T91焊接工艺之令狐采学创编
浅谈T91钢的焊接工艺
浅谈T91钢的焊接工艺作者：都宏海来源：《中国科技博览》2018年第30期[摘要]T91钢可焊性差，空淬倾向大，快速冷却容易产生冷裂纹，冷却速度过慢会使综合机械性能下降。
因此，该钢的焊接工艺和过程控制非常重要。
其焊接工艺为预热温度小于450℃，在冬季，预热温度200-250℃的效果良好；层间温度为250-350℃；热处理为经1050℃正火与740-760℃回火，1h的回火恒温时间；升、降温度速度小于150℃/h。
为保证焊缝的质量，施工中进行了严格的过程控制。
这包括焊前做准备工作；制作可靠的焊接和充氩方案；制定并遵守适当的作业程序、方法和内容等。
施工中由于焊接工艺得当，过程严格控制，使T91钢小径管焊缝获得良好的焊接组织及优良的机械性能。
[关键词]T91钢；焊接工艺；过程控制中图分类号：G118 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）30-0074-01正文：一、T91钢的成分及焊接要点1.1 钢的化学成分及性能T91钢是单相铁素体的马氏体钢，它具有良好的蠕变性能，热强性、抗氧化性较好，能用于工作温度为500-630℃的设备。
但是它可焊性差，空淬倾向大，焊后空冷到370℃时，焊缝金属的奥氏体开始转变为马氏体，快速冷却很容易产生冷裂纹。
如果冷却速度过慢，在370℃之前，部分奥氏体已转变成非马氏体组织，致使综合机械性能下降。
1.2 焊接时存在的问题T91钢焊接时，主要有以下问题：焊缝冲击值，特别是手工焊焊缝冲击值偏低；焊缝热影响区细晶区软化；如不采取特殊保护措施，焊接时焊口根部和焊接区域易氧化；热传导性低于低合金钢；预热不足和未进行焊后热处理时，焊缝易产生裂纹；未经热处理冷却后，材质极为坚硬；易产生氢致裂纹，在焊后热处理前，裂纹易扩展，部件容易断裂；焊接熔池粘度很大，流动性差，焊接时必须防止粘合、夹丝、未熔合等缺陷的产生；地线与管子接触不良容易打伤管壁，地线应采用螺丝紧固装置和钳式夹持装置。
T91钢_1Cr18Ni9Ti钢的小径管异种钢焊接工艺
（&’） （. ） ! ,利用舍夫勒图确定异种钢焊缝组成
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"6$6! & 的扩散迁移及其对高温 性 能 影 响 。 因 为 焊 接 接 头 是 处
温 热 强 性 和 抗 氧 化 性 ， 在 754 D 以 下 它 的 各 种 性 能 和 (E/45F 奥氏体不锈钢比较相似，而价格是 (E/45F 的 8 G 3 。目前，已广 泛应用于大容量、高参数、超临界电站锅炉受热面管道中，
3./ 8>?8H0%<(%钢的化学成分、组织和性能
（>?） （0% ） 8>?8H0%<(%钢是铬镍奥氏体型不锈钢，" T8HN，" （> ） 降 至 "4.4/N 达 到 碳 的 稳 定 THN 。 通 过 加 入 (% 或 0%， 或 把 " 化 ， 以 防 止 出 现 晶 间 腐 蚀 。 加 入 @+ 可 提 高 奥 氏 体 铬 镍 不 锈 钢 的抗点状腐蚀与裂纹腐蚀能力。增加 0%含量在于增加奥氏体组 织的比例，并提高抗应力腐蚀的能力。因为铬、镍合金元素 形成 0%V 和 >?3V/，阻止了外介质的腐蚀，高温时表现 出 良 好 的 热稳定性和较高的强度，特别是抗蠕变性能尤其突出。
硬度 FP
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T91(P91)钢焊接工艺导则
T9l／P9l钢焊接工艺导则关于颁发《T9l／P91钢焊接工艺导则》的通知电源质[2002]100号各省(市、区)电力公司：近几年来引进机组主蒸汽管道及再热热段管道普遍采用了P91钢，国内300MW及以上机组也普遍开始采用了这种钢材。
为了指导施工，保证火力发电设备安装、检修的焊接工程质量，我部以国家电力公司原火电建设部颁发的T91／P91钢焊接工艺暂行规定为版本，结合近年来的实践经验进行了修订，定名为《T91／P91钢焊接工艺导则》。
现予以颁发，请各单位遵照执行。
附件：T91／P91钢焊接工艺导则国家电力公司电源建设部二OO二年十月三十日1、制订依据本导则是根据电力工业焊接有关规程、规范、技术条件和相关资料，以国家电力公司火电建设部制订的“T91／P91钢管焊接工艺暂行规定”为版本，结合近年来积累的实践经验进行修订。
2、适用范围2．1 本导则适用于火力发电设备，以T91／P91钢管及与其它钢种相连接的各类焊接接头的制作、安装、检修工程的焊接工作。
2．2 适用于手工钨极氩弧焊和焊条电弧焊的焊接方法。
3．总则3．1 T91／P91钢的焊接工艺评定，应遵守SD340—89《火力发电厂焊接工艺评定规程》的规定，并以工艺评定为基础确定焊接工艺，编制作业批导书。
3．2 焊接T91／P91钢焊工技术能力的验证，应按DL／T679—1999《焊工技术考核规程》的规定考核，取得合格证书后，方可参加焊接工作。
