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T91钢(SA213-T91)焊接工艺研究(图)

日期：2007-6-20 20:39:44 人气：89 [大中小]

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T91钢(SA213-T91)焊接工艺研究
摘要：通过对T91钢多种焊接方法试验研究，采用药芯焊丝打底实芯焊丝填充、盖面的钨极氩弧焊工艺和相应的热处理工艺有效地解决了炉内管焊接充氩保护的困难，适应现场施工条件，获得综合性能良好的焊接接头。
关键词：T91钢;焊接;热处理;力学性能
一、前言
T91钢（SA213-T91）作为大型发电锅炉过热器、再热器的新型钢种，日趋成熟，目前被各国广泛采用。近年来，我国随着国外机组的引进，带动了原有锅炉用钢的替代步伐。为找出一个更适合现场应用的合理工艺，以指导焊工培训和规范现场施焊，我们进行了T91钢（SA213-T91）焊接工艺的研究。
我们通过十四套焊接工艺设计方案的试验对比，筛选出了以药芯焊丝作为打底材料，实芯焊丝作为填充及盖面材料的氩弧焊焊接工艺，表现了很强的实用性，较好的性能指标。
二、试验研究的技术指标和标准
T91钢基本化学成分如表1,性能基本要求如表2。
表1　T91钢化学成分（%）(GB5310-95)
CSiMnPSCrMoNiNbVALN
0.08～0.120.20～0.500.30～0.60≤0.02≤0.018.0～9.500.85～1.05≤0.400.06～0.100.18～0.25≤0.040.03～0.07

表2　T91钢性能指标(来自T91/P91钢管焊接工艺暂行规定)
抗拉强度（Mpa）屈服强度（Mpa）延伸率（%）弯曲角（°）冲击韧性（J/cm2）硬度HB
≥585≥415≥20≥50≥68≤250
三、设计方案
本次试验研究，我们根据焊接材料、焊接方法、热处理方
式、热处理时间的不同组合方式进行了14种组合试验见表3，焊接热处理规范曲线见图1。
表3　焊材、焊接方法、热处理方式组合方案
序号材料组合焊接方法焊接位置层次热处理方　式热处理时间（h）内壁保护方式
1药芯焊丝打底药芯焊丝盖面Ws5G2箱式炉1熔渣
2药芯焊丝打底实芯焊丝盖面Ws5G2箱式炉1熔渣
3药芯焊丝打底电焊条盖面Ws/Ds5G2箱式炉1熔渣
4实芯焊丝打底实芯焊丝盖面Ws5G2箱式炉1充氩
5实芯焊丝打底电焊条盖面Ws/Ds5G2箱式炉1充氩
6药芯焊丝打底实芯焊丝填充、盖面Ws2G3火焰0.5熔渣
7药芯焊丝打底实芯焊丝盖面Ws5G2火焰0.5熔渣
8药芯焊丝打底实芯焊丝盖面Ws2G2火焰0.5熔渣
9药芯焊丝打底实芯焊丝填充、盖面Ws5G3火焰0.5熔渣
10药芯焊丝打底实芯焊丝填充、盖面Ws5G3远红外1熔渣
11药芯焊丝打底实芯焊丝填充、盖面Ws5G3远红外2熔渣
12药芯焊丝打底电焊条填充、盖面Ws/Ds5G3远红外2熔渣
13药芯焊丝打底实芯焊丝填充、盖面Ws5G3远红外4熔渣
14药芯焊丝打底实芯焊丝填充、盖面Ws5G3远红外4熔渣

　　　　　　　　　图1　焊接热处理规范曲线
四、焊前准备
1.试验所用T91钢材、药芯焊丝及实芯焊丝化学成分复验。T91钢材、药芯焊丝及实芯焊丝化学成分复验见表4
表4　T91钢材、药芯焊丝及实芯焊丝化学成分复验
钢材或焊材型（牌）号、规格CNiSiMnPSMoCrV
T91φ42×60.08/0.300.410.0170.0041.028.360.78
TGS-9cbφ2.40.080.740.131.010.0070.0070.889.060.18
YR91Wφ2.50.080.810.520.5750.0170.0121.059.500.258
注：⑴T91钢复验由河北省冶金研究所试验并出具报告
⑵YR91W焊丝化学成分数据由焊丝生产单位,河北省电力试验研究所提供。
⑶TGS-9cb焊丝化学成分生产厂家材质单提供。
2．了解药芯焊丝力学性能：
药芯焊丝力学性能见表5
表5　药芯焊丝力学性能指标(760℃×2小时)
试验项目σs(Mpa)σb(Mpa)δ5(%)
保证值≥415≥585≥17
注：本表数据由原生产厂材质证明提供。
3．焊接操作人员：
由持证合格焊工施焊，为减少焊接过程中人为因素影响，所有试件均由一人施焊，焊接过程严格执行焊接规范参数,由专人进行全过程记录。
4.电焊机及工器具：
电焊机采用性能稳定,工艺性能良好的逆变焊机，工器具合格。见表6。
表6 电焊机及工器具表
焊机型号焊枪型号流量计型号
IGBT-ZX7-500QQ-85/150L-30
5.焊接测量仪器：
焊接测量仪器经检查合格。见表7
表7　焊接测量仪器
名　　称型　号功　　能
焊接参数记录仪MHJ记录焊接参数
红外测温仪ST80测量予热温度、层间温度
秒　　表E7-2手工计时
温湿度表JWS-A1环境测量
6.试件规格及坡口尺寸：

