P91焊接技术要点要点

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P91管道焊接

P91`钢管道安装焊接工艺1、概述9Cr—1Mo（SA335—P91 SA213—T91）钢是美国于七十年代末八十年代初开发的新型马氏体耐热钢，以其热膨胀系数，弹性模量、蠕变性能以及抗氧化性等多方面的优胜在许多国家的电站的主蒸汽管道中得以广泛的应用。

在我国，P91钢的应用已经开始，电力规划总院在将P91钢与国内普遍采用的主蒸汽管道用钢进行经济技术比较后，于1996年提出了在我国推荐使用P91钢的建议。

因此，在大型火力发电机组中采用P91钢已成为一种必然的趋势。

SA335—P91钢的化学成分如下表C Mo P≤ S≤ Si Cr0.08—0.12 0.30—0.60 0.020 0.010 0.20—0.50 8.00—9.50Mo V N Ni≤ Al≤ Nb0.85—1.05 0.18—0.25 0.03—0.07 0.40 0.04 0.06—0.10P91钢在我国公司属于首次使用，其焊接工艺评定工作及焊接、热处理的特点需要在施工过程中摸索，而且管道对口安装顺序对焊接质量也起着关键作用，为保证P91钢管道的焊接工艺和焊接质量达到要求，首先必须制订出P91钢安装、焊接工艺要求，做为指导焊接工艺评定及现场安装、焊接施工的依据，在现场施工过程中严格执行工艺要求。

2、施工顺序2.1P91钢管道就位，打磨坡口，坡口采用双V型。

2.2装入充氩装置。

2.3对口装配。

2.4焊口预热。

2.5温度控制，采用自动温度记录仪进行测控和记录。

2.6焊接。

2.7焊缝整体焊接完毕后，在热处理前必须进行后热处理，以加速焊缝金属中扩散氢的逸出。

2.8后热处理完毕，待焊口温度降低至一定温度或室温后，应立即开始热处理。

2.9热处理完毕后进行无损探伤，探伤合格后进行表面磁粉探伤、金相及硬度抽检。

由于P91钢对预热要求的特殊性，搞好过程控制，尽量不进行中间探伤。

2.10检验合格后，撤出充氩装置，进行下一道焊口的施工程序。

若检验不合格，打磨去除缺陷后重新进行预热、焊接及热处理工作。

P91工艺措施

目录一、施工准备 (1)二、焊接施工工艺 (2)三、P91钢焊接应注意的事项 (4)四、焊接质量检查及验收 (4)SA-335P91钢厚度≥70mm焊口焊接补充工艺《T/P91工艺导则》规定壁厚≥70mm的P91管子焊口，焊至20～25mm时应停止焊接,立即进行后热处理，待RT检验确认合格后再按作业指导书规定程序施焊完毕，其目的是保证根部焊接质量，出现焊接缺陷时便于消缺处理，依据以往工程实践及实验数据表明，后热处理易产生后热裂纹，所以当焊缝厚度达到20～25mm时，宜进行焊后热处理，但工程实际中，对焊到20～25mm的根部焊缝进行热处理，无法保证回火温度（760℃±10）的实现，对焊缝质量将产生不良影响，故对SA-335P91管子厚度≥70mm时采用连续施焊完再进行检验的工艺是适宜的，特制定以下焊接工艺：一、施工准备1、焊接材料的准备1.1、焊接材料选用：焊丝MTS-3、焊条Chromo 9V。

1.2、焊接材料应存放在干燥、通风良好、温度大于5℃且相对空气湿度小于60%库房内。

1.3、焊接材料需有生产厂家提供的质量合格证。

1.4、焊条规格可选用φ3.2mm、φ4.0mm。

1.5、焊丝在使用前应将其表面的水分、铁锈、油污等清理干净，并露出金属光泽。

1.6、焊条使用前应按其说明书要求进行烘焙，重复烘焙不得超过两次。

烘焙后的焊条使用时，应装入温度保持在80～110℃的专用保温筒内，保温筒应插上电源，随用随取。

2、钢材化学成分与焊材化学成分对照表钢材化学成分表焊材化学成分表3、材料机具的准备3.1、氩气纯度应不低于99.95%。

3.2、氩弧焊用的钨极应选用符合GB4191规定的铈钨电极，直径为φ2.5mm。

3.3、焊工应配备扁铲、榔头、保温筒、焊条筒、小手电及钢丝刷等工器具，还应配备电磨头、小锉刀等。

3.4、氩气表应选用气压稳定、调节灵活的表计；输送氩气的管线应质地柔软、耐磨且无漏气现象。

4、施工现场的准备4.1、电焊机应采用集装箱集中布置,并保证提供充足的动力电源。

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：P91 钢，国内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。

