新型耐热钢焊接及新技术课件

焊接接头蠕变断裂强度比母材降低40-60%
•2006-6-7
•新型耐热钢焊接及新技术
•24
蠕变-疲劳交互作用使P91接头寿命降低到P22水平
•2006-6-7
•新型耐热钢焊接及新技术
•25
蠕变-疲劳交互作用降低寿命75%以上
•2006-6-7
•新型耐热钢焊接及新技术
•26
单純熱模拟不能正确反映焊接接头真实的蠕变断裂强度
265
255 245
SMAW-vertical 70 MPa, 650°C, 4295 h
235
225
215
205
195
185
175 165
0
Base metal
HAZ Weld metal HAZ
10 20 30 40 50 60 70 80 90
Length of specimen [mm]
Hardness profiles of creep samples;
•2006-6-7
•新型耐热钢焊接及新技术
•47
VALLOUREC & MANNESMANN TUBES
CVN [J]
70 60 50 40 30 20 10
0 1
SMAW: Thermanit MTS 616; ø: 4,0 mm
PWHT: 760°C/1400°F PWHT: 750°C/1382°F PWHT: 740°C/1364°F
2
3
4
5
6
7
Holding time [h]
Influence of the PWHT-condition
•2006-6-7 to the toughness of the all w•e新l型d耐m热钢e焊ta接l及f新o技r 术P92
•48
Influence of bead formation on
•2006-6-7
•新型耐热钢焊接及新技术
•45
Temperature [℃]
H_011123
1000
800
+10
760℃ - 10
2-4h
600
Heating rate 80 – 120℃/h
Cooling rate 100 – 150℃/h
400
250 – 300℃
slow
cooling rate
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•新型耐热钢焊接及新技术
•36
R407焊条打底焊－HAZ裂纹
R407焊条焊接管座－HAZ裂纹
R407焊条焊接角焊缝－HAZ裂纹
R317焊条焊接管座－HAZ裂纹
低匹配焊条焊接F11或T91钢产生的焊接热影响区冷裂纹
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•37
HHHHHHHH
•49
CVN [J] Tem Tpeermapterurateur[ in℃ 癈]
impact properties at pwht 760℃
70
weaved beads
60
50
Ø 4,0 mm; Pos. 3G
up
40
stringer
30
beads
CVN [J]
20
10 Ø 4,0 mm; Pos. 3G
0
up
1
2
3
4
5
6
7
Holding time [h]
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•新型耐热钢焊接及新技术
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•42
•2006-6-7
•新型耐热钢焊接及新技术
•43
•2006-6-7
•新型耐热钢焊接及新技术
•44
如何提高焊缝冲击韧度
•优化焊接材料化学成分-C,Mn,Ni,Nb,N •焊芯过渡的高碱度焊条 •高碱度焊剂 •降低焊接输入热量 •降低焊接预热温度 •降低层间温度 •多层多道焊 •薄层焊,宽摆焊 •提高焊后热处理温度和保温时间 •焊缝必须完全转变马氏体组织之后才能进行热处理
•新型耐热钢焊接及新技术
•16
Ⅴ 熔合区裂纹
Ⅵ 疲劳裂纹 Ⅰ型蠕变裂纹：发生在焊缝中的蠕变裂纹 Ⅱ型蠕变裂纹：发生在焊缝中的蠕变裂纹向焊接热影响区扩展 Ⅲ型蠕变裂纹：发生在粗晶区的蠕变裂纹(再热裂纹) Ⅳ型蠕变裂纹：发生在细晶粒软化区的蠕变裂纹 Ⅴ型蠕变裂纹：发生在熔合区的蠕变裂纹 Ⅵ型蠕变-疲劳裂纹：发生在母材应力集中处的疲劳裂纹
•38
相变低应力(压应力)焊接原理
采用高强匹配焊接材料可以降低焊接应力、提高疲劳强度，降 低焊接冷裂纹敏感性
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•39
硫含量对氢的影响
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•新型耐热钢焊接及新技术
•40
硬度[HV10]
回火参数P及t8/5对硬度的影响
600
500
400
t8/5=13s
300
t8/5=60s
200
100
