高压合金管件：P91材料的焊接工艺
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- 供 应 地：河北省沧州市
- 发布公司：河北昊翔管件制造有限公司
- 产品型号：ID368.1*40
- 品 牌：昊翔
- 发布日期：2014/1/12 16:58:29
- 联系人QQ：646649929
详细说明
1 预热温度的选择
P91钢的Ms点约为400℃，预热温度一般选在200～250℃。预热温度不能太高，否则接头冷却速度降低，可能在焊接接头中引起晶界处碳化物析出和形成铁素体组织，从而大大降低该钢材焊接接头在室温时的冲击韧性。预热温度的下限从哈尔滨锅炉厂所做过的插销试验可得到很好的说明。
插销试棒采用P91钢，直径8 mm,深0.5 mm，底板采用13CrMo钢，厚20 mm，试验在不预热、预热150℃、预热200℃、预热250℃条件下进行。焊条采用J707。焊接电流为165～170 A，电弧电压为21～267 V，试验结果如表2所示。
表2 P91插销试验结果
试验
条件 试样
号 应力水平
/MPa 断裂时间
/min
不预热 1 303.8 9 9
2 186 8 237
3 176.4 8.3 1440未断
预热150℃ 4 421.4 8.1 1260
5 354.8 120未断
预热200℃ 6 465.2 8.6 1440未断
7 482.7 8.1 438
8 539 7.9 313
预热250℃ 9 539 8.2 1440未断
10 600 8.0 1440未断
由上述试验结果知，在不预热条件下，P91钢焊接接头的临界应力为176.4 MPa；预热150℃时，临界应力为354.8 MPa，为P91钢常温屈服极限415 MPa的85.4%；预热200℃以上时，临界应力大于460 MPa，超过了P91钢常温屈服极限。由此，为避免P91钢焊接时产生冷裂纹，预热温度必须不低于200℃，德国规定预热温度为180～250℃，美国CE公司规定预热温度为120～205℃。
4.2 层间温度的选择
层间温度不得低于预热温度下限，但如同预热温度的选取一样，层间温度也不能过高。P91焊接时层间温度一般控制在200～300℃。法国规定：层间温度不超过300℃。美国规定：层间温度可位于170～230℃之间。
4.3 焊后热处理起始温度的选择
P91要求焊后冷却到低于Ms点以下并保持一定时间再进行回火处理，焊后冷却速度为80～100℃/h。如果未经保温，接头的奥氏体组织可能没有完全转变，回火加热会促使碳化物沿奥氏体晶界沉淀，这样的组织很脆。但是P91焊后也不允许冷却到室温再进行回火，因为其焊接接头冷却到室温时就有产生冷裂纹的危险。对于P91来说，最佳起始温度为100～150℃，并保温1h，可基本确保组织转变完毕。
4.4 回火温度、恒温时间、回火冷却速度的选择
P91钢冷裂倾向较大，在一定条件下，容易产生延迟裂纹，故焊接接头必须在焊后24 h内进行回火处理。P91焊后状态的组织为板条状马氏体，经过回火可变为回火马氏体，其性能较板条状马氏体优越。回火温度偏低时，回火效果不明显，焊缝金属容易时效而脆化；回火温度过高(超过AC1线)，接头又可能再次奥氏体化，并在随后的冷却过程中重新淬硬。同时，如本文在前面所述，回火温度的确定还要考虑接头软化层的影响。一般而言，P91回火温度为730～780℃。
P91焊后回火恒温时间不少于1 h，才能保证其组织完全转变为回火马氏体。
为了降低P91钢焊接接头的残余应力，必须控制其冷却速度小于5 ℃/min。P91钢的焊接工艺可用图3表示。
图3 P91钢焊接工艺
①预热200～250 ℃；②焊接，层间温度200～300 ℃；③焊后冷却，速度为 80～100 ℃/h；④100～150 ℃保温1 h；⑤730～780 ℃回火1 h；⑥以不大于5 ℃/min速度冷却
5 P91钢在广东省内火电厂应用实例
广东省电力局第一焊接培训中心曾作过Φ42 mm×5mm的P91小径管对接的焊接工艺评定。采取的预热温度为200℃，焊后冷却到150℃，保温1h后进行回火，回火温度为750～780℃，保温1h，升降温速度均小于5℃/min。焊后对试样进行外观检查、断口检查、无损检测、拉伸和弯曲试验，结果均合格，这也说明上述焊接工艺是行之有效的。
上述焊接工艺已成功应用在沙角A厂、梅县电厂高温再热器外圈。P91钢在这些电厂应用后，由于超温等造成的事故频率大大降低。
6 结论
①P91钢靠合金化原理，尤其是添加了少量铌、钒等微量元素，高温强度、抗氧化性较12 Cr1MoV钢有较大的提高，但其焊接性能较差。
②插销试验表明，P91钢有较大冷裂倾向，选取预热200～250 ℃，层间温度200～300 ℃，可有效防止冷裂纹产生。
③P91焊后热处理前，必须冷却至100～150 ℃，保温1 h；回火温度730～780 ℃，保温时间不少于1 h。
④以上焊接工艺已应用于200 MW、300MW 锅炉制造生产实践中，取得满意效果，并获得较大的经济效益。
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