T91_TP347H管接头焊接工艺试验研究

硬度值较同样的工艺参数但经过热处理的 2#试 件要高 。3#试件 T91侧热影响区硬度值超过焊接
高匹配向低匹配变化 ,碳迁移程度减小 ,焊缝组织 规程要求 ,因此必须控制焊后的接头冷却速度 ,或
将不可避免地出现淬硬马氏体组织和少量铁素体 者进行焊后热处理 。
块 ,见图 2 ( a) 、图 2 ( b)和图 2 ( c) 。而采用焊后 2. 3 应力腐蚀试验结果
焊接接头力学性能试验结果见表 3。由表 3
可以看出 ,经过 750 ℃高温回火热处理的 1#和 2#
试件抗拉强度要高于没有进行焊后热处理的 3#
试件 ,面弯和背弯试验结果均能满足 DL / T 869—
2004技术规程要求 。采用 TIG焊接的 2#和 3#试
件冲击韧性要优于采用氩弧焊 ( TIG)打底 、手工
中 Ⅲ, Ⅵ, Ⅸ和 Ⅻ分别为水平固定焊接时的时钟钟点 记号。根据火力发电厂焊接技术规程 (DL / T869— 2004)规定 ,进行了拉伸 、弯曲 、冲击韧性试验 ,观察 了金相组织 ,测定了焊接接头各区的硬度。当进行 侧弯试验时 , 2#和 3#试样作为侧弯试样 。
2 试验结果及分析
2. 1 力学性能试验结果及分析
试验中使用的 T91母材是回火索氏体 +少量 铁素体 ,硬度值在 200 ～230HB 之间 ; TP347H 母 材是奥氏体 +少量珠光体 ,硬度值相对 T91要低 。
三组接头各区的硬度值见表 4。由表可见 , 1#和 2#接头的硬度值都接近各自母材的硬度值 , 符合 DL / T 869—2004技术规程的要求 。而 3#试 件在 T91 侧 HAZ区硬度值超过母材 100HB 多 , 不能满足规程的要求 。
三组焊接接头中典型的金相组织如图 2所示。
图 2 焊接接头金相组织
第 31卷第 4期 周友龙等 : T91 / TP347H管接头焊接工艺试验研究
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由图 2可以看出 ,三组试件焊缝处组织都是 奥氏体上分布着杆状 、粒状 δ铁素体 。在 T91 侧
出现了淬硬马氏体 ,这也是 3#试件近 T91侧 HAZ 硬度值很高的原因 。而焊缝中的 N i是一种能降
焊接不合 格 的 试 件 经 过 焊 接 相 关 参 数 的 优 化 ,再次进行性能试验 ,均满足 DL / T 869—2004 的技术规程要求 。
w (N) 0. 03～0. 07
8. 00～11. 00
w ( Si) 0. 20～0. 50
≤0. 75 w (V) 0. 18～0. 25
w (Nb) 0. 06～0. 10
1. 2 焊接工艺参数的确定 由于 T91和 TP347H 两种钢的焊接难度都很
大 ,其异种接头的焊接难度更大 。为了保证焊接 质量 ,采用不同的焊接工艺对三组试件进行了对 接试验 。部分焊接工艺参数见表 2。
TP347H 中 w (C r)≈ 19% ,含量相差 10%。在 T91 N i量比较高的焊接材料 。
与 TP347H 焊接时 ,如果采用高匹配焊材 , T91 钢
3#试件的熔合线靠 T91侧在回火索氏体中间
侧的碳活度较高 ,焊缝侧碳活度较低 ,存在一个明 出现了淬硬组织 ,是因为最后一道焊缝金属在焊
%
钢号 T91 TP347H 钢号 T91 TP347H 钢号 T91 TP347H
w (C)
w (Mn)
0. 08～0. 12 0. 30～0. 60
0. 04～0. 10 ≤2. 00
w (Cr)
w Mo)
8. 00～9. 50 0. 85～1. 05
17. 00～20. 00
w (N i) ≤0. 4
热处理或控制焊接时的冷却速度 ,可以降低该现
按照 GB / T 17898—1999[ 4 ] ,进行三组试件焊
象造成的危害 。仔细观察发现 3#试件的熔合区 接接头的应力腐蚀试验 ,其结果见表 5所示 。
表 5 应力腐蚀试验记录
接头 编号
1# 2# 3#
100 裂纹最大长度 /
mm
0. 28 无
1. 36
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焊 管 2008年 7月
3#试件熔合线出现淬硬马氏体组织 ,可能是最 后一道焊缝焊后缓冷措施不当而致 ,使 HAZ区近 表面出现马氏体组织 ,而它前面几道焊道 HAZ区 无淬硬马氏体组织 。因此 ,焊接过程中控制好焊接 相关工艺参数 ,特别是焊后缓冷措施对于控制该异 种焊接接头不出现淬硬马氏体组织是至关重要的 。 当然 ,采用焊后热处理也可以有效的消除淬硬马氏 体组织 ,保证接头达到焊接技术规程的要求 。但是 控制焊后热处理要注意 TP347H 在 450～850 ℃短 时加热产生的敏化作用 ,尽量防止应力腐蚀。
显的能量差 ,使得 T91 钢侧的自由碳越过熔合线 后冷却过程中的冷却速度较快 ,产生少量的残余
