X80钢焊接接头（精选3篇）
X80钢焊接接头 篇1
管线运输是长距离输送石油、天然气最经济合理的运输方式,石油天然气需求量的增加,使得管道的输送压力和管径不断增大,推动了管线钢进一步向大口径、高强度、高韧性、优良焊接性发展[1,2,3]。目前X70级管线钢已经在西气东输重大工程中得以广泛应用,X80级管线钢在西气东输复线中也已经得到了应用,但普及率较低[4]。由于油气输送管线的建设实质上是一项大规模的焊接成形(制管)和长距离的焊接安装工程(现场环焊),其焊接接头质量在很大程度上决定了工程质量[5]。管线设计和安全评定主要使用平面应变韧性与平面应变断裂韧性作为材料破坏的指标,材料的韧脆转变温度决定了材料低温韧性的优劣,是衡量材料韧脆性转变倾向的重要指标[6]。夏比冲击性能作为评价管线钢焊接接头韧性的重要依据,反映了在剧烈冲击载荷下裂纹启裂及扩展过程,是管道设计所必须考虑的重要因素[7,8],因此,有关冲击韧性控制因素的研究一直是高强韧管线用钢研究的热点之一。由于焊接过程中常常在焊条了中添加一定量的合金元素,以提高焊接接头的强度,而合金元素的固溶强化作用降低了其韧性,对于X80管线钢的冲击韧性研究已有相关成果发表[9,10],但X80管线钢焊接接头的冲击韧性却尚未见报道。作者在X80管线钢焊接接头处制备夏比U型缺口,在不同温度下对其进行冲击实验,确定其韧脆转变温度,利用扫描电镜对其断口形貌进行分析,探讨了X80管线钢焊接接头断裂机理。
1 实验方法
实验材料为X80卷板,其力学性能:Rt0.5=555～675MPa,Rm≥625MPa。焊接方法为双面埋弧自动焊,焊丝牌号:BHM-10,焊丝直径:4mm,焊接电流:680～920A,电弧电压32～38V,焊后焊缝宽度14～22mm。X80管线钢焊接接头表面金相组织如图1(a)所示,焊接接头宽度21～22mm,是由焊缝区、熔合区、热影响区三个相区组成。熔合区、热影响区对称分布于焊缝区两侧,中间区域为焊缝区,组织比较粗大,成分偏析,组织不致密。靠近焊缝区为熔合区,化学成分不均匀,是粗大的过热或淬硬组织。靠近熔合区的区域为热影响区,此区晶粒大小均匀,力学性能好。焊接接头截面金相组织如图1(b)所示,焊接坡口为X型,内外焊缝高约1.4～1.7mm,焊缝表面过渡平缓,焊接金相组织成树枝状对称分布。冲击实验设备为ZBC2752-B冲击实验机,试样尺寸为50mm×10mm×10mm,如图1(c)所示。在接头焊缝中心处制备夏比U型缺口,对X80管线钢焊接接头进行-80～20℃温度范围的冲击实验。用JSM-6360LA扫描电镜观察其断裂后断口形貌,测量计算脆性区面积,计算脆性断面率undefined,结合断口测试温度与冲击功的关系,确定X80管线钢焊接接头韧脆转变温度。
(a)表面;(b)断面;(c)冲击试样
(a)surface;(b)section;(c)impact sample
2 实验结果与分析
2.1 断裂形式
冲击实验温度为20℃时,X80管线钢焊接接头断口塑性变形明显,崎岖不平,呈现片状分布,出现撕裂棱,如图2(a)所示。在实验温度为0℃时,断口仍可见塑性变形,并呈现阶梯样的层状分布(见图2(b))。当实验温度为-20℃时,断口大部分区域比较平整,少数区域呈现高低不平的凹凸状(见图2(c))。当实验温度为-40℃时,断口整个区域都比较平整,并依然可见浅浅的缝隙(见图2(d))。当实验温度降为-60℃时,断口整个区域较为平坦,高低不平程度略轻(见图2(e))。当实验温度为-80℃时,整个断口平整,缝隙和空洞较为少见(见图2(f))。上述实验结果表明,冲击实验温度越高,原子位移的能量增加,原子活动增加,位错越容易滑移,因此,断口越容易发生塑性变形。当实验温度在20～-20℃之间,实验材料断口呈现塑性断裂形式,断口崎岖不平,出现不同程度的分层开裂。实验温度越高,断口崎岖不平程度也越为明显,塑性变形也越明显。当实验温度在-40～-80℃之间,实验材料断口呈现脆性断裂,随着实验温度的降低,断口也越为平整,缝隙和孔洞相应减少,脆性断裂现象也越为明显。