3．3 焊接接头质量检验应遵照DL／T820—2002和DL／T821—2002两本检验规程的规定进行，其质量标准应符合DL5007—92规定。
3．4 对国外引进设备的T91／P91钢焊接工作，应按合同规定进行，如无规定时，其焊接工艺评定、焊工技术考核、焊接工程的技术规定和焊接质量检验等均应执行电力工业焊接相关规程和本导则规定。
3．5 焊接T91／P91钢的场所其环境温度和条件以及防护设施应符合DL5007—92的规定。
(完整版)T91焊接工艺
T91焊接工艺1 T91/P91钢的焊接性能分析1.1 T91/P91钢的组织为马氏体，供货状态一般为正火+回火，属于高合金钢，焊接性较差，易出现冷裂纹、焊接接头脆化、HAZ区软化等问题，必须严格按照工艺规程，方可获得满意的焊接接头。
1.2 应该严格控制焊接和热处理温度，采用较小的参数焊接是应该注意的重点。
1.3 热处理理想保温时间适当延长，有利于焊接接头常温冲击韧度的提高。
2 钢材和焊材该种钢材及其焊材部分国家牌号对照，见表1、表2。
3.1焊接设备选用带衰减的逆变式直流弧焊机3.2焊丝去除表面的油、垢及锈等污物，露出金属光泽焊条进过350℃烘熔1.5-2h,置于80-100℃保温筒内，随用随取。
3.3坡口制备关键注意两点氢弧焊填充时预热温度取160-180℃，温度过高不利于焊工操作，易产生缺陷，还会加重根部氧化。
电弧填充时，道间温度控制在280-320℃之间，因为第一，从工艺上讲，为防止产生热裂纹和减少区的粗晶脆化，需选择小参数，以减少高温停留时间，但采用小参数，焊缝冷却速度快，容易产生淬硬组织而导致冷裂纹、这是个矛盾。
T91/P91钢的MS点转变温度大约在380℃左右，预热温度选在280-320℃，即MS点温度附近，既能保证高温停留时间短，又能使马氏体转变时冷速缓慢，并形成自回火马氏体，解决了既要采用小参数，又不能让焊接冷速太快的矛盾。
第二，从手工操作上讲，该种钢的焊条在300℃左右的预热温度下，有最佳操作性能，熔滴过渡及铁水流动性和飞溅都明显改变。
4. TIG打底焊4.1 为防止T91/P91钢焊缝根部氧化，焊前在管内冲氩保护。
冲氩保护范围以坡口轴向中心为基础，各侧各250-300mm处贴上两层可溶纸（可用报纸代替）。
用浆糊粘住，做成密封气室。
利用细钢管把头敲扁插入焊缝内（有探伤孔控的管道可从探伤孔充氩），大管流量为20-30L/min，小管流量一般为10-15L/min，冲氩时，当感觉氩气从焊缝间隙轻微返出时（也可用打火机是否熄灭来判断）。
T91钢的焊接工艺
济截面钢材，广泛用于制造结构件和机械零件，如石油 钻杆、汽车传动轴、自行车架以及建筑施工中用的钢脚 手架等。用钢管制造环形零件，可提高材
料利用率，简化制造工序，节约材料和加工工时，如滚 动轴承套圈、千斤顶套等，目前已广泛用钢管来制造。 钢管还是各种常规武器不可缺少的材料，
枪管、炮筒等都要钢管来制造。钢管按横截面积形状的 不同可分为圆管和异型管。由于在周长相等的条件下， 圆面积最大，用圆形管可以输送更多的流
度冷却 5 T91钢在广东省内火电厂应用实例 广东省电 力局第一焊接培训中心曾作过Φ42 mm×5mm的T91小 径管对接的焊接
工艺评定。采取的预热温度为200℃，焊后冷却到150℃， 保温1h后进行回火，回火温度为750～780℃，保温1h， 升降温速度均小于5
℃/min。焊后对试样进行外观检查、断口检查、无损检 测、拉伸和弯曲试验，结果均合格，这也说明上述焊接 工艺是行之有效的。 上述焊接工艺
德国规定预热温度为180～250℃，美国CE公司规定预热 温度为120～205℃。 4.2 层间温度的选择 层间温度不 得低于预热温度下
限，但如同预热温度的选取一样，层间温度也不能过高。 T91焊接时层间温度一般控制在200பைடு நூலகம்300℃。法国规定： 层间温度不超过300℃。
美国规定：层间温度可位于170～230℃之间。 4.3 焊后 热处理起始温度的选择 T91要求焊后冷却到低于Ms点以 下并保持一定时间再
730～780℃。 T91焊后回火恒温时间不少于1 h，才能保 证其组织完全转变为回火马氏体。 为了降低T91钢焊接 接头的残余应力，必
须控制其冷却速度小于5 ℃/min。T91钢的焊接工艺可用 图3表示。 ①预热200～250 ℃；②焊接，层间温度 200～300 ℃；
T91、P91焊接工艺卡
T91、P91焊接工艺卡
预
热
焊前必须预热至250—300℃。
焊接
氩
弧
焊
焊接电源直流正接
焊丝CM-9ST（日）、C9MV-1G（德）、TIG-R71
手工
电弧
焊
焊条焊接电源烘干CM-9Cb（日）、
E1-9Mo-15(R707)
直流反接350℃左右烘干1小时焊条直径(mm) 2.0 2.5 3.2 4.0 5.0
焊接电流（A）75~100 100~130 135~180
焊后热处理温度730——780℃
壁厚≤12.5 12.5—25 25—37.5 37.5—50 50—75 75—100 恒温
时间
0.5h 1h 1.5h 2h 3h 4h
T91、P91在焊后热处理前，必须将焊接接头自然冷却至100-150℃以下，(在壁厚较大、有角焊缝存在及几何尺寸不好的情况下，冷却温度不要低于100℃)，再进行热处理。