0 5.95 13.6 14.6 15.7 16.7 17.7 18.7 19.7 20.2 20.5 21.1 21.9 21.4
回火参数P[P=(logt+20)X10-3]
回火参数(P)对高铬马氏体耐热钢硬度的影响
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•41
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•新型耐热钢焊接及新技术
•46
Thermanit MTS 616 Marathon 543
H_011123
C- content [%] 0,12
0,1
0,08
0,06
0,04
0,02
0
wire
3,7
3,1
2,6
1,8
1,3
Basicity acc. Boniszewski
Influence of the flux basicity to the C- burn- out
T23集箱与T23管座角焊缝搭接处易发生微裂纹
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•新型耐热钢焊接及新技术
•8
P91弯头因热处理不当发生开裂
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•9
P91集箱上的T23管座运行后发生焊接热影响区脆断
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•新型耐热钢焊接及新技术
•10
异种钢焊接接头早期失效实例
Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ型蠕变裂纹， Ⅵ型疲劳裂纹
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•新型耐热钢焊接及新技术
•2
发生早期失效蠕变裂纹的实例
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•新型耐热钢焊接及新技术
•3
美国P91集葙环缝运行早期失效调查结果：
一 共调查14条集葙环焊缝： • 未发生早期失效的环焊缝有9条，占65％。 • 发生集葙环焊缝Ⅳ型开裂早期失效的有5条，占35％。
新型耐热钢的常见焊接质量问题
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•新型耐热钢焊接及新技术
•1
焊接缺陷
• 冷裂纹-焊缝微裂纹，低匹配裂纹，低硫钢裂纹 • 热裂纹-火口裂纹，焊道中心裂纹(面状缺陷) • 再热裂纹-T/P22，T/P23，T/P24，G102 • 热应力裂纹-根部裂纹，焊缝中心裂纹，返修焊裂纹（补焊裂纹） • 气孔-氩弧打底焊气孔，焊缝气孔 • 焊缝冲击韧度比较低，而且不稳定 • ASME，EN冲击标准不统一， • 焊缝易脆化-焊材成分、应变脆化，回火脆化，相变脆化、 • 焊接工艺（预热、层温、线能量、热处理、操作技术 ） 3 异种钢焊接易发生裂纹及早期失效 • 焊材匹配、碳迁移、蠕变强度、蠕变裂纹 4 焊接接头蠕变断裂强度大大低于母材 • 比母材低20-40%，40-60% 5 高温长期运行寿命降低，易发生早期失效 • 蠕变强度，附加应力，碳迁移，热处理，AC1温度，氧化疲劳，Ⅰ、
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•新型耐热钢焊接及新技术
•20
发生在焊接热影响区的Ⅳ型蠕变裂纹
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•新型耐热钢焊接及新技术
•21
•2006-6-7
发生在融合区 的Ⅴ型蠕变裂 纹
•新型耐热钢焊接及新技术
•22
先在晶界或夹杂物产生孔穴，然后连接成裂纹
•2006-6-7
•新型耐热钢焊接及新技术
•23
•31
P92焊接接头蠕变断裂强度大大低于母材 P92钢中增加W,Co,B含量之后，焊接接头的蠕变断裂强度显著提高
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•32
P92钢中添加硼元素可以显著提高细晶粒软化区的蠕变断裂强度
•2006-6-7
•新型耐热钢焊接及新技术
•33
VALLOUREC & MANNESMANN TUBES
•2006-6-7
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•11
异种钢焊接接头早期失效实例
•2006-6-7
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•12
异种钢焊接接头运行早期失效实例
• 运行2000小时后外表面开裂 • 1＃接管裂纹长38mm， • 4#接管裂纹分别长76mm及114mm