2.2 断口形貌
实验温度为20℃时,断口形貌呈现出大量均匀分布的较大较深等轴样的韧窝,并伴有撕裂棱(见图3(a))。当温度降低至0℃时,断口形貌为尺寸大小不一的韧窝,并伴有少量撕裂棱(见图3(b))。与图3(a)相比,图3(b)所呈现的韧窝尺寸较小,说明此温度下焊接接头的冲击韧性有所下降。实验温度为-20℃时,断口表现为准解理断裂,断口由解理断口和小部分韧窝断口组成(见图3(c))。当实验温度降为-40℃时,断口主要呈现河流状的解理断裂,只有少量的韧窝,有些韧窝分布在河流状区域(见图3(d))。实验温度为-60℃时,断口全部呈现出河流状的解理断口,几乎观察不到韧窝(见图3(e))。当实验温度降至-80℃时,断口呈现出解理断裂(见图3(f))。实验结果表明,随着实验温度升高,试样韧性增强,试样的内部位错密度会随着韧性增强而增大。其中晶粒位错是晶体材料的一种内部微观缺陷,它与析出相和夹杂物一样,能形成微裂纹源,引起微裂纹集中,从而使断口表面呈现韧窝。因此,在较高的温度下,断口呈现韧窝型的韧性断裂。当实验温度为20℃和0℃时,断口形貌主要是韧窝,且大多数韧窝呈现一定的方向性,属于撕裂韧窝。在实验温度为-20～-40℃时,试样断口形貌有少量韧窝,大部分区域为解理断口。当温度降到-40℃以下时,断口处已经观察不到韧窝,主要是解理断裂。这说明随着实验温度的降低,试样的塑性下降,发生了由塑性向脆性的转变。
2.3 韧脆性分析
图4为X80管线钢焊接接头温度与冲击吸收功和脆性断面率的关系。当温度从20～-80℃转变过程中,冲击吸收功明显下降,同时脆性断面率也明显下降。当温度为-80℃时,冲击功为42J,符合焊接接头标准试样吸收能量≥40J的要求,其脆性断面率为88%。当温度上升到20℃时,冲击功变为97J,脆性断面率仅为26%。在-40～20℃之间,冲击功和断面率变化最为敏感,是整个折线坡度最大的地方,同时两曲线相交处,即温度为-28℃,此温度亦为韧脆转变温度,此时试样的冲击功为58J。试样承受的冲击功越大,表示试样的韧性越好,同样的材料在不同的环境温度下,其冲击吸收功不同,这说明环境温度影响着材料的韧性,温度越高,冲击吸收功越大。
图5为韧脆性断口形貌与测试温度的变化关系图。由图5(a)～(c)可见,断口呈现韧窝状,这种断裂方式属于韧性断裂。温度从20℃下降到-20℃时,韧窝的尺寸和深度也相应地减小,韧性断裂现象明显下降。由图5(d)～(f)可见,断裂后形成的撕裂棱将河样区域分离,断口主要呈现河样状的解理断裂形貌,属于脆性断裂。当实验温度从-40℃下降到-80℃时,断口的解理断裂形貌也随之越明显。实验温度为-20℃时(见图5(c)),断口的脆性部分将近50%,说明此温度已经接近实验材料的韧脆转变温度。随着温度降低,冲击断口的韧窝尺寸由深及浅,进而转变为河流状脆性断口。X80管线钢焊接接头的韧脆转变温度在-20～-40℃之间,这与图4中分析结果一致。
(a)20℃;(b)0℃;(c)-20℃;(d)-40℃;(e)-60℃;(f)-80℃
(a)20℃;(b)0℃;(c)-20℃;(d)-40℃;(e)-60℃;(f)-80℃