备注1、焊前必须严格清理焊件及其坡口表面的铁锈、油污、水等。
2、采用氩弧焊打底时，预热温度可按下限温度降低50℃。
3、施焊过程中，层间温度应不低于预热温度下限。
4、根部对口间隙一般为1.5--2.5mm之间。
5、热处理过程的升、降温速度规定如下：≤250×（25/δ）℃/h，且≤300℃/h降温过程中，温度在300℃以下可不控制
6、管子焊接过程中要进行充氩气保护。
T91／P91钢焊接工艺
T91／P91钢焊接工艺T91／P91钢焊接工艺导则关于颁发《T9l／P91钢焊接工艺导则》的通知电源质[2002]100号各省(市、区)电力公司：近几年来引进机组主蒸汽管道及再热热段管道普遍采用了P91钢，国内300MW及以上机组也普遍开始采用了这种钢材。
为了指导施工，保证火力发电设备安装、检修的焊接工程质量，我部以国家电力公司原火电建设部颁发的T91／P91钢焊接工艺暂行规定为版本，结合近年来的实践经验进行了修订，定名为《T91／P91钢焊接工艺导则》。
现予以颁发，请各单位遵照执行。
附件：T91／P91钢焊接工艺导则国家电力公司电源建设部二○○二年十月三十日1.制订依据本导则是根据电力工业焊接有关规程、规范、技术条件和相关资料，以国家电力公司火电建设部制订的“T91／P91钢管焊接工艺暂行规定”为版本，结合近年来积累的实践经验进行修订。
2.适用范围2.1 本导则适用于火力发电设备，以T91／P91钢管及与其它钢种相连接的各类焊接接头的制作、安装、检修工程的焊接工作。
2.2 适用于手工钨极氩弧焊和焊条电弧焊的焊接方法。
3.总则3.1 T91／P91钢的焊接工艺评定，应遵守SD340—89《火力发电厂焊接工艺评定规程》的规定，并以工艺评定为基础确定焊接工艺，编制作业指导书。
3.2 焊接T91／P91钢焊工技术能力的验证，应按DL／T679—1999《焊工技术考核规程》的规定考核，取得合格证书后，方可参加焊接工作。
3.3 焊接接头质量检验应遵照DL／T820-2002和DL／T821—2002两本检验规程的规定进行，其质量标准应符合DL5007—92规定。
3.4 对国外引进设备的T91／P91钢焊接工作，应按合同规定进行，如无规定时，其焊接工艺评定、焊工技术考核、焊接工程的技术规定和焊接质量检验等均应执行电力工业焊接相关规程和本导则规定。
3.5 焊接T91／P91钢的场所其环境温度和条件以及防护设施应符合DL5007—92的规定。
T91钢焊接工艺研究及应用
ＭＰ ａ
屈 服强 度 尺
Ｍ Ｐａ
伸 长 率 Ａ
≥２ Ｏ
硬 度
ＨＢＷ
越高， 软 化程 度越 严 重 ， 焊 后 若 在 较 高温 度 下 回火 ， 则 软 化程度 也 会更加 严 重 ， 导致 接 头 持久 强度 降 低 而 发 生 过早 断裂 。
３ ． １ 焊 接 方 法
属 的奥 氏体 开 始转 变 为 马 氏体 ， 快 速 冷 却很 容 易 产 生 冷裂 纹 ， 如 果焊 缝 中存 在 的扩散 氢达 到一 定浓 度值 ， 焊 缝处 应 力集 中或 存 在外 应力 ， 极 易产 生氢 致裂 纹 ， 并 且 在焊 后 热处 理前 裂 纹易 扩展 ， 部 件容 易断 裂 。 ２ ． ２ 热影 响 区有软 化 带 焊接 时 ， 在 焊接 热循 环作 业 下 ， 焊 缝 两侧处 于 热影 响 区的母 材 组织 和性 能发 生 明显 变 化 ， 熔 池 温 度 上 升 至 Ａｃ ｌ 温 度 附近 时热 影 响 区 出现 软 化 带 ， 使 接 头 的高 温 强度 、 塑 性 及韧 性 下 降 。而且 焊 前 原 始 组 织 的 硬 度
２ ． １ 冷 裂纹 （ 氢致 裂 纹） 该 钢空 淬倾 向大 ， 焊后 空 冷 到 ３ ７ ０ ℃左 右焊 缝 金
由于 Ｃ ｒ的质量 分 数 高达 ９ ， 有 明显 的 ４ ７ ５ Ｃ脆 性 。因此应控制 预热温度 和层 间温度 ， 避免 焊接接 头在 ４ ７ ５℃附近冷 却缓 慢 。 ３ Ｔ ９ １钢 焊 接 工 艺 及 热 处 理 工 艺
表 １ Ｓ Ａ２ １ ３ 一 Ｔ９ １钢 的 化 学 成 分 （ 质 量 分数 ）
Ｃ Ｍｎ Ｉ ｌ Ｐ １ Ｓ １ Ｓ ｉ ｌ Ｎ ｉ ｌ Ｃ ｒ Ｉ Ｍｏ ｌ Ｖ ｌ Ｎ ｂ ｌ Ｎ ｌ Ａ １ Ｉ 其他元 素｛ ０ ． ０ ７ ～０ ． １ ４ Ｊ ０ ． ３ ０ ～０ ． ６ ０ Ｅｏ ． ０ ２ ０ ］ ￣０ ． ０ １ ｏ ｔ ０ ， ２ ０ ～０ ． ５ ０ ｌ ≤ｏ ． ４ ０ Ｉ ８ ． ０ ～９ ． ５ １ ０ ． ８ ５ ～１ ． ０ ５ ｌ ０ ． １ ８ ～０ ． ２ ５ Ｊ ０ ． ０ ６ ～０ ， ｌ ０ １ ０ ． ０ ３ ０ ～０ ． ０ ７ ０ ｊ ≤ｏ ． ０ ２ Ｊ ≤ｏ ． ５ ０ ０ Ｊ
T91／P91钢的焊接性及其焊接工艺
T91/P91钢的焊接性及其焊接工艺介绍了T9l/P91钢的研发过程，分析了该钢焊接性主要问题，探讨了该钢焊接工艺要点及其应用。
