P92焊接工艺评定介绍

A335P92 钢焊接工艺优化试验研究课题进展情况介绍

国电电力建设研究所

二○○五年十一月二十七日

1．本课题目标的提出

2．焊接材料的选择

3．焊接工艺试验实施

4．焊接接头性能试验数据

5．推荐的焊接工艺

6．结束语

内容摘要：

本文对在各电建公司进行的P92 钢焊接工艺评定进行了详细的描述，包括焊接过程参数和焊接热处理过程都进行了详细的记录，涉及到对焊接线能量即焊接电流、电压、焊接速度的控制以及如何实现，对预热温度和层间温度的控制以及加热器的包扎，通过多种试验优化方案得到的较为理想的工艺。试验的过程中，依据标准DL/T868-2004 对焊接接头分别进行取样分析，包括拉伸、冲击、弯曲、硬度和金相等，用以对焊接工艺评定成功与否进行了验证。

1．本课题目标的提出

随着P92 钢材在电力建设超超临界机组中的投入而且有被广泛使用的趋势，电力建设工程界迫切需要一套相对比较合理成熟的P92 钢焊接工艺。国电电力建设研究所会同山东电力建设第二工程公司、河北电力建设第一工程公司、河北电力建设第二工程公司、河南第一火电建设公司、江苏电力建设第一工程公司、湖南火电建设公司等六家电力建设公司共同组建了P92 钢焊接工艺优化试验研究课题组。课题的主要目的是通过有限的试验寻找满足DL/T868 《焊接工艺评定规程》的比较合理的焊接工艺。为此，要解决如下问题：

（1）确定合适的焊接材料；

（2）确定合理力学性能尤其是室温冲击韧性指标；

（3）解决焊缝和热影响区软化问题；

（4）提出合适的现场焊接工艺参数。

课题组于2004年11月22日至24日在南京召开了会议。会议根据进口焊接材料的熔敷金属试验结果，确定了采用进口焊接材料的原则。依据焊接工艺评定标准，确定了室温下P92 钢焊接接头基本性能要求（见表1），同时制定了

P92 钢焊接工艺优化试验研究任务书。

表1 P92 焊接接头基本性能表

试验的试样要求和合格标准：

1）全截面金相观察

试样：试样包括焊缝、热影响区、母材，从宏观和微观方面分别检查各区的组织，硬度分布，检验方法执行标准GB/T 884-2004，合格标准执行DL/T868 结合ASME QW-183。

2）轴向焊接接头室温拉伸试样：全厚度拉伸试样，每组两件，焊接试样取样尺寸执行标准GB2651-89《焊接接头拉伸试验方法》。合格标准执行DL/T868 结合ASME QW-153.1。

3）焊缝及热影响区金属室温冲击取样：焊缝金属分底层和近表层加工，热影响区从近表层加工，每组三根。缺口开在垂直于管子外壁，试验方法执行标准

GB2650《焊接接头冲击试验方法》。按照ASME 规范规定，T/P92 钢的焊接接头要求达到Ak v（一般用钢或者是横向）≥30f·t lbf（J=1.355818ft·lbf ，41J）（核电用钢或者是纵向）≥50f-tlb（68J）。因此，在工艺评定任务书力学性能要求中规定了焊接接头的冲击功达到41J。

对于P92 这类细晶强韧化耐热钢材，实施过程中焊接接头的脆化倾向比较明显，因此课题组特别关注冲击韧性指标。

4）焊接工艺评定侧弯

试样：共4件，执行标准GB/T 2653，侧弯试样合格标准为每片试样的拉伸面上在焊缝和热影响区内任何方向上都不得有长度超过3mm 的开裂缺陷。弯曲试

样检测焊接接头的塑性，揭示焊接接头内部缺陷，检测焊缝致密性，考核不同区域协调变形的能力。

各种试样取样位置如图1 所示。

图1 焊接接头取样示意图

2．焊接材料的选择在南京会议之前已经完成了三种焊接材料的熔敷金属试验。会议之后，根据课题组建议，电建所1月份又安排了对Thyssen MTS616熔敷金属的试验。所有的焊接材料试样参考标准GB5118并接合ASME SFA5.5 统一试板、统一焊接、热处理规范、统一加工方法的原则制作，规范参数如表2 所示

表2 试板焊接规范参数

试验项目包括金相组织见图2、化学成分分析、力学性能、扩散氢含量测试、相变点分析和施焊工艺性能等，9 月份又补充了Chromet 92 的熔敷

金属化学成分分析。电建所只做金相试验，其他试验外委。试验结果如下：

图2 熔敷金属金相组织（400×）

表3 熔敷金属化学成分（wt ％）

注：CHROMET92 熔敷金属试验批号不同，分别为WO21333 、WO21804

表4 熔敷金属室温力学性能试验

表5 熔敷金属600℃短时高温力学性能

表6 熔敷金属扩散氢含量

表7 熔敷金属相变点温度

在对各熔敷金属的试验数据进行分析和听取了课题组成员单位的意见

后，选定Chromet 92 作为这次工艺评定焊接材料。

补充试验：在进行MTS616 熔敷金属力学性能试验时，附加了两个后热处理工艺试验，焊接工艺与不后热处理的试板工艺相同。

试板编号：

N04＃：焊后冷却至80-90℃，保温1 小时，进行热处理。

No4-1#：焊态直接完成后热处理，后热温度300℃，恒温2 小时，然后冷却至室温，搁置24 小时，进行热处理。

No4-2#：焊后冷却至80-90℃，保温1 小时，再升温至300℃进行后热处理，恒温2小时，然后冷却至室温，搁置24 小时，进行热处理。

对No4-1# ，No4-2# 取样进行20℃的室温冲击和拉伸、金相试验，试验结果如表8 所示。三种工艺取得的试样的熔敷金属显微组织均为回火索氏体，差别不大。

表8 熔敷金属（MTS616）不同焊接热处理力学性能试验

3．焊接工艺试验实施

3.1 P92 母材和焊接材料

试验采用的P92钢管的规格：ф355×42mm ，钢管以正火和回火状态供货，其规范为：正火1040℃ /4h、空冷，回火760℃/11h、空冷。

P92 钢属于低碳（0.07~0.13%）高合金（合金总含量>10％）铁素体系耐热钢，沿厚度方向切取金相磨片，并用盐酸苦味酸酒精溶液腐蚀，所得到的显微组织如图3 所示，其原始组织为回火马氏体，析出的碳化物M23C6 （M 为Fe、Cr 或Mo）和MX（M 为V 或Nb，X 为C或N）型V/Nb 氮化物均匀的分布在板条马氏体晶界和晶内，晶粒大小不均匀。

图3 P92供货状态P92 钢的组织（200X）

焊接材料的化学成分直接影响焊接接头的性能，试验确定焊接材料采用英国曼彻特焊接材料公司提供的规格ф2.4mm的GTAW 焊丝：9CrWV ；规格

ф2.5mm、ф3.2mm的SMAW 焊条：CHROMET92 ，标准编号：E9015-G。

P92钢管和熔敷金属化学成分详见表9，力学性能见表10。坡口设计：双V 型，尺寸见图4，具体的尺寸根据机加工条件来确定。焊接位置：6G