2.4 分析与讨论
韧脆转变温度主要是由冲击功和断口形貌来确定的。从冲击功来说,当冲击值降低至正常冲击功的50%～60%,此温度作为实验材料的韧脆转变温度。由冲击断口观察,可以将试样的结晶状脆性断口占50%时的冲击实验温度,作为焊接接头的韧脆转变温度。由图4中冲击实验结果可知,室温20℃时,X80管线钢焊接接头的冲击韧性较好,其冲击功可达97J,当温度低于韧脆转变温度-28℃时,试样由韧性断裂变为脆性断裂,其冲击功为58J。根据Kozasu提出的表达式[11],可以确定韧脆性转化温度
undefined
式中:σss为固溶强化增量;σp为沉淀强化增量;σd为位错及亚结构强化增量;d为铁素体晶粒尺寸;ds为亚晶尺寸;A,B,C,D,E,F为材料常数。
焊接X80管线钢时,为了提高焊接接头的强度和韧性,常常在焊条中添加适量的合金元素,而加入的合金元素亦产生固溶强化作用,固溶强化会降低材料的韧性,由式(1)可知,固溶强化提高了材料的韧脆转变温度,只有减小晶粒尺寸,才能降低韧脆转化温度。获得细针状的铁素体是提高X80管线钢埋弧焊接头一种主要的提高韧性的方式,单位体积内可以拥有更多的细小晶粒。当外力作用于试样时,其变形分散在更多的细小晶粒内进行,导致应力集中程度降低。同时,晶粒内部和晶界附近的应变度相差也小,从而材料受力均匀,应力集中小,不易产生裂纹。即使产生了微裂纹,微裂纹由一个晶粒穿越到另一个晶粒时,细小晶粒之间产生较多的晶界阻止微裂纹,微裂纹穿过越多的晶界,消耗越多的能量。由Naylor J P公式可知,此时裂纹扩展抗力[12]
undefined
式中:E为弹性模量;ac为裂纹临界尺寸;W为板条界上偏斜塑性功;D为板条束宽度;d为板条宽度。
由式(2)可见,裂纹扩展抗力σ与D-1/2存在线性关系,对应到韧脆转变温度曲线上,就是晶粒的尺寸越小,韧脆转变温度越低。裂纹一般最先产生于夹杂物界面处,夹杂物对钢材的冲击韧性影响很大,由于其破坏金属的连续性,造成应力集中,微裂纹会首先在夹杂物上形成,而后聚合、长大、扩展导致材料断裂。夹杂物或大尺寸第二相粒子在材料断裂中起着重要的作用,其数量越多,尺寸越大,裂纹萌生的几率越高,则焊接接头的冲击韧性就越低。
3 结论
(1)随着实验温度升高,X80管线钢焊接接头冲击吸收功增大,同时脆性断面率将减小,结合冲击吸收功、脆性断面率和端口形貌,可确定X80管线钢焊接接头韧脆转变温度为-28℃。
(2)当实验温度为-20～20℃时,试样断口表现为韧窝断裂,温度越高,断口韧窝尺寸越大,塑性断裂特征越明显;当实验温度为-80～-40℃时,试样断口为解理断裂,温度越低,脆性断裂特征越明显。
摘要：对X80管线钢埋弧焊焊接接头进行了-80～20℃温度范围的夏比冲击实验。测试了其冲击吸收功和脆性断面率,用扫描电镜观察了其断口形貌,分析了焊接接头断裂形式和断口形貌,讨论了焊接接头的韧脆转变温度和冲击断裂的力学行为。结果表明,室温时断口为韧窝状分布,焊接接头的韧脆转变温度为-28℃;断口形貌由韧性断裂向脆性断裂转变,断口主要表现为解理断裂。
关键词：X80管线钢,焊接接头,冲击韧性,韧脆转变温度,断口形貌
参考文献
[1]HWANG B,LEE S,KIM Y M,et al.Analysis of abnormal frac-ture occur ring during drop-weight tear test of high-toughnessline-pipeline steel[J].Materials Science and Engineering:A,2004,368(1):18-27.