结果表明，T9l/P91新型钢种以其一系列优良的使用性能，在高参数火力发电机组高温管道上获得了广泛的应用。
该钢焊接性的主要问题是冷裂纹敏感性较强，以及一定的热裂纹倾向，同时也不可忽视接头性能的弱化(焊缝区韧性恶化和热影响区的软化)；合理的焊接工艺是控制和改善该钢焊接性的重要技术手段。
焊接方法和焊接材料确定以后，获得优质接头的关键工艺措施是：焊前预热、控制层温，以及“及时有效”的焊后热处理等工艺。
不同的接头组合类型(同种钢或异种钢)，不同规格尺寸的T91/P91钢管焊接，其匹配的焊接工艺各具特色；采用专用药芯焊丝填充TIG打底新工艺，将该钢种的焊接工艺推向一个新的发展阶段。
一、概述T91/P91钢以其良好的高温持久强度、热稳定性和高温抗蠕变能力等综合性能，在电站锅炉的过热器、再热器及主蒸汽管道上获得越来越广的应用。
虽然说T91/P91钢在我国使用和研究已有十多年的历史，一些单位在掌握该钢焊接工艺方面积累了一些经验，并且由国家电力公司电源建设部下发了《T91/P9l 钢焊接工艺导则》指导性文件，但在施工现场施焊时，该钢的焊接质量问题仍时有发生。
这表明，一方面是对该钢焊接性的理解不够深人；另一方面对配套焊接工艺关键技术的控制尚不到位。
换言之，对引进钢种及其焊接工艺的消化、吸收以及国产化工作仍须继续进行。
关于T91/P91钢焊接的研究文献逐年增多，电厂机组成功应用的范例无一不与其采用的焊接工艺密切相关。
由于接头的组合类型、管子的规格尺寸(直径和壁厚)不同，焊接所匹配的工艺各异，因而继续开展T9l/P91钢焊接性及其配套工艺的研究，对探寻工艺控制接头性能机理，以及创新工艺核心技术很有必要。
为此，本文特意将典型焊接工艺与该钢焊接性问题相联系，综合评述该钢焊接工艺的特点及其应用。
该项工作对推动T91/P91钢焊接工艺的进一步完善，提高锅炉使用寿命，具有积极的意义和参考价值。
电站锅炉安装与检修中T91钢的焊接工艺
１ Ｔ ９ １ 钢 的研 究现 状及性能 自５ ０ 年代 末 ，比利时 Ｌ ｉ ｅ ｇ ｅ 的研 究 中心第 一次 公布 了超级９ Ｃ ｒ 钢， 即 ９ Ｃ ｒ ２ Ｍｏ 钢 以来 ， 世界各国均致力于开发和研制超级９ ｃ ｒ 钢 。法国的Ｖａ Ｕ ｏ ｕ ｒ ｅ 公司 推 出 了Ｅ Ｍ１ ２ 过热器 管， ６ Ｏ 年 代 末 期 德 国 一 钢 厂 推 出 了Ｘ２ ０ Ｃ ｒ Ｍｏ Ｖ１ ２ １
器 、再 热器用 钢 ，主要 是采用 Ｓ Ａ２ １ ３ 一 Ｔ Ｐ ３ ０ ４ Ｈ、 Ｓ Ａ２ １ ３ 一 Ｔ Ｐ ３ ２ １ Ｈ、 Ｓ Ａ２ １ ３ 一
Ｔ Ｐ ３ ４ ７ Ｈ奥氏体不锈钢。 虽然这种钢 的高温抗氧化性能好 、 热稳定性强， 但是 价格 昂贵， 与其它铁素体钢焊接 时， 存在异种金属焊接难题和异种金属接头 早期失效的危 险， 因此在商用上受到 了很大限制 。
改进型９ Ｃ ｒ ｌ Ｍｏ 钢列入Ｓ Ａ２ １ ３ 、 Ｓ Ａ３ ３ ５ 标准中 ， 钢 号分 别 为 Ｔ ９ １ 、 Ｐ ９ １ 。 我 国 于８ Ｏ
２ ． ３ ． ２ 典型Ｔ ９ １ 钢对接接头的焊接工艺
年代后 期， 自日本ＮＫ Ｋ公司得 到Ｔ９ １ 钢， 用 于制 造３ ０ ０ ＭＷ 、 ６ ０ ０ ＭＷ 锅炉过 热 器 和 再 热 器 。“ 八 五 ”期 间 进 行 了Ｔ９ １ 钢 的 国化 研 制 ， 于 １ ９ ９ ５ 年 列入 Ｇ Ｂ５ ３ １ ０ － － ９ ５ 中， 钢号为１ ０ Ｃｒ ９ Ｍｏ ｌ ＶＮｂ 。 Ｅ Ｍ１ ２ 等６ 种钢材的化学成分见表 １ ， Ｔ ９ １ 钢的机械性能见表２ 。 ２ Ｔ ９ １ 钢 的焊接性 及焊接工艺
T91 焊接工艺
T91/P91焊接新疆机电职业技术学院赵辉一、T91/P91的发展及其特点1．T91/P91的由来和发展1974年，美国能源部委托橡树岭国家实验室（ORNL）与燃烧工程公司（CE）联合研究用于液体金属快中子增值计划的钢材，开始在9Cr钢的基础上进行了改进工作，改进了的9Cr-Mo钢各个方面的性能都优于EM12和F12（X20CrMoV121），其在593℃下10万小时的蠕变断裂强度可达100Mpa。
1983-1984年，美国ASME将T91/P91纳入标准，表示为X10CrMoV91。
1987年，法国瓦鲁瑞克公司针对T91与EM12和F12三种钢材发表了评估报告，认为T91/P91具有明显的优点。
20世纪80年代末，德国也从F12转向T91/P91，并进一步发展焊接材料。
二十世纪八十年代后期, 1987年引进该钢种并在电厂应用。
二十世纪九十年代，我国陕西的蒲城、天津的杨柳青、四川的珞璜等电厂已经使用P91钢的蒸汽主管道。
进入二十一世纪后，宝钢对T91/P91钢材进行研发生产，目前国内T91/P91钢材性能已和进口钢材相当。
2．T91/P91钢材的特点T91 /P91钢被高参数火力发电机组广泛应用，是因为该钢种的使用性能具有以下优点：与不锈钢相比，该钢具有低的热膨胀系数和良好的导热性能；该钢具有较高的室温抗拉强度，σb最高可达770 MPa，而且塑性也较好；该钢的冲击韧度和材料脆性转变温度明显优于同类X20 和EMl2 钢；该钢具有更高的高温持久强度和许用应力，它在550 ℃高温经过105 h 运行后的高温持久强度是T22 钢的2 倍；在540 ℃～610 ℃内的许用应力明显高于T22 TP304H和X20钢；该钢具有良好的整管弯曲加工性能; 该钢的高温疲劳性能优于T22和TP304H 钢，高温抗氧化性能也远高于T22钢。
