T91/P91 钢焊接工艺及参数的优化

中图分类号：TG457.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）45-0032-01

T91/P91钢广泛用于锅炉过热器、主蒸汽及再热器管道。各电厂、施工单位对其进行了焊接工艺评定试验，总的说来大同小异，虽说工艺方案己基本运用成熟，但其焊接工艺及参数还有待进一步优化。

1 T91/P91钢的焊接性分析

1.1 T91/P91钢的组织为马氏体，供货状态一般为正火+回火，属于高合金钢，焊接性较差，易出现冷裂纹、焊接接头脆化、HAZ区软化等间题，必须严格按照工艺规程，方可获得满意的焊接接头。

1.2 应该严格控制焊接和热处理温度，采用较小的参数焊接是应注意的重点

2 钢材和焊材

该种钢材及其焊材部分国家牌号对照，见表1、表2。

3 焊前准备

3.1 焊接设备选用带衰减的逆变式直流弧焊机。

3.2 焊丝去除表面的油、垢及锈等污物，露出金属光泽。

焊条经过 35O℃烘焙 1.5―2 h，置于 8O―10O℃保温筒内，随用随取。

3.3 坡口制备关键注意两点

第一，钝边厚度不超过2mm，以防铁水流动性差而造成根部未熔合。

第二，坡口及其内外两侧 15―2O mm 范围内打磨至露出金属光泽。

3.4 对口

3.4.1 T91/P91钢在不预热条件下焊接裂纹可达10O%，所以不得在管道上焊接任何临时支撑物，不得强行对口，以减少附加应力。

3.4.2 小口径管道对口间隙控制在1.5―2.5mm之间，大口径管道对口间隙控制在3―4 mm 之间，间隙太大，不易操作，容易产生未熔焊接头；间隙太小，易产生未焊透的缺陷。

3.4.3 该钢种材质特殊，对口方法一般有两种。一种是在坡口内侧使用定位块（Q235材质）点固焊口，点固前一般用火焰预热，该方法预热温度不容易控制，而且管壁温差较大，易产生内应力。远红外加热片从工序上讲是在对好焊口后才进行绑扎，也无法采用电阻加热，所以这种对口方法不宜采用。另一种是采用自制专用夹具（见图1），此夹具制作简单，成本低廉，一种规格的管径制备其对应的夹具。对口合适后，通过螺栓紧固将管壁固定。采用这种方法，能保证点固焊同正式焊的工艺相同，利用夹具固定焊口时，焊前预热温度需比所定参数提高50℃。

4 焊接工艺

4.1 焊接方法：电厂的建设中，常采用TIG+SMAW。

4.2 焊前预热。

氩弧焊打底时预热温度取160―180℃，温度过高不利于焊工操作，易产生夹丝、未焊透缺陷，还会加重根部氧化。

电弧焊填充时，道间温度控制在280-320℃之间，因为第一，从工艺上讲，为防止产生热裂纹和减少区的粗晶脆化，需选择小参数，以减少高温停留时间，但采用小参数，焊缝冷却速度快。容易产生淬硬组织而导致冷裂纹、这是个矛盾。

4.3 TIG打底焊

4.3.1 为防止T91/P91钢焊缝根部氧化，焊前在管内充氩保护。充氩保护范围以坡口轴向中心为基础，每侧各25O-30Omm处贴上两层可溶纸（可用报纸代替）。用胶带粘住，做成密封气室。利用细钢管把头敲扁插入焊缝内（有探伤孔的管道可从探伤孔充氩），大管流量为 20―30 L/min，小管流量一般为10―15 L/min。充氩时，当感觉氩气从焊缝间隙轻微返出时（也可用打火机是否熄灭来判断），用铝箔胶带将焊口间隙堵住，此时将氩气流量减少1/3，流量过大会产生内凹的缺陷。焊一段将铝箔胶带拔开一段。

4.3.2 采用两层 TIG打底，通过减少热输入，可有效地降低根部焊缝氧化程度，保证打底质量。

4.3.3 操作上应特别注意收弧质量，收弧时先将焊接电流衰减下来，填满弧坑后移向坡口边沿收弧，以防产生弧坑裂纹。

4.3.4 TIG 焊工艺参数见表 3

4.4 SMAW 焊

4.4.1 SMAW焊应注意道间温度的控制，采用小参数、多层多道焊。其工艺参数见表4。

4.4.2 注意焊条的摆动，焊层厚度以等于焊条直径为宜，焊道宽度以焊条直径的3倍为宜，严格控制焊接热输入，中间填充层宜采用Φ3.2mm的焊条，最后两层也使用Φ3.2mm的焊条。

4.4.3 用角磨机或钢丝刷彻底清理道间焊渣及飞溅，特别是焊缝接头处和坡口边缘处。清理时不可用榔头、錾子过重敲击焊缝。

5 焊接及焊后热处理

5.1 图2为焊接过程中温度曲线示意图。

热处理升温速度 当 δ

5.2 恒温时间（见表5）

5.2.1 焊接完毕需在 100―120℃的温度下桓温 1h，将残余奥氏体（A）全部转变为马氏体（M）后，才能进行升温热处理。

5.2.2 恒温时间按壁厚的不同在各范围内取值，壁薄的取下限，壁厚的取上限。

5.2.3 上述恒温时问比一般资料的参数稍长，试验证明，恒温时间的适当延长，有利于冲击韧度的明显提高，通过延长恒温时间可解决T91/P91钢焊接接头常温冲击韧度低的问题。

5.3 回火温度

热处理为高温回火，最佳回火温度为 760 ±10℃。

6 结论

（1）该工艺参数用于鄂尔多斯市达拉特电厂四期工程主蒸汽管道、过热器管道的焊接，各项技术指标完全符合要求。

（2）随着T91/P91钢的大量使用，制定出符合钢材性能的最优规范，直接用于生产建设，避免各生产单位重复性的工艺评定试验，具有很好的经济效益和社会效益。