[2]YANG X B,ZHUANG Z,YOU X C,et al.Dynamic fracturestudy by an experiment/simulation method for rich gas transmis-sion X80steel pipelines[J].Engineering Fracture Mechanics,2008,75(18):5018-5028.
[3]KIM Y M,LIM S K,KIM N J.Effect of microstructure on theyield ratio and low temperature toughness of line pipe steels[J].ISIJ International,2002,42(12):1571-1577.
[4]SANG Y S,BYOUNGCHUL H,SUNGBAK L,et al.Correla-tion of microstructure and charpy impact properties in API X70and X80pipeline steels[J].Materials Science and Engineering:A,2007,458(1):281-289.
[5]胥聪敏.X80钢在霍尔果斯水饱和土壤中的短期腐蚀行为研究[J].材料工程,2011,(3):78-81.XU Cong-min.Study on short-term corrosion behavior of X80pipeline steel in Huo’erguosi soil with saturated water[J].Jour-nal of Materials Engineering,2011,(3):78-81.
[6]SUNG H K,SHIN S Y,CHA W,et al.Effects of acicular fer-rite on charpy impact properties in heat affected zones of oxide-containing API X80line pipe steels[J].Materials Science andEngineering:A,2011,528(9):3350-3357.
[7]周民,杜林秀,刘相华,等.不同温度下X100管线钢的冲击韧性[J].塑性工程学报,2010,17(5):108-113.ZHOU Min,DU Lin-xiu,LIU Xiang-hua,et al.Impact tough-ness of X100pipeline steels at different temperature[J].Journalof Plasticity Engineering,2010,17(5):108-113.
[8]张小立,庄传晶,吉玲康,等.高钢级管线钢的特征参量及其与强韧性的关系[J].材料工程,2006,(8):3-7.ZHANG Xiao-li,ZHUANG Chuan-jing,JI Ling-kang,et al.Characteristic parameters of high grade pipeline steels and its rela-tionship with toughness[J].Journal of Materials Engineering,2006,(8):3-7.
[9]SANTOS T F A,HERMENEGILDO T F C,AFONSO C R M,et al.Fracture toughness of ISO 3183X80M(API 5LX80)steelfriction stir welds[J].Engineering Fracture Mechanics,2010,77(15):2937-2945.
[10]李红英,魏冬冬,林武,等.X80管线钢冲击韧性研究[J].材料热处理学报,2010,31(11):73-78.LI Hong-ying,WEI Dong-dong,LIN Wu,et al.Research onimpact toughness of X80pipeline steel[J].Transactions of Ma-terials and Heat Treatment,2010,31(11):73-78.
[11]张莉莉,张骁勇,高惠临,等.一种高铌X80管线钢的组织性能分析[J].材料工程,2009,(5):1-5.ZHANG Li-li,ZHANG Xiao-yong,GAO Hui-lin,et al.Micro-structure and mechanical properties of a high Nb-microalloyedX80pipeline steel[J].Journal of Materials Engineering,2009,(5):1-5.
[12]衣海龙,杜林秀,王国栋,等.X80管线钢的组织与性能研究[J].东北大学学报:自然科学版,2008,29(2):213-216.YI Hai-long,DU Lin-xiu,WANG Guo-dong,et al.Microstructureand mechanical properties of pipeline steel X80[J].Journal ofNortheastern University:Natural Science,2008,29(2):213-216.