二、T91/P91的化学成分和力学性能1．T91/P91的化学成分化学成分的变化是导致金属力学性能改变的主导因素。
最新T91管子焊口焊接工艺
T91管子焊口焊接工艺T91管子焊口焊接工艺T91管子焊口焊接工艺要求很严格，管壁厚度小于6mm时采用全氩弧焊接，焊丝用日本神刚公司的TGS-9cb，如果用电焊盖面的话，焊条就用CM-9cb。
焊接前用可溶纸塞住管口两侧，离管口300mm左右，用可燃纸胶带将焊口封住，然后用气针向管内充氩。
预热至200~250℃，焊接完后需热处理，温度为750~775℃，用加热片处理。
由于T91合金元素含量很高，导致该材料可焊性很差:(1） T91含有Cr、Mo、V、Cb等强碳化物元素，焊接时焊缝从高温冷却时易产生淬硬性的马氏体组织，焊缝有很大冷、热裂倾向；(2） T91含有很多的合金元素，其熔融金属的流动性差，焊接时还产生较多的熔渣；(3）由于马氏体钢导热性差，焊接应力不能得到充分释放，焊后焊缝的残余应力很大．因此，T91钢焊接时，如焊接工艺选择不当，焊工操作不当，很容易产生焊接冷、热裂纹、夹渣等缺陷．为了得到优质的焊接接头，有必要从焊接工艺及参数、焊工操作技术等方面进行严格控制．焊接坡口采用V型坡口，尺寸见图1．焊前坡口及周围20 mm范围内清除水、油、锈等污物，并露出金属光泽，以严格控制扩散氢的含量．3.4 充氩保护为防止T91焊接时焊缝根部的氧化，TIG打底及盖面焊时管子内部都采用充氩保护．氩气纯度为99.99%，充氩保护流量控制在7～12 L/min范围内．3.5 预热温度和层间温度的控制T91钢材的淬硬性大大高于常用的铬钼钢，因此，该钢材焊接时，一方面必须严格控制扩散氢的含量，另一方面，需减缓焊接时焊缝的冷却速度，而焊前预热是控制扩散氢含量及减缓焊接时焊缝的冷却速度的最有效的措施，对T91小口径钢管焊接，焊前预热控制在150 ℃以上．为了充分保证下一道焊接前，上一道焊缝已转变为马氏体组织，以利下一道焊接时，能对上一道焊缝进行部分回火，达到改善马氏体组织的焊缝的性能，因此，我们严格限制层间温度在260 ℃以下．我们采用接触式测温计测量预热温度和层间温度，以达到严格控制温度的目的．托克托电厂一期工程 1号机组末级过热器管排 ,采用了SA2 13-T91钢制造。
T91钢的性能及其焊接工艺浅谈
T91钢的性能及其焊接工艺浅谈发布时间：2022-02-16T09:19:12.554Z 来源：《中国科技人才》2021年第28期作者：杨佳成[导读] 本文通过对T91钢的性能及其焊接工艺进行分析，找到解决T91钢焊接困难的方法。
浙江大唐乌沙山发电有限责任公司 315722摘要：世界各国都在努力提高耐热钢的使用温度，T91钢多用于温使用温度范围为600~620℃的换热器，过热器，火力锅炉等内部管束，该钢的铬含量范围为9%~12%，通过金相组织细化及控冷控轧，使得T91钢具有优秀的组织和化学的稳定性，因此其具有良好的耐热性能。
由于T91钢合金元素含量较高，因此焊接淬硬倾向大，焊接性很差，延迟裂纹是其主要的焊接问题。
本文通过对T91钢的性能及其焊接工艺进行分析，找到解决T91钢焊接困难的方法。
关键词：T91；焊接性能；焊接工艺1 前言浙江大乌沙山发电有限责任公司现有 2×125 MW、2×300 MW,6×350 MW 的发电设备，平均年发电量约为 200 亿千瓦时。
T91分别应用在主蒸汽管道、高温段过热器管道、屏式过热器管道、汽轮机主汽管道等超高温超高压系统[。
350 MW 锅炉为超临界火室燃料锅炉，它的过热器、主蒸汽出口设计压力为25.4 MPa，过热器、再热器的蒸汽温度为566 ℃。
由于主蒸汽管道长期在高温高压环境下工作，由于焊接接头高温蠕变，焊接接头的冲击韧性下降，易产生早期失效。
但 T91合金含量高，焊接性差，给现场检修带来困难。
因此研究T91的焊接工艺及性能有助于解决T91焊接带来的困难。
2 T91钢的有关性能 2.1合金化原理T91钢是美国国立像树岭实验室和美国燃烧工程公司冶金材料实验室合作研制的新型马氏体耐热钢[3]。
它是在9Cr1MoV钢的基础上降低含碳量，严格限制硫、磷的含量，添加少量的钒、铌元素进行合金化[4]。
T91钢中各合金元素分别起到固溶强化、弥散强化和提高钢的抗氧化性、抗腐蚀性能，具体分析如下。
T91钢小径管全自动TIG焊接工艺
后 去 应 力 回 火 不 及 时 ， 纹 将 扩 展 ， 成 冲 裂 造
击 韧 性 下 降 。 此 ， 该钢 种施 焊 时 ， 用合 因 对 采 理 的气 体保 护 方 法 及 预热 、 处理 规 范 是非 热 常重要的。 由此 可 见 ， 接 工 艺 及 焊 接 性 能 焊 的研 究在 Ｔ １ 国产 化 的研 究 和 应 用 中是 ９钢 关 键 的课题 之一 。
