焊接工艺评定实验。

焊接工艺规范参数

预热温度。预热的目的就是为了减慢焊接冷却速度，从而避免快速冷却导致产生淬硬的马氏体组织，从而影响焊接接头的性能。一般手工电弧焊的最低预热温度为200℃,由于钨极氩弧焊是采用低氢的焊接方法其最低预热温度定为100℃综合前面的焊接工艺和焊接性实验，在采用钨极氩弧焊和焊条电弧焊时其预热温度为200℃左右。

焊接层间温度。层间温度控制不恰当，就会使得到焊接接头性能不佳,由前面的SA-335P91钢的连续冷却组织转变图（CCT）可知,其马氏体开始转变温度Ms在400℃左右,超过其Ms点就会发生组织转变,其组织就有可能不是马氏体组织,因而层间温度不能超过马氏体开始转变温度Ms点,但是层间温度也不能过低,应不低于其预热温度值,防止其焊接接头产生冷裂纹。因而在采用钨极氩弧焊或者焊条电弧焊时的层间温度因控制在预热温度以上，但在SA-335P91马氏体开始转变温度Ms点以下，因此P91的层间温度应控制在250-300℃之间。

焊接规范参数。焊接规范参数的选择不当同样影响焊接接头的性能。由于实验的管道的比较厚，采用了多层多道焊进行焊接，不适宜采用大的焊接电流焊接，因而直径较大的焊条不适合，其直径为φ5.0的焊条不行。总之，其焊接规范参数的选用要对焊接接头的性能有益才行。此次P91钢焊接工艺实验所选用的焊接规范参数如下表5-3。

表5-3 焊接规范参数

焊接方法

预热

层间温度

电流(A)

TIG焊 100℃

焊条电弧焊 200℃

{14}

电压(V) 焊接速度(mm/min)

60-80 80-220

90-115 9-11 ≤300℃

φ2.5 80-90 φ2.5 20-22 ≤300℃ φ3.2 110-130 φ3.2 23-24

φ4.0 140-160 φ4.0 23-25

探伤处理。焊接后环峰须经过100%的MT、100%UT无损探伤合格。

焊后热处理。前面的焊接工艺只是理论的确定了焊后热处理值，但在实际的生产中须找到一个最好的热处理温度范围，同时焊后热处理的一个重要目的就是要降低焊接接头组织的淬硬性和让扩散氢尽可多的逸出焊接接头，从而得到一个好的焊接接头性能。

通过做实验来了解热处理温度的不同对焊接接头性能的影响。用带锯将环缝试样按其一定要求锯开，将其分成两组，每组环缝分成三块，然后进行730℃、760℃、780℃不同规范的热处理，其热处理规范见下面表5-4。

表5-4 热处理规范

[1]

实验代号 热处理规范 730℃×3hr 760℃×3hr

A B A3 A6

B3 B6

780℃×3hr A8 B8

5.3.1 环缝力学性能

其锯开后的环缝试样按上面的表5.2中焊接规范参数进行热处理后，就进行焊接接头弯曲、焊接接头拉伸实验、焊缝及焊接热影响区冲击实验。

①焊接接头的弯曲

根据国内相关标准我们进行了焊接接头全厚度的测完实验，通过做焊接接头弯曲实验表明其实验结果良好。

②在室温条件对焊接接头进行拉伸实验。其中间层、外壁、内壁3层的室温拉伸试验结果见表5-5。

③焊缝及焊接热影响区冲击实验

对P91马氏体钢的焊缝在室温条件下对外壁、中间层和内壁和焊缝以及热影响区(室温)外壁进行冲击试验。其冲击试验结果见表5-5。

表5-5 焊接接头温力学性能试验结果[1]

试样编号 A3 A6 M8 B3 B6

取样编号 外壁 中间层 内壁 平均值 外壁 中间层 内壁 平均值 外壁 中间层 内壁 平均值 外壁 中间层 内壁 平均值 外壁 中间层 内壁 σs(MPa) σ b(MPa) 断裂位置 母材 母材 母材 母材 焊缝 焊缝 母材 543 526 540 536 536 510 524 513 526 512 511 513 520 513 510 515 506 497 485 698 684 683 691 687 684 683 680 676 675 675 688 678 688 676 684 658 660 668