X80钢焊接接头 篇2
1 前言
材料焊接性的评价一直是焊接工作者面临的最艰巨的任务, 在焊接过程中, 焊接技术非常复杂, 焊件质量的优劣与大量参数的相互作用以及焊接过程中的组织转变有关[1]。为保证焊件无缺陷, 并能满足结构的使用性能要求, 就必须对这些相互作用的参数进行控制。焊接性常用的评定方法有以下几种[2]: (1) 经验公式:如碳当量 (Ceq) 、裂纹敏感系数 (Pcm) 等; (2) 对实际焊接结构进行观察、检测以确定焊接性; (3) 通过对焊接CCT图测定对焊接热影响区的组织、性能及冷裂纹倾向进行预测; (4) 通过对HAZ的硬度测定预测HAZ的冷裂纹倾向及脆化倾向; (5) 通过专门的焊接性试验, 如插销试验、斜Y坡口试验等对焊接性进行试验评价等。本文将选用碳当量和斜Y型坡口焊接裂纹试验方法来对三种X80管线钢进行焊接性评价, 之后选用焊接性最好的一种X80管线钢做后续的返修焊焊接工艺试验。
2、试验材料与试验方法
2.1 试验材料
本文选用的母材以三个不同厂家生产的X80-1、X80-2和X80-3作为试验对象, 板厚均为18.4mm。分别从各钢卷板上取样, 各材料的化学成分如表1所示。
2.2 斜Y坡口焊接裂纹试验方法[3]
本试验方法所产生的裂纹多出现于焊根尖角处的热影响区。当焊缝金属的抗裂性能不好时, 裂纹可能扩展到焊缝金属, 甚至贯穿至焊缝表面。裂纹可能在焊后立即出现, 也可能在焊后数分钟, 乃至数小时后才开始出现。本次试验焊接方法选用手工电弧焊, 焊条选用SH-J770, 在350℃下烘烤1小时保温使用;焊接规范为:焊接电流为170±10A, 电弧电压为22±2V, 焊接速度为150±l0mm/min。试件的形状和尺寸、手工焊试验焊缝位置如图1。
试验中根据公式 (1) 计算出表面裂纹率:
根据公式 (2) 计算出根部裂纹率:
根据公式 (3) 计算出断面裂纹率:
3 试验结果及分析
3.1 焊接性试验
3.1.1 碳当量评价
采用国际焊接学会推荐的碳当量计算公式 (4) 分别计算了三种试验钢的碳当量。
计算结果为:X80-1的CEIIW=0.43, 焊接性最好;X80-3的CEIIW=0.47, 焊接性次之;X80-2的CEIIW=0.48, 焊接性较差。
3.1.2 斜Y坡口焊接裂纹试验
采用肉眼或其他适当的方法来检查焊接接头的表面和断面是否有裂纹, 并分别计算出表面裂纹率、根部裂纹率和断面裂纹率。五个横断面的位置是:按试验焊缝宽度开始均匀处与焊缝弧坑中心之间的距离四等分而确定。计算所得的各种裂纹率如表2所示。
对于斜Y坡口试验来讲, 通常我们认为当裂纹率小于20%时, 在实际的焊接过程中就不会产生裂纹, 由此来看X80-1和X80-3的表面裂纹率和根部裂纹率都小于20%, 断面裂纹率大于20%, 但综合裂纹率都在20%以内, 因此认为这两种钢材的可焊性良好, 且适用于该种焊接工艺。而X80-2的各项裂纹率均大于20%, 表明该种钢材的可焊性相比前两者较差, 且不适合该焊接工艺。
3.2 焊接工艺试验
采用上述相同的焊接工艺对X80-1管线钢进行了返修焊的焊接工艺试验 (焊接规范参数略) 。焊接完成后对焊接接头进行了各项力学性能试验和金相组织分析。拉伸试验采用矩形拉伸试样, 测的抗拉强度为750MPa;导向弯曲结果表明, 面弯、背弯均无裂纹;从冲击韧性试验结果看, 焊缝的冲击韧性平均值为220J (-10℃) , 热影响区的冲击韧性平均值为242J (-10℃) 。从各项力学性能结果看, 焊接接头均符合相关标准的要求。焊接接头各区域的金相组织如图2所示。