关键 词
Ｔ１ ９ 材料 新工 艺 劳动 生产率
０ 、引言 改 进 型 ９ ｒＭｏ钢 是 美 国 橡 树 岭 国 Ｃｌ 家 实 验 室 （ ＲＮ Ｏ Ｌ） 和 美 国燃 烧 工 程 公 司
（ Ｅ）于 １ ７ Ｃ ９ ６年 共 同 研 究 开 发 的 综 合 性 能优 良的 动 力工 程 锅 炉用 耐 热 钢 。 随后 的 在
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８
余 热 锅 炉 ２ ｌ ． ０ ２２
Ｔ９ 钢小 径管全 自动Ｔ Ｇ焊接 工艺 １ Ｉ
T91P91钢的焊接工艺
分进行;同时,熔渣也不能均匀地覆盖在熔池和焊接区内,而失去应有的保护作用;另外,在冷却时熔渣凝固较早,使溶解在液态金属中的气体不易排出,而使焊缝表面形成麻点、“压铁水”等缺陷,严重时还会产生表面气孔。
(3)3号和4号焊剂的熔化温度和熔化温度区间处于合适的范围内,能够保证焊接具有良好的工艺性能。
焊接性能试验的结果表明,具有合理熔化特性范围的3号配方焊接工艺性能和力学性能最佳。
说明利用烧结焊剂的熔化特性确定配方是可行的。
4 结 论(1)根据烧结焊剂中各组分的性能特点,利用均匀设计的方法设计烧结焊剂的配方数量少,能够极大缩短试验时间,降低研究成本。
(2)利用烧结焊剂的熔化特性对焊接工艺性能的影响规律,可以缩小配方的选择范围,进一步优化配方。
(3)试验成功研制了适用于X70管线钢埋弧自动焊的烧结焊剂。
参考文献1 方开泰.均匀设计与均匀设计表.北京:科学出版社,1994:1～342 张子荣,时 炜.简明焊接材料选用手册.北京:机械工业出版社,2004:377～3803 Davis M L E,Bailey N.Properties of submerged arc fluxes-a foundamental study.Metal C onstruction,1982(3):202～2094 蒋友寰.埋弧焊焊剂的物理性能分析研究.焊接技术,1995(5):28～29(收稿日期 2005 09 14)作者简介: 许昌玲,1967年出生,工程师。
T91/P91钢的焊接工艺广东火电工程总公司焊接工程公司(广州市 510730) 王则灵摘要 主要介绍了T91/P91材料的特点以及其在焊接过程中容易出现的焊缝性能和H AZ性能的劣化问题,分析了T91/P91材料的焊接性,介绍了T91/P91的焊接工艺、热处理工艺以及在实际焊接施工过程中经常遇到的问题以及预防方法。
通过采取合适的预热温度、焊接工艺方法和焊后热处理工艺,可以解决T91/P91焊接过程中易出现的焊缝性能和H AZ性能的劣化问题,保证焊口的质量并使焊缝、熔合区及其热影响区能够获得较好的性能,满足其在火电厂中的高温运行要求。
T91小口径钢管的焊接工艺及操作技术
T91小口径钢管的焊接工艺及操作技术摘要:针对T91钢管的性能，为满足本公司在超临界锅炉产品制造中的需要，对大批量生产中应用的T91小口径钢管的焊接工艺及操作技术进行了大量的试验，形成了一套严格及详细的焊接工艺及操作技术规范．对焊工提高焊接T91小口径钢管的操作技术亦有很大的参考价值．关键词：T91；小口径钢管；焊接工艺；操作技术改进型的9Cr-1Mo钢即SA213 T91（以下简称T91）钢，现在国外各种300MW～1000MW亚临界及超临界电力机组中正得到越来越多的应用．T91钢是一种改进型马氏体耐热钢，该材料具有良好的高温热强性和抗氧化性能，与其他合金耐热钢（如2.25Cr-1Mo、钢102等）相比，在同样的温度、压力条件下，钢管壁厚可大大降低，材料可大大节省．T91小口径钢管主要应用于各种大型电站锅炉及燃气轮机锅炉的再热器、过热器等承受高温高压（蒸汽温度580～650?℃，蒸汽压力10MPa以上）的电力机组部件，由于T91合金元素含量很高，导致该材料可焊性很差，为满足我国不断增加的对提高电站效率和环境保护的需求，为适应我国电力工业向大电站、大机组发展的趋势，我们对T91小口径钢管的焊接进行了先期的探索和试验，并形成了一套完整的焊接工艺及操作技术规范．1 焊接性分析1.1 T91钢的特点T91 钢属于9Cr-1Mo-V-Cb钢种．是在9Cr-1Mo的基础上添加V、Cb等碳化物元素，并采用真空脱氧，炉外精炼，在1040～1060?℃正火空冷+760～780?℃回火后得到单相马氏体组织．该钢材具有良好的高温热强性和抗氧化性能，其化学成份见表1．1.2 T91钢的焊接特点分析T91钢合金元素含量很高，折算成碳的相当含量高，其金相组织为典型的马氏体组织，可焊性差，具体表现为：(1）T91含有Cr、Mo、V、Cb等强碳化物元素，焊接时焊缝从高温冷却时易产生淬硬性的马氏体组织，焊缝有很大冷、热裂倾向；(2）T91含有很多的合金元素，其熔融金属的流动性差，焊接时还产生较多的熔渣；(3）由于马氏体钢导热性差，焊接应力不能得到充分释放，焊后焊缝的残余应力很大．因此，T 91钢焊接时，如焊接工艺选择不当，焊工操作不当，很容易产生焊接冷、热裂纹、夹渣等缺陷．为了得到优质的焊接接头，有必要从焊接工艺及参数、焊工操作技术等方面进行严格控制．