P91P92钢焊接材料与焊接工艺技术

P91/P92钢焊接材料与焊接工艺中国电力科学研究院徐德录2010年6月提纲1P91/P92钢的研究和发展概况2P91/P92钢焊接材料的技术标准3P91/P92钢焊接工艺参数的选择与焊缝金属的成分及相变特点4焊缝金属的高温蠕变性能以及对蠕变试验数据的正确分析5P91/P92钢焊接材料的应用6国产KJ92焊条焊缝金属的组织性能7结语提纲1P91/P92钢的研究和发展概况2P91/P92钢焊接材料的技术标准3P91/P92钢焊接工艺参数的选择与焊缝金属的成分及相变特点4焊缝金属的高温蠕变性能以及对蠕变试验数据的正确分析5P91/P92钢焊接材料的应用6国产KJ92焊条焊缝金属的组织性能7结语1P91/P92钢的研究和发展概况二十世纪五十年代：低合金铁素体钢（21/4Cr-1Mo）和奥氏体不锈钢(TP304、TP347等)。

五十年代末：比利时的liege冶金研究中心第一次详细说明了“超级9%Cr”钢，当时确定的化学成份是9Cr-2Mo，并有Nb和V的添加剂，材料牌号为EM12。

1964年，法国电力公司（EDF）批准温度高达620℃的过热器和再热器可以使用EM12。

六十年代末，德国研究开发了12%铬钢X20CrMoV121（X20钢）。

1P91/P92钢的研究和发展概况1974年，美国橡树岭国家实验室（ORNL）开始研究改进的9Cr-1Mo钢种，并进行了性能试验。

1980-1984年美国、英国、加拿大等国家先后在过热器、再热器上用T91代替TP321、TP347和TP304等不锈钢材料。

1982年橡树岭国家实验室进行了T91/P91、EM12和X20三种材料的比较研究。

1983年，美国ASME和ASTM先后批准将改进的9Cr-1Mo钢分别载于SA213和A213标准。

1987年法国瓦鲁海克工业公司强调要从EM12转为使用T91/P91钢材。

1P91/P92钢的研究和发展概况八十年代末，在关系到T91/P91钢的生产与应用的实际问题方面，德国曼内斯曼公司进行了长期的试验，以验证材料的特性，主要是弥散特性及蠕变强度，并进一步发展和测试了焊接材料。

乙烯裂解炉对流段P91炉管焊接工艺及应用

乙烯裂解炉对流段P91炉管焊接工艺及应用近几年来，笔者亲身参与了国内多套乙烯裂解炉对流炉管的焊接任务，其中某一套乙烯裂解炉对流段，有一组炉管采用了P91材料，规格：φ73×9.53mm，单组盘管焊口共216道。

因为质量要求高，焊接难度大，操作空间狭小，所以这组炉管是整套乙烯裂解炉管焊接的难点。

P91是9Cr-1Mo钢的一种改进型钢种，属于马氏体耐热钢，具有良好的抗高温氧化性，较高的高温强度和优良的耐腐蚀性能。

在国内的石化装置上，P91管材逐步取代TP304不锈钢及12CrMoV钢等管材，作为奥氏体耐热钢的换代材料，广泛用于高温领域。

一、材料焊接性分析1、热裂性。

热裂纹产生的主要原因是焊缝中低熔点硫、磷共晶物和低熔点的金属共晶物在晶界区的析出形成液态膜残留下来，受到焊接收缩应力的作用而发生的。

从P91的化学成分来看，虽然其杂质元素S和P的含量较低，但应考虑因合金倾向元素的偏析和焊材成分可能带来的不利影响，同时，管壁较厚引起拘束度的增大，从而可能使其产生一定的热裂倾向。

