     1   焊条电弧焊 φ3.2     115     25     - 2.6 7′30″
    11填充     1   焊条电弧焊 φ 3.2     115     25     -      2 6′58″
    12填充     1   焊条电弧焊 φ4.0     135     25     - 2.2 7′25″
    13填充     1   焊条电弧焊   φ4.0     135     25     -     2.4     7′38″
    14填充     1   焊条电弧焊 φ4.0     140     25     - 2.3 8′16″
    15填充     1   焊条电弧焊   φ4.0     140     25     -     2.7     10′20″
    16填充     2   焊条电弧焊   φ3.2     120     25     -     2     10′30″
    17填充     2   焊条电弧焊   φ3.2     120     25     -     1.7     11′52″
    18填充     3   焊条电弧焊   φ3.2     120     25     -     2.7     20′59″
    19盖面     2   焊条电弧焊   焊条φ4.0     135     25     -     3.5     18′32″
4、焊后热处理
焊接完成后，试件缓冷降温至100～150℃，保温1-2小时，待马氏体转变完成后，进行焊后热处理。为适应现场需要，采用柔性陶瓷电阻远红外加热带，微电脑自动控温仪按设定程序控温，自动记录。升、降温速度控制在150℃/h；温度升至760℃±5℃，恒温4小时；加热带宽度300mm，保温宽度800mm以上，管内壁加热范围两端用保温毡封堵，防止空气对流，以减小内外壁温差。预热、打底、填充焊接和热处理规范曲线见图3。
5、力学性能指标见表2
拉伸试验
试样编号 宽度(mm) 厚度(mm) 断面积(mm2) 负荷KN 抗拉强度MPa 伸长率％ 报告编号
15 20 30 600 397 660 ＞20 P91-LS-05
16 20 30 600 378 630 ＞20 P91-LS-05
31 20 30 600 392 650 ＞20 P91-LS-05
32 20 30 600 384 640 ＞20 P91-LS-05
弯曲试验
试样编号 宽度(mm) 厚度(mm) 弯曲直径(mm) 弯曲种类 弯曲度 报告编号
14 46 10 40 侧弯 180° P91-WQ-05
17 46 10 40 侧弯 180° P91-WQ-05
19 46 10 40 侧弯 180° P91-WQ-05
29 46 10 40 侧弯 180° P91-WQ-05
硬度试验
部位 母材 焊缝 热影响区 报告编号
平均值 179 178 174 186 151 170 150 160 131 P91-YD-05
冲击试验
试样部位 焊缝 热影响区 报告编号
编号 焊缝1 焊缝2 焊缝3 热影响区1 热影响区2 热影响区3 P91CJ-05
平均值 90  85  79  318  318  280
结论：
1、P91钢除了传统的固熔强化、沉积强化外，还通过微合金化、形变热处理及控温获得高密度位错和高度细化的晶粒，使P91钢的高温强度进一步提高，同时其韧性也获得了显著提高。由于普通焊接状态下很难实现母材的组织状态和力学性能状态，特别体现在冲击韧性值，必须依靠焊接过程适当的小线能量、薄焊层和合适的热处理工艺，来满足焊接接头的性能要求。
2、填充焊接采用小线能量、薄焊层，采取薄焊层比多焊道效果更佳便于利用层间回火效应，便于操作控制，减少形成夹渣缺陷几率，便于提高焊接速度。
3、焊后热处理温度控制在760℃，恒温4小时(φ350×46mm)。时间短，不足以保证回火效果；时间长，牺牲钢材寿命，且性能下降。
4、本发明的P91钢焊接方法适合施工现场，解决生产需要。
上述描述仅作为本发明所述的P91钢焊接方法的一种可实施的技术方案提出，不作为对其方法本身的单一限制条件。

Claims (6)

1、一种P91钢焊接方法，基本步骤包括预热，打底焊接，填充焊接，保温热处理，其特征在于：采用TGS-9Cb2.4焊丝打底，C9MV2.5，C9MV3.2焊条填充焊接，填充焊接的参数选择为：焊接电流75-140A，每层焊接时间6-21分钟，焊接预热温度150℃，焊接层间温度200-300℃。
2、根据权利要求1所述的P91钢焊接方法，其特征在于所述的焊接参数的选择是：根据填充层逐渐加厚选择从75-140A依次递增焊接电流，每层填充焊接时间6-11分钟，第15层后焊接电流降至120A，填充焊接时间11-21分钟。
3、根据权利要求2所述的P91钢焊接方法，其特征在于所述的焊接参数的选择是：填充焊接时间是10小时，降温到100-150℃保持1-2小时。
4、根据权利要求3所述的P91钢焊接方法，其特征在于所述的焊接过程中需要升温的速度≤150℃/h。
5、根据权利要求3所述的P91钢焊接方法，其特征在于所述的保温热处理方法是：
A、焊后热处理的升、降温速度≤150℃/h；
B、加热温度为760℃±5℃，保温时间为4小时；
C、降温至200℃时，冷却至室温。
D、加热带宽度300mm，保温宽度≥800mm，钢管内壁加热范围两端用保温毛毡封堵，防止空气对流。
6、根据权利要求1所述的P91钢焊接方法，其特征在于焊接坡□为U形。
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