1.3 T91小口径钢焊接的特点T91小口径钢管（即管子外径≤76 mm）焊接时，由于其外径很小，曲率很大，须采用单面焊双面成形技术(焊工在正面焊接时，焊成的焊缝需同时在正、反两面形成良好的形状)．同时，由于一般小口径钢管焊接时，其焊接位置为全位置，即在一个圆周范围内涵盖仰、立、平焊三个位置，对焊工的操作技术要求很高．由于T91熔融金属的流动性差，给T91小口径钢管焊接带来较大的难度．2 试验用母材及焊材2.1 母材根据国外合作商的最新投标电力机组的情报，我们对下述多种管子规格T91钢管进行试验，见表2．3 焊接工艺3.1 焊接方法该批小口径钢管由于管子口径小、壁厚薄，对接采用手工氩弧焊工艺（以下简称：TIG），焊2层，打底层采用单面焊双面成形技术．3.2 焊接坡口焊接坡口采用V型坡口，尺寸见图1．焊前坡口及周围20 mm范围内清除水、油、锈等污物，并露出金属光泽，以严格控制扩散氢的含量．3.3 焊机的选择为了保证焊缝的质量，我们选择了焊枪上带有手控开关的、可控制焊接电流大小的手工钨极氩弧焊焊机，以便焊工焊接时，可根据焊接熔池的情况随时调节焊接电流大小．3.4 充氩保护为防止T91焊接时焊缝根部的氧化，TIG打底及盖面焊时管子内部都采用充氩保护．氩气纯度为99.99%，充氩保护流量控制在7～12 L/min范围内．3.5 预热温度和层间温度的控制T91钢材的淬硬性大大高于常用的铬钼钢，因此，该钢材焊接时，一方面必须严格控制扩散氢的含量，另一方面，需减缓焊接时焊缝的冷却速度，而焊前预热是控制扩散氢含量及减缓焊接时焊缝的冷却速度的最有效的措施，对T91小口径钢管焊接，焊前预热控制在150 ℃以上．为了充分保证下一道焊接前，上一道焊缝已转变为马氏体组织，以利下一道焊接时，能对上一道焊缝进行部分回火，达到改善马氏体组织的焊缝的性能，因此，我们严格限制层间温度在260 ℃我们采用接触式测温计测量预热温度和层间温度，以达到严格控制温度的目的．3.6 焊接工艺顺序及参数(1) 装配点焊，位置在时钟12点，长度约10～15 mm；(2) 焊接时焊机采用直流正接及小的焊接线能量（单位长度上输入的焊接热量），焊接电流为100～115 A，电压为10～12 V，焊接速度为8～12 cm/min；(3) 焊接位置为全位置，从时钟6点仰位位置起弧，并从两侧向上爬坡施焊，焊工操作顺序见图2．(4) 焊接接头作100% X射线探伤；(5) 焊后焊缝按右侧曲线进行热处理，见图3．3.7 操作技术T91小口径钢管焊接时，由于其外径很小，曲率大，焊缝须单面焊双面成形，同时，由于T91熔融金属的流动性差，而焊接位置为全位置，导致成形更难．因此，焊工操作时，需严格控制各种因素，并特别注意运用好单面焊双面成形操作技术．(1) 焊工施焊前，必须严格按上述3.2节的要求控制焊接坡口间隙．过大或过小间隙对焊缝成形都不利．(2) 由于T91含有很多的合金元素，焊接时产生较多的熔渣，每次熄弧后，必须打磨熄弧处，以减少杂质聚集．(3) 由于T91熔融金属的流动性差，且焊接位置为全位置（位置图见图2），因此，焊工需严格按下述要求操作，通过调整焊接参数，运用好单面焊双面成形操作技术，使焊缝得到良好成形：①在时钟6点位置，焊缝处于仰位，熔滴下挂，操作不当时，内侧焊缝极易产生内凹．因此焊工操作时，应采用电流上限，利用电弧的吹力托住熔滴进行焊缝成形，避免焊缝产生内凹；②从时钟6点向时钟9点过渡区位置，处于仰位向立位过渡区，熔滴下挂，操作不当时，内侧焊缝易产生内凹．因此焊工操作时，应采用电流上限，施焊中充分利用维弧电流调节焊接熔池形状，利用电弧的吹力托住熔滴进行焊缝成形，避免焊缝产生内凹；③在时钟12点及附近位置，焊缝处于平位，熔滴下挂，内侧焊缝极易下挂并产生焊瘤；因此焊工操作时，应采用电流下限，施焊中充分利用维弧电流调节焊接熔池形状，利用熔滴重力进行焊缝成形，避免焊缝内侧产生焊瘤．4 试验结果所有焊缝成形良好，焊缝呈亮黄色；所有焊缝经100% X射线探伤，按美国ASME标准全部合格；焊接接头机械性能，如表3；焊缝组织为回火马氏体，未发现微裂纹及过烧．(1）焊接T91小口径钢管，选用ER90S-B9焊丝是匹配的．(2）采用合适的焊接工艺（包括充氩保护、预热温度、层间温度的控制、焊接工艺参数的选择等）是T91小口径钢管获得优质焊接接头的关键．(3) 严格控制焊前预热在150 ℃以上，层间温度在260 ℃以下是避免焊缝从高温冷却时产生淬硬性的马氏体组织和防止焊接裂纹的重要一环．(4）掌握T91小口径钢管操作技术（如控制坡口间隙、焊接电流合理调节等）是焊工焊制优质焊接接头的重要前提．。
T91、P91焊接工艺卡
T91、P91焊接工艺卡
预
热
焊前必须预热至250—300℃。
焊接
氩
弧
焊
焊接电源直流正接
焊丝CM-9ST（日）、C9MV-1G（德）、TIG-R71
手工
电弧
焊
焊条焊接电源烘干CM-9Cb（日）、
E1-9Mo-15(R707)
直流反接350℃左右烘干1小时焊条直径(mm) 2.0 2.5 3.2 4.0 5.0
焊接电流（A）75~100 100~130 135~180