2、冷裂性。

P91钢的Cr、Mo等合金元素的含量较高，因此它的淬硬性较大，冷裂倾向也大，焊缝的金相组织为马氏体，这种组织容易导致产生冷裂纹。

焊接P91钢时，由于焊缝区扩散氢与焊接残余应力的共同作用，焊缝金属和热影响区都极容易产生冷裂纹，而且裂纹表现出氢致延迟裂纹的形式，可在焊后几小时甚至数天产生。

3、再热裂纹倾向。

再热裂纹的倾向与钢中碳化物形成元素的特性及其含量有关，它一般产生于焊接热影响区的粗晶区，与焊接热规范及由此引起的焊接应力有一定的关系。

按碳化物形成元素影响的强弱顺序为V，Nb，Ti，Mo，而Cr的影响较为特殊，当Cr含量<1%时，随着Cr含量的增加，再热裂纹倾向加大；当Cr含量>1%时，随着Cr含量的增加，再热裂纹倾向反而减小。

即使这样，P91钢还是存在一定的再热裂纹倾向。

因此，除了控制焊缝的合金成分在合适的范围内之外，尚应确定合适的焊接规范和焊后热处理规范，同时应尽量缩短在再热裂纹敏感区间的时间。

T91／P91 钢焊接工艺及参数的优化

T91／P91 钢焊接工艺及参数的优化T91／P91钢广泛用于锅炉过热器、主蒸汽及再热器管道。

各电站单位对其进行了焊接工艺评定试验，总的说来大同小异，虽说工艺方案己基本运用成熟，但其焊接工艺及参数还有待进一步优化。

1 T91／P91钢的焊接性分析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区软化等间题，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注意的重点。

1.3 热处理保温时间的适当延长，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 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。

焊条经过 35O℃烘焙 1.5—2 h，置于 8O—10O℃保温筒内，随用随取。

3.3 坡口制备关键注意两点第一，钝边厚度不超过2mm，以防铁水流动性差而造成根部未熔合。

第二，坡口及其内外两侧 15—2O mm 范围内打磨至露出金属光泽。

3.4 对口3.4.1 T91／P91钢在不预热条件下焊接裂纹可达10O％，所以不得在管道上焊接任何临时支撑物，不得强行对口，以１少附加应力。

3.4.2 小口径管道对口间隙控制在1.5—2.5mm之间，大口径管道对口间隙控制在3—4 mm 之间，间隙太大，不易操作，容易产生未熔焊接头；间隙太小，易产生未焊透的缺陷。

3.4.3 该钢种材质特殊，对口方法一般有两种。

一种是在坡口内侧使用定位块（Q235材质）点固焊口，点固前一般用火焰预热，该方法预热温度不容易控制，而且管壁温差较大，易产生内应力。

远红外加热片从工序上讲是在对好焊口后才进行绑扎，也无法采用电阻加热，所以这种对口方法不宜采用。

另一种是采用自制专用夹具（见图1），此夹具制作简单，成本低廉，一种规格的管径制备其对应的夹具。

p91焊接方法

p91焊接方法
P91是一种高温高压下使用的铬钼钢，常用于制造化工、电力和核工业等行业的管道和设备。

P91焊接方法主要有以下几种：
1. TIG（Tungsten Inert Gas）氩弧焊：可实现高质量的焊缝，但需要采用惰性气体保护，并且对人员的操作技术要求较高。

2. MIG（Metal Inert Gas）气体保护焊：适用于对焊缝质量要求不是很高的场合，能够提高焊接速度和效率。

3. SAW（Submerged Arc Welding）埋弧焊：采用粉末状焊剂进行保护，可以在低速高功率下快速完成焊接任务，但需要注意控制焊接热输入和预热量。

4. SMAW（Shielded Metal Arc Welding）手工电弧焊：适用于小型部件的焊接，需要在焊接前对焊缝进行清理和处理，焊接速度较慢。

总之，选择哪种P91焊接方法需根据具体情况而定，包括焊接要求、材料厚度、生产数量等因素，同时还需考虑人员安全和环境保护等方面的问题。

对于高温高压的设备和管道来说，焊接质量和安全性都是非常重要的，需要进行严格的规范和管理，以确保设备和人员的安全。

P91钢焊接经验

P91钢焊接经验介绍一、工程概况及特点1、工程概况山东聊城电厂一期工程建设2×600MW燃煤发电机组，位于聊城市西稍偏北，距市中心约14公里。

本工程的建设与经营采用中外合作方式，业主为山东中华发电公司（SZPC），设计分包给山东电力咨询院，主体工程施工分包为山东电建二公司。

本工程锅炉为英国三井巴布可公司生产的2027t/h,，亚临界参数，W火焰燃烧无烟煤，自然循环汽包炉，其主要参数为：过热器出口蒸汽压力17.3Mpa，过热器出口温度为541℃。