图2使用药芯焊丝、实芯焊丝打底试件坡口尺寸
⑴试件坡口尺寸见（图2）
⑵试件规格：φ42×6×100
⑶试件坡口角度：　药芯焊丝27°±0.5
实芯焊丝30°±0.5　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
⑷试件清理：试件坡口清洁无污物，露出金属光泽，内外壁
10-20mm范围内磨光机打磨铁锈、污物，露出金属光泽。
⑸试件对口间隙：药芯焊丝施焊时对口间隙2.6～2.8mm
实芯焊丝施焊时，对口间隙2.3～2.5mm。
⑹所用焊丝使用前清除油锈、污物，露出金属光泽。
⑺所用焊条使用前经350℃恒温2小时烘干。
⑻错边量：小于0.5mm。
⑼角变形：小于2°
五、施焊过程
为保证施焊过程操作规范，数据准确，事先对所有焊接设备测量仪器进行调试、修验，焊工进行模拟练习，制作焊接记录表，进行人员分工，焊接人员、测试人员、记录人员，辅助人员，各负其责，互相配合，保证施焊过程记录准确、完整。
六、试验项目
根据SD 340-89《焊接工艺评定规程》的要求及试验设计方案的内容，试验项目及对比内容见表8、表9。
表8　试验项目
接头型式外观检查无损探伤断口检验机械性能
射线拉伸面弯背弯冲击硬度
对接要求要求要求要求要求要求要求要求
表9　对比项目及内容
项　　目试验及比较内容
焊接方法及材料组合/
焊接工艺操作难易程度、焊工技术要求、辅助工艺
热　处　理方式、适应性、操作难度、使用效果。
热处理时间比较效果
检　　验外观检查、X光透照、断口检查
性　　能拉伸、冲击、弯曲、硬度
金　　相焊缝及热影响区组织
七、试验分析
1.焊接方法及材料组合分析
焊接方法及焊接材料的组合，是进行焊接工艺试验的主要内容，组合方案直接影响试验结果。具体分析如下：
（1）实芯焊丝打底，管内充氩解决焊缝内侧氧化问题的焊接工艺为国内大多数单位所选择。但此方案施焊过程中，特别是电厂检修过程中，充氩工艺复杂，封堵困难，充氩量大，且质量难以稳定，受环境制约较多，辅助工作量大。
（2）全药芯焊丝打底、填充、盖面，速度慢，层数多，清渣量大，易夹渣，效率低，操作技术要求相对高。
（3）电焊盖面（包括实芯焊丝打底和药芯焊丝打底），盖面时需要倒换极性，打底层正接、电焊条填充盖面须反接。检修现场狭窄，焊机难以在操作现场近前调整电流，倒换极性操作繁杂、耗时、费力且小径管电焊条盖面操作困难，技术要求高，质量难以保证。
（4）药芯焊丝打底实芯焊丝盖面，既解决了充氩困难的问题，不用倒极性，底层清渣量较小，比药芯焊丝填充快，操作较易的优点，质量稳定。
2.焊接工艺
焊接工艺是焊接技术的核心，焊接工艺的好坏直接影响焊接质量的优劣，焊接工艺参数见表9
表9　焊接工艺参数
序号材料组合焊接电流(A)焊接时间层次极性辅助工艺备注
1药芯焊丝打底药芯焊丝盖面86～9013′20″～15′18″3正接清渣3次焊接时间不包括清渣
2药芯焊丝打底实芯焊丝盖面86～90100～10410′20″～11′17″3正接清渣1次焊接时间不包括清渣
3药芯焊丝打底电焊条盖面85～8960～806′59″～7′21″

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出处：本站原创作者：佚名

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