从图2可以看出, 熔合区的组织为粒状贝氏体, 焊缝的组织为晶内针状铁素体+粒状贝氏体+少量多边形铁素体, 细晶区组织为细小的多边形铁素体+少量的珠光体和M/A岛。均符合相关标准的要求。
4 结论
(1) 从碳当量计算结果和斜Y坡口试验结果可以看出:X80-1的焊接性最好, X80-3的焊接性次之:X80-2的焊接性较差。
(2) X 8 0-1管线钢具有良好的焊接性, 采用优化后的返修焊工艺参数进行焊接后, 可以得到性能良好的焊接接头。
摘要：本文采用斜Y坡口焊接裂纹试验对三种X80管线钢材料进行了焊接性研究, 之后采用优化的手工电弧焊焊接工艺对X80-1管线钢进行了返修焊焊接工艺试验。实验结果表明:X80-1的焊接性最好, X80-3的焊接性次之:X80-2的焊接性最差。试验用X80管线钢具有良好的焊接性, 选用的焊接工艺参数合理, 采用该工艺参数焊接, 可以得到性能良好的接头。
关键词：X80,斜Y坡口,焊接性,焊接工艺试验
参考文献
[1]高惠临.管线钢组织、性能、焊接行为[M].西安:陕西科学技术出版社.1995:163-170
[2]李亚江.焊接冶金学-材料焊接性[M].北京:机械工业出版社.2006, 11-21
X80钢焊接接头 篇3
随着经济的飞速发展, 电力供应需求越来越高, 为解决日益突出的电力供需矛盾, P92钢的开发应用成为当前电厂的首要任务。P92钢是日本新日铁公司推出的一种新型耐热钢管材料, 目前应用于超超临界机组。该钢含w (Cr) 9%, w (W) 1.8%左右, 抗氧化性、抗疲劳性及抗腐蚀性能远远超于其他的铁素体耐热钢。P92钢还具有很强的抗蠕变性, 在600～700℃下的蠕变断裂试验时间最长为45 000～50 000 h, 可使一些管道部件和锅炉的质量减轻。P92钢的运行参数、膨胀系数、热传导系数也远优于其他不锈钢体。因此, P92钢焊接接头性能的好与坏决定了机组安全运行的成与败。
1 P92钢焊接接头易出现的问题及防范策略
1.1 P92钢焊接接头易出现的问题
我国首台百万千瓦超超临界机组的辽宁营口华能玉环电厂工程, 其首选主蒸汽管道便是P92钢。P92钢不仅满足了生产运行时高温强度的需要, 而且使工程造价大大降低。由于国内电力工程未有使用P92钢的先例, 2005年西安热工研究院联合浙江火电建设公司、天津电力建设公司和江苏电力装备有限公司开展了P92钢焊接工艺评定和管道工厂的优化配置, 得出一些相当重要的数据。此外, 以国家电力公司电力建设研究所为首, 湖南火电建设公司、江苏电力建设第一工程公司、山东电力建设第二工程公司、河南省第一火电建设公司、河北省电力建设第一工程公司等电力建设公司合作成立了研究课题组, 优化试验P92钢焊接工艺。但目前P92钢焊接接头易出现以下问题:
1.1.1 焊接接头易脆化
当焊缝金属流动性弱或焊缝温度太低时, 便会造成焊缝金属成分分布极不均匀, 从而出现偏析的问题;而焊缝温度过高, 焊接接头过热, 尤其是当温度超过1 100℃时, 接头过热区晶粒生长快, 很容易产生脆化。同时, 由于P92钢含有较高的合金成分, 暴露于在空气中能形成粗大马氏体, 也易引起焊接接头脆化。
1.1.2 焊缝金属韧性降低
P92钢的焊缝金属是在熔融状态下通过极高的温度冷却而成的, 未经过控轧和形变热处理, 难以获得细化的晶粒和Nb、V碳氮化合物, 因而很难析出微细的C、N化合物, 焊缝的韧性会大大降低。此外, 由于焊缝金属中的Nb、V等微合金化元素在凝固冷却过程中可能会因固溶强化而使焊接而加剧热输入, 从而使P92钢的性能劣化。
1.1.3 焊接时易产生冷裂纹