B8

平均值 外壁 中间层 内壁 平均值 495 516 486 495 502 666 686 682 670 681 [1]

母材 表5-6 冲击试验结果

取样位置 厚度方向 A3 焊缝（室温） 平均 冲击功 （中间层） 平均 冲击功 冲击功 81 B3 53 55 68 56 55 46 44 46 65 96 75 78 45 48 52 52 140 66 245 151 A6 104 103 99 103 120 111 116 117 105 108 139 118 55 64 49 55 228 220 90 176 B6 89 80 90 87 90 83 86 87 99 115 124 111 80 70 75 76 245 217 240 234 A8 62 65 61 62 95 52 50 66 201 241 102 182 71 49 52 58 232 144 240 206 B8 102 91 88 92 95 85 88 90 96 96 96 96 48 33 40 41 45 190 70 102 （外壁） 78 95 85 1110 75 90 92 112 （内壁） 71 94 平均 92 62 70 焊缝（0℃） 热影响区 冲击功（外壁） 81 平均 72 80 231 （室温） 冲击功 （外壁） 236 平均 181 根据以上一系列的试验结果可以看出：

1）SA-335P91钢焊后热处理的最佳热处理参数为760℃×3hr。

2）不同的温度下冲击功不一样，焊缝金属的冲击韧性偏低,通常焊缝金属的冲击韧性大大低于热影响区的冲击韧性,焊接热影响区的以及焊缝的冲击都有一定的富裕量。

3） 其层间温度为350℃时,仍可通过其合适的热处理获得满足性能要求的冲击韧性。同时采用预热温度为为200℃可以获得良好的焊接接头性能。

4） 热处理规范参数对焊接接头的冲击韧性具有显著的影响。焊接接头的冲击韧性随着热处理温度的的提高而提高，但超过热处理780℃×3hr时，其冲击韧性反而下降。

5.4 结论

通过对SA-335P91进行焊接焊接接头实验，然后对焊接环缝进行一系列力学性能实验，掌握了SA335P91管道焊接工艺。通过实验得出了以下结论：

（1）通过对P91进行焊接性实验知道了SA-335P91钢具有一定的冷裂倾向，因而焊前要进行预热，其预热温度为200～250℃就可以防止焊接冷裂纹的产生。

（2）焊接时要控制好层间温度，焊接时尽量采用小的焊接规范，打底层采用焊接热输入小的钨极氩弧焊，层间温度控制在250～300℃，焊后进行760℃的后热处理能够得到良好的性能。

总结 致谢

5.6 参考文献

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[3]赵杰，李东明，方园园.T91/P91钢持久性能的统计分析及可靠性预测[J].金属学报，2009,45（7）：835-839.

[4]梅强，王万斌. SA335-P91钢管CO2气体保护焊焊接工艺的研究[J].化工之友, 2009(9):22-23.

[5]王丽娟，杨国辉.电站锅炉SA-335P91高温高压蒸汽钢管焊接工艺[J].电焊机, 2010,40(8): 71-75.

[6] 工程材料力学性能[M]. 北京：机械工业出版社，2003.

[7] 李亚江.焊接冶金学-材料焊接性[M].北京：机械工业出版社，2007.

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[9] 张文钺.焊接冶金学-基本原理[M].北京：机械工业出版社，2008. [10] 9%～12%Cr高等级耐热钢的IV型开裂研究进展

[11] 唐连英，唐豫军，周荣灿，等.超超临界机组蒸汽取样管IV型开裂分析[C]//2009清洁高效燃煤发电技术协作网年会. 北京：世界图书出版公司,2009：1-7.

[12]吴伦山.SA-335P91钢焊接工艺评定[J].焊接，2000,21（6）:19-21. [13] 陈伯蠡.焊接工程缺欠分析与对策[M].北京：机械工业出版社，2006. [14]P91钢焊接工艺