焊后热处理温度730——780℃
壁厚≤12.5 12.5—25 25—37.5 37.5—50 50—75 75—100 恒温
时间
0.5h 1h 1.5h 2h 3h 4h
T91、P91在焊后热处理前，必须将焊接接头自然冷却至100-150℃以下，(在壁厚较大、有角焊缝存在及几何尺寸不好的情况下，冷却温度不要低于100℃)，再进行热处理。
备注1、焊前必须严格清理焊件及其坡口表面的铁锈、油污、水等。
2、采用氩弧焊打底时，预热温度可按下限温度降低50℃。
3、施焊过程中，层间温度应不低于预热温度下限。
4、根部对口间隙一般为1.5--2.5mm之间。
5、热处理过程的升、降温速度规定如下：≤250×（25/δ）℃/h，且≤300℃/h降温过程中，温度在300℃以下可不控制
6、管子焊接过程中要进行充氩气保护。
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T91焊接工艺
令狐采学
1 T91/P91钢的焊接性能分析
1.1 T91/P91钢的组织为马氏体，供货状态一般为正火+回火，属于高合金钢，焊接性较差，易出现冷裂纹、焊接接头脆化、HAZ区软化等问题，必须严格按照工艺规程，方可获得满意的焊接接头。
1.2 应该严格控制焊接和热处理温度，采用较小的参数焊接是应该注意的重点。
1.3 热处理理想保温时间适当延长，有利于焊接接头常温冲击韧度的提高。
2 钢材和焊材
该种钢材及其焊材部分国家牌号对照，见表1、表2。
表1 部分国家的钢材牌号的对照
表2 部分国家焊材牌号的对照
3 焊前准备
3.1 焊接设备选用带衰减的逆变式直流弧焊机
3.2 焊丝去除表面的油、垢及锈等污物，露出金属光泽焊条进过350℃烘熔1.52h,置于80100℃保温筒内，随用随取。
3.3 坡口制备关键注意两点
氢弧焊填充时预热温度取160180℃，温度过高不利于焊工操作，易产生缺陷，还会加重根部氧化。
电弧填充时，道间温度控制在280320℃之间，因为第一，从工艺上讲，为防止产生热裂纹和减少区的粗晶脆化，需选择小参数，以减少高温停留时间，但采用小参数，焊缝冷却速度快，容易产生淬硬组织而导致冷裂纹、这是个矛盾。
T91/P91钢的MS点转变温度大约在380℃左右，预热温度选在280320℃，即MS点温度附近，既能保证高温停留时间短，又能使马氏体转变时冷速缓慢，并形成自回火马氏体，解决了既要采用小参数，又不能让焊接冷速太快的矛盾。
第二，从手工操作上讲，该种钢的焊条在300℃左右的预热温度下，有最佳操作性能，熔滴过渡及铁水流动性和飞溅都明显改变。
4. TIG打底焊
为防止T91/P91钢焊缝根部氧化，焊前在管内冲氩保护。
冲氩保护范围以坡口轴向中心为基础，各侧各250300mm处贴上两层可溶纸（可用报纸代替）。
用浆糊粘住，做成密封气室。
利用细钢管把头敲扁插入焊缝内（有探伤孔控的管道可从探伤孔充氩），大管流量为2030L/min，小管流量一般为1015L/min，冲氩时，当感觉氩气从焊缝间隙轻微返出时（也可用打火机是否熄灭来判断）。
用石棉条将焊口间隙堵住，此
时将氩气流量减少1/3，流量过大会产生内凹的缺陷，焊一段石棉条拨开一段。
采用两层TIG打底，通过减少热输入，可有效地降低根部焊缝氧化程度，保证打底质量。
操作上应该特别注意収弧质量，收弧时先将焊接电流衰减下来，填满弧坑后移向坡口边沿收弧，以防产生弧坑裂纹。
TIG工艺参数见表3
表3 T91/P91 钢TIG焊接工艺参数
4.5.1 SMAW焊应注意道间温度的控制，采用小参数、多层多道焊。
其工艺参数见表4。
表4 T91/P91 钢SMAW焊接工艺参数
4.5.2注意焊条的摆动，焊层厚度以等于焊条直径为宜，焊道速度以焊条直径的3倍为宜。
严格控制焊接热输入，中间填充宜采用Φ3.2mm的焊条，最后两层使用Φ4.0mm的焊条。
因为焊接热输入对焊缝冲击韧度有很大的影响，切忌使用大参数。
每根焊条收弧都用衰减电流，待熔地填满后再收弧，以防产生弧坑裂纹。
4.5.3 用角磨机或钢丝刷彻底清理道间焊渣及飞溅，特别是焊缝接头处和坡口边缘处。
清理时不可用榔头、錾子过重敲击焊缝。
5 焊接及焊后热处理
5.1 图2为焊接过程中温度曲线示意图
图2 焊接过程中温度曲线示意图
热处理升温速度当δ＜25mm时为220℃/h1 δ≥25mm时为150℃/h。
降温速度当δ＜25mm时为150℃/h1 δ≥25mm时为100℃/h.
5.2 恒温时间（见表5）
表5 恒温时间
5.21焊接完毕需在100120℃的温度下恒温1h,将残余奥氏体(A)全部转变为马氏体(M)后，才能进行升温热处理。
5.22 恒温时间按壁厚的不同在各范围内取值，壁薄的取下限，壁厚的取上限。
5.23 上述恒温时间比一般资料的参数稍长，实验证明，恒温时间的适当延长，有利于冲击韧度的明显提高，通过延长恒温时间可解决T91/P91锅炉焊接接头常温冲击韧度低的问题。
5.3 回火温度
热处理为高温回火，最佳回火温度为760土10℃
6 结论
该工艺参数用于热电厂主蒸汽管道、过热器和过负荷导管道的焊接，各项技术指标符合要求。