P92钢是在9Cr21Mo钢的基础上研制而成的新型耐热合金钢, 该钢的合金含量在10%以上, 通过降低C、S、P、Mo含量至0.30%～0.60%, 增加W至1.50%～2.00%, 增加B至0.00l%～0.006%, 反复运用二多元的强化方式, 从而致使V、Nb和N氮化物沉淀强化。但由于P92钢合金元素含量高, 纯净度高, 因而其焊接接头存在明显的冷裂纹倾向。据研究表明, 当预热温度达到50℃以上时, 可以避免冷裂纹的产生, 但为了在焊接过程不生成硬脆的马氏体组织, 有关人士建议一般手工电弧焊的预热温度为200～250℃, 氩弧焊的预热温度以150～200℃为最好。
1.1.4 热影响区软化快
P92钢的热影响区在焊接过程中能承受的最高温度在AC1～AC3之间, 这其间的P92钢焊接金属的沉淀物无法相互溶解, 这些未能溶解的沉淀物继而会在后面的热处理过程中逐渐粗化, 从而引起热影响区的材料强度降低, 致使热影响区软化程度加快, 严重时甚至会减弱蠕变强度, 出现裂纹。焊接热影响区的软化程度不仅与P92钢焊接规范有着极大关系, 而且还与预热、焊接后热处理密切相关, 因此, P92钢焊接必须严格规范焊接热输入要求。
1.2 P92钢焊接接头的防范措施
由于P92钢降低了C、S、P的含量, 传统的ⅡW制的焊接估算公式对P92钢已无法适用, 这使P92钢的焊接性工作变得较复杂, 必须通过P92钢的沉淀强化、固溶强化、微合金化等强化方式加强其金属强度, 通过科学的焊接方法、控制焊接材料、把握好焊接热输入、焊后及时热处理来提高焊缝的韧性。具体方法如下:
(1) 降低焊接接头拉力。焊接出现缺陷时会导致焊接接头拉力相对集中, 易引起冷裂纹, 拉力越大, 发生冷裂的倾向越大。因此必须尽可能地减少焊接缺陷产生。
(2) 严格限制焊缝的含氢量。在选择P92钢时, 尽量选择氢含量低的碱性P92钢专用焊丝, 并严格遵守焊丝说明。施焊时, 焊丝应放入温度在80～120℃之间的保温筒内, 焊后应及时进行热处理和消氢处理。
(3) 选择正确的焊接方法。焊接方法使用是否正确直接关系到焊缝金属韧性强度。据研究表明, 埋弧焊 (SAW) 焊缝金属的冲击韧性远不及钨极氩弧焊 (GTAW) 、熔化极氩弧焊 (GMAW) 和手工电弧焊 (SMAW) 焊缝金属的韧性, 其中钨极氩弧焊 (GTAW) 焊缝金属的冲击韧性最高。
(4) 调制适当的预热温度和层间温度。控制好P92钢焊接接头的预热温度和层间温度能够缓解焊接拉应力, 降低马氏体温度及冷却速度, 以便焊缝不会出现冷裂纹。P92钢最适宜的预热温度和层间温度在200～300℃。在此温度下, 焊缝金属不易发生马氏体转变, 形成回火马氏体现象, 能够有效地避免冷裂纹倾向, 强化焊缝金属的冲击韧性。
(5) 降低焊接线能量。焊接线能量小时, 焊缝金属在1 100℃以上高温中停留的时间短, 晶粒生长缓慢, 从而不会降低焊缝金属的韧性。降低焊接线能量, 需考虑焊接电流和焊接速度2方面。焊接电流调节得恰到好处, 焊接速度控制得相对精确, 降低焊接线能量的目的就更容易达到。
2 P92钢焊接工艺要求
P92钢焊接工艺, 其操作环境为5℃以上, 以手工钨极氩弧焊来打底焊接, 通过焊条电弧焊进行盖面焊接与填充, 其工艺要求如下:
2.1 焊前准备
(1) 制备坡口, 并及时进行清理, 对口前, 清理干净焊口每侧宽15～20 mm之内与管子内外壁的锈、油、漆以及垢等, 直到有金属光泽露出; (2) 对口装配2块需焊接母材料, 在坡口处, 并确认母材无重皮、裂纹、毛刺或坡口损伤等缺陷;在对每只焊口进行焊接之前应先PT检验, 其范围是坡口以及边缘20 mm左右, 合格后才能施焊; (3) 对口点固焊。点固焊的焊接工艺、焊接材料与手工钨极氩弧焊打底焊接一样。
