焊接工艺方案设计

T/P92钢焊接工艺方案设计

1 、T/P92钢焊接性简述

T/P92钢的标准化学成分和机械性能列入表1和表2。欧洲开发的新型马氏体耐热钢—E911钢属于T/P92钢。日本开发的新型马氏体耐热钢—NF616钢属于T/P92钢，已列入ASTM/ASME A 213 T91和ASTM/ASME A335 P92标准。

表1 T/P92钢的化学成分

	C	Si	Mn	Cr	Ni	Mo	V	W	Nb	N	B
酒炮T/P92下限	0.07	-	0.30	8.5	-	0.30	0.15	泡沫模具1.5	0.04	0.03	0.001
T/P92上限	0.13	0.5	0.30	9.5	0.4	0.30	0.25	2.0	0.09	0.07	0.006

表2 T/P92钢的机械性能

钢材	屈服强度	抗拉强度	延伸率	ASME标准	EN标准
钢材	MPa	MPa	%	Akv（J）	Akv（J）
T/P92	450	620	20	27	41

1.1 T/P92在T/P91钢的基础上加入了1.7%的钨（W），同时钼（Mo）含量降低至0.5%，用钒、铌元素合金化并控制硼和氮元素含量的高合金铁素体耐热钢，通过加入W元素，显著提高了钢材的高温蠕变断裂强度。在焊接方面，除了有相应的焊接材料，并由于W是铁素体形成元素，焊缝的冲击韧性有所下降外，其余对预热、层间温度、焊接线能量，待马氏体完全转变后随即进行焊后热处理以及热处理温度、恒温时间的要求都是比较相近的。

1.2 T/P92钢中有关C、S、P等元素含量低、纯净度较高，且具有高的韧性，焊接冷裂纹倾向大为降低，但由于其钢种的特殊性，仍存在一定的冷裂纹倾向，所以焊接时必须采取一些必要的预防措施。

1.3 T/P92钢中添加W元素，促进了δ铁素体的形成，使冲击韧性比T/P91有所降低，所以焊缝的冲击韧性与其母材、HAZ和熔合线的韧性相比，也存在明显降低的问题。

1.4 与T/P91钢相似，存在焊接接头热影响区“第四类”软化区的行为。焊接接头经过长期运行后，焊接断裂在远离焊缝区的软化带，此软化带强度明显降低。

2、 T/P92钢的应用价格搜索

2.1 T/P92钢具有与T/P91优良的常温及高温力学性能。通过加入W元素，显著提高了钢材的高温蠕变断裂强度，T/P92钢的工作温度比T/P91钢高，可达630℃。

2.2 T/P92钢中碳的含量保持在一个较低的水平是为了保证最佳的加工性能，高温蠕变断裂强度非常高，抗腐蚀性能好，提高了耐热钢的工作温度，减少了钢材的厚度，降低了钢材的消耗量，降低了管道热应力。在国内首台USC机组玉环电厂机组对主蒸汽管道的设计中，曾有两套方案，若采用P91钢材，其规格为φDn349×103mm；若采用P92钢材，由规格可减为φDn349×72mm。

2.3用于替代电厂锅炉的过热器和再热器的不锈钢（不锈钢焊接有严重的晶间腐蚀及与铁素体、珠光体钢等异种钢的焊接问题），用于极苛刻蒸汽条件下的集箱和蒸汽管道（主蒸汽和再热蒸汽管道），其热传导和膨胀系数也远优于奥氏体不锈钢。

2.4由于T/P92钢的含碳量低于T/P91钢材，是低碳马氏体钢，须在马氏体组织区焊接，其预热温度和层间温度可以大大降低，据国外资料研究，通过斜Y型焊接裂纹试验法测定的止裂预热温度为100-250℃左右。

