T91钢焊接修复分析

摘要：哈尔滨热电有限责任公司七号锅炉系哈尔滨锅炉厂采用美国燃烧公司（ABB-CE）的引进技术设计和制造的。锅炉为亚临界参数。06年投产。2009年12月29日18点48分，#7炉运行时发现乙侧炉本体过热器漏泄（12Cr1MoVG钢），高温高压蒸汽又将附近后屏过热器管壁冲刷磨损减薄多处（T91钢），如图1-1所示。更换管排时间长难度大。后通过焊接工艺评定试验，最后确定用焊补进行修复。结合焊接工艺实例，研究分析了T91钢的焊接工艺原则，在焊材选择、工艺参数选择等方面作了详细论述，对今后类似事故抢修提供参考和借鉴。

T91钢材是1974年，美国能源部委托橡树岭国家实验室（ORNL）与燃料工程公司（CE）联合研究钢材。20世纪90年代以来，T91钢在世界范围内获得广泛应用。在我国T91/P91钢广泛用于锅炉过热器、主蒸汽及再热器管道。

1.焊接材料分析

1、1化学成分

T91钢是在ASTM A213-T9钢的基础上，降低含碳量，添加微量Nb、V合金化，并控制含N量得到的。允许使用于壁温≤625 ℃的锅炉过热器及高温再热器，该钢具有较大的冷裂倾向，焊接时可能产生冷裂纹和热裂纹。化学成分见表1。

1、2钢材、焊材

该种钢材及其焊材部分国家牌号对照，见表1、表2。

2.焊前准备

2、1文件准备

1）焊接工艺评定——有技术人员提出申请，金属监督评定；

2）焊接作业指导书——技术人员编制；

3）质检计划——金属组；

4）焊接分项一览表——技术人员编制；

2、2作业人员控制

1）焊接，热处理和金属检验人员须持证上岗。

2）根据施工现场实际位置，对项目专门制作了符合实际情况的焊前模拟架子，来进行针对性的焊前练习；焊前练习培训合格后方可开工

3）焊接技术人员应在开工前向施工人员进行详细的交底，并做好记录。

2.3焊材准备

1） 选用的氩弧焊丝、焊条应与钢材匹配。选用中应注意化学成分的合理性，以获得优良的焊缝金属成分、组织和力学性能，并要求工艺性能良好。

2） 氩弧焊丝、焊条、氩气和钨极等焊接材料的质量，应符合国家标准或有关标准的规定。如需考察其工艺性能，必要时，可进行焊接材料的工艺性能试验。

3） 氩弧焊丝使用前应除去表面油、垢等脏物。焊条除按国家标准规定保管外，于使用前按使用说明书规定，置于专用的烘焙箱内进行烘焙。推荐的烘焙参数为：温度350～400℃，时间l～2小时，使用时，应放在80～120℃的便携式保温筒内随用随取。

4）氩气应有出厂合格证，氩气纯度不低于规定标准。

5） 氩弧焊用的钨极宜选用铈钨极或镧钨极，直径为φ2.5mm。钨极于使用前在其端头处磨成适于焊接的尖锥体。

2.4焊接用具准备

1）选用焊接特性良好、稳定可靠的递变式或整流式焊机。其容量应能满足焊接规范参数的要求。

2）氩弧焊枪选用气冷式。

3）氩气减压流量计应选择气压稳定、调节灵活的表计，其产品质量和特性应符合国家或部颁标准。

4）输送氩气的管线应选用质地柔软、耐磨和无裂痕的胶管，且无漏气现象。

2.5焊件制备

1）焊补管壁厚度不低于3mm。

2） 管壁加工应采用机械法，修整时，可使用角向砂轮机等轻便工具。

3）焊补表面及两侧15～20mm范围内应将油、漆、垢和氧化皮等杂物清理干净，直至露出金属光泽。

3.焊接工艺

3.1焊接方法：采用手工氩弧焊进行焊补。

3.2焊前预热：氩弧焊补时采用跟踪预热。预热温度取60—100℃，层间温度保持在320℃以下。温度过高不利于焊工操作，加重背部氧化，危害焊缝金属的韧性。

3.3充氩保护：为防止T91钢焊缝根部氧化，焊补时应在管内侧充氩，保证背面金属，防止氧化。背面充氩保护气体纯度≥99.995%，流量为15—25L/min。

3.5引弧：采用高频引弧，钨极不得与工件接触，防止夹钨和焊接裂纹。

3.6焊补：焊枪喷嘴与管件表面保持75度夹角，尽量采用短弧堆焊，以增强氩气保护效果。填充焊丝倾角约15度，倾角大干扰电弧及气流稳定性。填充焊丝不要进入弧柱区，应送入弧柱周围使其溶化，焊丝送入前应始终处在电弧周围氩气保护气氛中预热。T91钢由于合金含量高，铁水流动性差，要注意不能像焊接一般钢材那样，送丝一定要均匀。堆焊第一层时注意控制溶深，焊接速度适中，焊层厚度不大于2.5mm。氩弧焊电流80-110A；堆焊第二层以上各层时，先用钢丝刷将已堆焊好的前一层溶熬金属表面清楚干净后方可继续焊补。道间温度控制在280-320℃之间，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。T91钢的MS点转变温度大约在380℃左右，预热温度选在28O-320℃，即MS点温度附近，既能保证高温停留时间短，又能使马氏体转变时冷速缓慢，并形成自回火马氏体，解决了既要采用小参数，又不能让焊缝冷速太快的矛盾。

3.7收弧：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。息弧后焊炬喷嘴依然对着焊道，利用滞后关闭的氩气保持待冷却的熔池不受氧化。

4.焊接及焊后热处理

4.1 图2为焊接过程中温度曲线示意图。

热处理升温速度 当 δ

4.2 恒温时间（见表5）

4.2.1 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。

4.2.2 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。

4.2.3 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钢焊接接头常温冲击韧度低的问题。

4.3 回火温度

热处理为高温回火，最佳回火温度为 760 ±10℃。

5.结语

5.1通过采取以上工艺顺序，减少抢修时间，消除了焊接应力，保证了管道系统的正常运行。

5.2通过采取以上焊接工艺，焊缝外观工艺质量和内在质量得到全面控制，外观质量全部达到优良标准，所有补焊经100%磁粉、超声和射线探伤全部合格。

5.3通过采取以上预热、热处理工艺，焊补表面硬度全部达到标准要求，证明焊接接头冲击韧性合格。

5.4通过采用背面充氩保护工艺和合适的充氩装置，保证了补焊背面质量。

5.5为现场抢修施工焊接过程控制及记录要求探索出新的经验。