2.2 手工钨极氩弧焊打底焊接
应用气冷式氩弧焊枪打底焊接2层焊层, 其参数如下:焊丝采用2.5 mm的P92钢专用焊丝;2.5 mm的钨极;氩气流量最初时为20～30 L/min, 在施焊中, 其流量保持为10～15 L/min, 氩气纯度为99.95%以上;在施焊之前应预热待焊区, 预热应用电加热方式, 预热温度在150～200℃之间, 测温应以点温计量坡口内的实际温度为准;焊接电弧电压则在10～14V内, 焊接电流保持80～110 A, 焊接速度则是55～80 mm/min;各层焊层的厚度应控制在2.8～3.6 mm内。
2.3 焊条电弧焊盖面焊接、填充
施焊之前预热待焊区, 温度保持在200～250℃, 预热宽度从坡口边缘开始每侧约为母材壁厚的5倍;焊条使用前应先烘焙;使用焊条时, 应将其放于保温筒内以便随取随用;应用摆动焊的焊接方式, 施焊时层间温度应保持在300℃左右, 各层焊道的厚度控制在小于或等于所用焊条的直径, 其摆动幅度应小于或等于所用焊条直径的4倍。
焊条电弧焊接时, 其参数为:第1～第2层的电弧焊焊层, 其焊条采用2.5 mm的P92钢专用焊条, 1道的焊道数, 10～70 A的焊接电流, 20～24 V的电弧电压, 焊接速度保持在90～150 mm/min, 各层填充金属的厚度则为2.0～2.5 mm;第3～第4层电弧焊焊层, 焊条采用3.2 mm的P92钢专属焊条, 3道的焊道数, 90～130 A的焊接电流, 20～24V的电弧电压, 焊接速度保持为100～160 mm/min, 各层填充的金属厚度则是2.5～3.2 mm内。其他各层的电弧焊焊层, 焊条为4.0 mm的P92钢焊条, 焊道数是3道, 130～160 A的焊接电流, 20～24 V的电弧电压, 140～220 mm/min的焊接速度, 3.0～4.0 mm的填充金属厚度。
2.4 焊后处理
焊后进行热处理, 同时在热处理中应保证焊接接头的各两点间的温差应小于20℃。 (1) 焊缝整体焊接后, 把焊接接头冷却, 保持在80～100℃内, 同时进行2 h的保温;如果焊接接头出现不能及时焊后热处理的情况, 则应在焊后即刻进行恒温时间大于或等于2 h、加热温度为350℃的热处理。 (2) 应用远红外自动加热器, 把焊接接头温度提升到750～770℃, 且保温时间最少为4 h, 保温宽度以焊缝中心开始算每侧应大于或等于母材壁厚的5倍, 升温中, 在500℃之前温速应小于或等于150℃/h, 500℃之后, 温速应小于或等于120℃/h;而焊接接头则应在保温后再开始降温, 温度降至300℃以下于静止空气中进行冷却直到室温, 降温速度则应小于或等于150℃/h。此外, 每道或每层焊缝焊后, 应以钢丝刷或磨光机等来清理各种杂物, 特别是坡口边缘与中间接头处。
3 结语
总之, 在采用P92钢进行焊接工艺时, 我们应正确掌握其焊接工艺要求, 避免各种焊接问题的出现, 这样有利于保证焊接质量, 缩短加工周期, 有利于解决日益突出的电力供需矛盾。
摘要：从P92钢焊接接头易出现的问题入手, 提出了一些防范措施, 分析了P92钢焊接的工艺要求, 为今后研制P92钢焊接技术策略做好了技术保障。
关键词：P92钢,焊接接头,工艺要求
参考文献
[1]杨富, 章应霖, 任永宁, 等.新型耐热钢焊接[M].北京:中国电力出版社, 2006
[2]DL/T869—2004火力发电厂焊接技术规程[S].北京:中国电力出版社, 2004
[3]牛晓光.T91钢小径管焊缝超声波探伤缺陷的定位[J].华北电力技术, 2006, 36 (7)