P91＋P22异种钢低匹配焊接接头的早期失效裂纹
•2006-6-7
•新型耐热钢焊接及新技术
•35
马氏体耐热钢焊接冷裂纹敏感性
•马氏体耐热钢焊接的突出特点是焊缝和热影响区会发 生马 氏体相变
•马氏体相变会改变氢的分布 •马氏体相变会发生体积膨胀，降低焊接应力 •马氏体相变会发生组织细化，有利于提高焊缝及焊接热影 响区的冲击韧度
•焊接过程的自回火作用有利于恢复马氏体组织韧性 所以，马氏体钢焊接冷裂纹顷向比较低，可以显著降低焊接 预热温度
•2006-6-7
•新型耐热钢焊接及新技术
•13
异种钢焊接接头运行早期失效实例
• 内壁发现焊接 热 影响区裂纹
P91+P22异种钢低匹配焊接接头的 焊缝根部裂纹
•2006-6-7
•新型耐热钢焊接及新技术
•14
异种钢环焊缝运行早期失效实例
集葙上异种耐热钢大管座焊口运行裂纹的返修
•2006-6-7
•新型耐热钢焊接及新技术
焊接接头蠕变裂纹的分类
•2006-6-7
•新型耐热钢焊接及新技术
•17
Ⅰ
Ⅳ
Ⅲ
美国焊接钢管纵焊缝上发生的蠕变裂纹
•2006-6-7
•新型耐热钢焊接及新技术
பைடு நூலகம்
•18
焊缝中细晶粒软化区(图中黑线区) -Ⅰ型蠕变裂纹
•2006-6-7
•新型耐热钢焊接及新技术
•19
发生在焊缝中的Ⅰ型蠕变裂纹和熔合区中Ⅲ型蠕变裂纹
•2006-6-7
•新型耐热钢焊接及新技术
•27
焊缝硬度大大高于母材，AC1-AC3加热区的硬度最低
•2006-6-7
•新型耐热钢焊接及新技术
•28
VALLOUREC & MANNESMANN TUBES
Hardness [HV 10]
fusion line fusion line fracture face
R407 F11/F12
图3 低匹配焊缝产生高氢带
[H] 高氢带
P22
R407
HAZ
F11
图4 低匹配焊缝对焊接接头氢分布的影响
R817
M
F11/F12
[H]
P22
R817
HAZ
F11
图 5 高匹配焊缝不产生高氢带
图 6 高匹配焊缝对焊接接头氢分布的影响
相变氢致裂纹原理
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•新型耐热钢焊接及新技术
200
·
·
0
preheating welding and soaking
·
· 20 – 100℃ ·
necessary cooling down after welding or soaking
Time
< 400℃ cooling in still air
Heat control during welding and PWHT- condition for P 911 and P 92
•15
焊接接头早期失效的特征、原因及影响
•焊缝和焊接接头中出现细晶粒软化区（低硬度区） •发生Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ型蠕变（疲劳）裂纹 •高温、低应力条件下蠕变断裂强度和塑性显著降低 •焊接接头蠕变断裂强度比母材降低20-40，40-60％ •电厂高温运行条件下易发生焊口开裂，即早期失效
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•新型耐热钢焊接及新技术
•5
运行时间6万小时 有100多个管座角焊缝在P91集箱焊接热影响区发生断裂
•2006-6-7
•新型耐热钢焊接及新技术
•6
运行-3.65万小时 冷启动-72次 热启动-469次
P91集箱与P91端盖环焊缝焊接热影响区发生Ⅳ型开裂
•2006-6-7
•新型耐热钢焊接及新技术
•7
二 发生环焊缝Ⅳ型开裂早期失效集葙的分类： • 过热器集葙有2条环焊缝失效。 • 再热器集葙有3条环焊缝失效。
三 发生集葙早期失效的制造公司： • B&W公司有3条环焊缝失效。 • FW公司有2条环焊缝失效。
•2006-6-7
•新型耐热钢焊接及新技术
•4
高温再热管焊接区蠕变损伤案例
•2006-6-7
•2006-6-7
welded joint (P911 / Therm•新a型n耐it热M钢焊T接S及9新1技1术)
•29
850-950℃温度区间加热后蠕变断裂强度（断裂时间）显著降低
•2006-6-7
•新型耐热钢焊接及新技术
•30
蠕变集中-蠕变脆化-蠕变寿命显著降低
•2006-6-7
•新型耐热钢焊接及新技术
Base HAZ metal
Weld metal
HAZ
Fracture location of crossweld sample; P911 / SMAW Thermanit MTS 911; 650°C, 70 MPa, 4295 hrs
•2006-6-7
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•34
焊接材料和焊接工艺优化