向高 Cr侧的焊缝迁移 ,在熔合线的焊缝侧形成明 马氏体 ,又没有经过焊后热处理 ,从而使这部分的
显的增碳层 , T91侧形成脱碳层 ,容易导致 T91侧 热影响区产生早期失效的问题 [ 2 ] 。随着焊材由
的熔合区 ,三组试件都出现了增碳 /脱碳层 (图中 低碳化物稳定性的元素 ,并可削弱碳化物形成元
熔合区出现的黑带 /白带 ) 。 Cr是强碳化物形成 素对碳的结合能力 ,因而提高焊缝中 N i含量是抑
元素 ,能降低碳的活度 , T91 中 w ( Cr) ≈ 9% , 而 制熔合区碳迁移的最有效手段 。因此最好选取含
经过对比各焊接接头的性能数据 、金相组织和 应力腐蚀试验结果 ,可以看出 ,采用手工钨极氩弧 焊的 2#接头焊缝抗拉强度 、冲击韧性、焊缝组织都 相对较好 ,得到的焊缝质量要比采用氩弧焊打底、 手工电弧焊填充和盖面的 1#接头相对要好 。
同样的焊接方法 ,是否采用焊后热处理 ,对于 焊接接头的抗拉强度影响不是太大 ,冲击韧性也 大致相当 ,没有经过焊后热处理的试件的两侧热 影响区冲击韧性相对要低 。
●试验与研究
焊管 ·第 31卷第 4期 ·2008年 7月
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T91 / TP347H管接头焊接工艺试验研究
周友龙 1 , 方永龙 1 , 袁卫东 2 , 王明星 2 , 杨 莺 2
(1. 西南交通大学 , 成都 610031; 2. 四川省电力焊接培训研究中心 , 成都 610051)
摘 要 : 对火力发电厂经常使用的马氏体耐热钢 ( T91) /奥氏体钢 ( TP347H )异种钢焊接管接 头在立焊位置进行工艺试验研究 。确定了焊接工艺参数 ,对焊接接头进行了拉伸 、弯曲 、冲击 等力学性能试验 、金相组织分析以及应力腐蚀试验 。结果表明采用钨极氩弧焊 ( TIG)的接头 性能优于 TIG焊打底手工电弧焊盖面的接头性能 。 关键词 : TP347H钢 ; T91钢 ; 焊接 ; 管接头 ; 性能 中图分类号 : TG441 文献标志码 : A 文章编号 : 1001- 3938 (2008) 04 - 0017- 04
同样焊接工艺的 2#和 3#试件 ,经过焊后热处 理的 2#试件 TP347H 侧裂纹条数 、长度都比未经 过焊 后 热 处 理 的 3# 试 件 要 多 , 这 是 因 为 对 于 TP347H 而言 ,在 450～850 ℃短时加热很容易促 进晶间腐蚀倾向产生 。为防止热处理对 TP347H 的敏化作用 ,必须尽量降低焊缝的含碳量 ,同时钢 中要有 Ti和 Nb等能控制碳的元素 。这里敏化作 用没有得到很好地控制 ,致使 2#试件出现大量裂 纹 ,其很大一部分原因是焊接过程所用焊丝没有 选择好 ,焊缝中碳含量没有得到很好地控制 。
注 : W S—手工钨极氩弧焊 ,W S/DS—手工钨极氩弧焊打 底 、手工电弧焊填充和盖面 。每个编号内包含三个
焊接管接头试件 。
1. 3 焊接接头性能试验 做性能试验试件的取样位置如图 1所示 [ 5] ,图
图 1 试件取样位置示意图
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焊 管 2008年 7月
640. 5 180 180 56. 51
冲击韧性 /J 焊缝 TP347H侧
HA Z 41. 16 54. 55 55. 86 81. 67 59. 29 70. 40
全 TIG焊的 2#和 3#试件韧性相对于氩弧焊 ( TIG)打底、手工电弧焊盖面的 1#试件要好 ,原因 是 2#和 3#试件金相组织相对 1#更细小均匀 。全 TIG焊各焊道焊接速度均匀 ,线能量相对好控制 , 焊接得到的金相组织均匀 ;氩弧焊 ( TIG)打底 、手 工电弧焊盖面 ,焊接线能量不能得到很好控制 ,金 相组织不均匀 ,晶粒较粗大 ,故冲击韧性相差较大 。 2. 2 金相 、硬度结果及分析
电弧焊盖面的 1#试件 。同样焊接工艺参数下经
过热处理的 2#试件的冲击韧性要优于没有经过
热处理的 3#试件 。
表 3 力学性能试验结果
接头 编号
1# 2# 3#
抗拉强度 / M Pa
面弯 / 背弯 / ( °) ( °)
T91侧
HA Z
653. 6 180 180 54. 55
658. 25 180 180 61. 41
1 试验方法
1. 1 试验材料 试验管规格为 <51 mm ×8 mm ×300 mm ,母材
主要 化 学 成 分 见 表 1[3 ] 。焊 接 材 料 主 要 采 用 <2. 5 mm E9018 - B9 - H4焊条和 <2. 5 mm ER347 焊丝 。
表 1 母材主要化学成分
150
裂纹最大长度 / 推测起裂时间 /
mm
h
1. 60
90
2. 25
115
2. 50
70
腐蚀时间 / h
TP347H侧 HAZ裂纹
长度 /mm 条数
腐蚀坑
4
2. 35