3 、T/P92钢焊接接头质量的各种影响因素的分析

3.1影响T/P92焊接接头质量的主要因素及影响结果见表1

4、各类影响因素控制措施的设计

4.1 T/P92工艺评定试验钢材的要求

4.1.1对T/P92,目前进货渠道以进口管道为准，为确保母材的钢材质量，降低热裂或冷裂倾向，提高冲击韧性，首先必须保证母材的化学成分在受控范围内。所以进货时需严格把握材料进货关，必须提供钢材质量保证书，必要时进行相关的材料工艺试验，进行母材化学成分分析等一系列金相理化试验分析及硬度测试，来保证供应商供应的T/P92材料的加工、热处理的正确性和均匀性。

表11

主要影响因素	中央空调通风管道主要内容	主要引发产生的缺陷或结果
母材重要化学成分	碳（C）、钒（V）、铌（Nb）、锰（Mn）、硅（Si）、氮（N）、硫（S）、磷（P），钨（W）钼（Mo）元素的含量控制对焊接接头有重要影响	1．易引起冷裂纹缺陷； 2．S、P等杂质元素及一些合金元素如Ni等易引起热裂纹缺陷、回火脆性以及蠕变脆化倾向增加； 3．一些沉淀强化元素，如Nb、Al、N等可产生一定的再热裂纹问题 4．过量的钨含量，使冲击韧性和蠕变断裂强度大大降低
焊接材料	焊接材料的合理选用及焊接材料中化学成分的有效控制	1．成分影响与母材化学成分影响效果相同`，尤其是不同焊材中镍的成分不同，对AC1点影响较大； 2．冷裂纹、热裂纹、再热裂纹 3、冲击韧性低 4、常温、时效后和高温力学性能达不到要求
焊接方法	不同焊接方法对接头的冲击韧性值及抗裂性有明显的差别	1．冲击韧性值偏低； 2．各类裂纹的敏感性增加
坡口形状及尺寸	选择合理的坡口形状及尺寸，调整焊缝成型系数	引起接头产生未焊透、未熔合、夹渣等焊接缺陷

主要影响因素	主要内容	主要引发产生的缺陷或结果
预热温度及层间温度	预热与层间温度关系到冷裂纹的产生及焊缝冲击韧性的要求，应严格进行控制，避免高温及特定温度点（如550℃、475℃以及高温时间的长时间停留等	1．产生冷裂纹缺陷； 2．木制灯笼冲击韧性值低，引起断裂； 3．焊缝接头组织的烧损，得不到正常情况下的回火马氏体或索氏体组织
充氩保护	为防止根层焊缝金属氧化，从而保证根部焊接质量，提高冲击韧性值，充氩保护应持续2-3层以上	1．根部接头发生氧化，使机械性能值降低 2．根部出现多种焊接缺陷
焊接线能量	一个综合控制的焊接要素，从焊接电流、焊接电压、焊接速度共同控制，以达到较高的冲击韧性值，并有效地防止各类裂纹的产生	1．对冲击韧性影响极大； 2．产生冷裂纹及Ⅳ型裂纹
加热方法及热电偶的布置	有效地控制内外壁温差,保证加热温度的均匀性,要求内外壁温差控制在20℃以内，从而提高冲击韧值与防止各类裂纹的出现	1.冲击韧性值偏低； 2．产生冷裂纹、再热裂纹、Ⅳ型裂纹
焊后冷却温度与保温时间	严格控制升降温速度，控制组织转变，以得到理想的金相组织，从而保证机械性能	舵角指示器1．机械性能降低； 2．得不到回火马氏体组织或索氏体组织 3．残余奥氏体重新转变为脆硬的马氏体组织
焊接操作工艺	从焊接工艺上进行过程控制，严格按焊接工艺施工，从而保证机械力学性能、防止各类裂纹的产生	1．机械性能降低； 2．冲击韧性值偏低； 3．金相组织不符合； 4．产生冷裂纹、弧坑裂纹 5．产生多种其它常见的缺陷，如未焊透、未熔合、夹渣等