汽轮机为上海气轮机有限公司产品，其型式为亚临界一次中间再热，四缸四排汽，单轴凝汽式。

发电机为上海汽轮发电机有限公司产品，其型式为全封闭，自然通风，强迫润滑，水氢氢隐极式同步发电机。

2、工程特点1、本工程的建设与经营采用中外合作方式，工程的融资、贷款、设计和管理均与国际接轨。

2、整个工程实行监理制，由中国电力工程监理总公司监理，而且要接受四方联合体对、工程的各项检查。

3、锅炉设备成套引进，受热面全部使用国外钢材，许多钢材品种如P91钢在我公司属于首次使用。

4、所有压力部件焊接材料，包括但不限于水冷壁，省煤气等及所有合金钢焊接材料均由外国供方提供，其中大多数焊接材料属于我公司首次使用。

5、执行的焊接、热处理及NDT标准以中国国家标准和电力行业标准为主，同时要符合BS1113标准的要求，并参考MBEL图纸的要求。

6、焊接培训的工作量加大。

由于国外焊材的大量使用，而我们的焊工对国外进口焊材不熟悉，因此需要加强对焊工进行进口焊材的练习工作，以熟练掌握国外焊材的焊接操作性能，确保施工中的焊接质量。

本工程的国外焊条主要有A2、A5Mo、B、K、M，焊丝主要有BW14B、BW158B、BW16B、BW41B、BW17B等，分别属于碳钢、合金钢及不锈钢。

7、本工程的焊接工艺评定工作难道度较大，由于P91钢是我公司首次使用，因此需要对这种材料进行焊接工艺评定，但是P91钢焊接性能较差，焊接、热处理工艺稍有不当，就难以达到各项机械性能要求，必须慎重对待此项工作。

基于硬度检测的P91焊接质量控制要点

科技论坛
民营科技２０１３年第９期
基于硬度检测的Ｐ９１焊接质量控制要占、、、
金志山 ’ 赵建宇２张林盛３
（１、黑龙江省电力科学研究院，黑龙江哈尔滨１５００００；２、华电能源股份有限公司富拉尔基发电厂，黑龙江齐齐哈尔１６１０００；３、哈尔滨热电有限责任公司，黑龙江哈尔滨１５００００）
体形态及颗粒状碳化物，具有良好的冲击韧性和高而稳定的持久朔性及热强『生能，表现为中等硬度值（１８０ — ２２０ＨＢ），是钢材焊接热处理后希望得到的组织。根据试验及分析可知，在焊接过程中控制好层间温度，实际上从冷却速度上对焊缝组织转变上进行了控制，使焊缝金属冷却过程中在２３０～５５０￣Ｃ区间停留时间减少，焊缝在完成马氏体转变后得到的组织硬度高、贝氏体含量较少，再经过高温回火热处理，最终使焊缝获得与母材相近的硬度值。通过试验可知：即使在２５０～３００￣Ｃ范围内，对层间温度或焊接线能量参数微调，也会对焊缝硬度值产生较明显的影响。３焊缝硬度值控制要点２分析３．１严格贯彻窄焊道、薄焊层的多层多道焊接程序，是控制层间温度２．１Ｐ９１钢材的过冷度。Ｐ９１是美国钢种，属改良型９ｅｒ一１Ｍｏ高强度及焊接热输入的有效措施。焊条摆动宽度不大于所用焊条直径的３￣５焊层厚度不大于所用焊条直径加２ａｒｍ。马氏体耐热钢。钢材标准供货状态为正火加回火，推荐正火温度为倍；１０４０～１０６０ ℃，回火温度为７６０ — ７８０ ℃。高温回火后Ｐ９１钢材的金相３．２严格控制焊接速度。焊接速度越陕，线能量越小，高温停留时间组织为索氏体＋少量贝氏体。越短，晶粒将越细小，焊缝熔池就小，每层焊道必须进行多层多道焊才Ｐ９１钢材在降温过程中对温度的变化有较高的要求也就是说钢能填满焊缝。采用多层焊时，由于后一道对前道的热处理作用能细化材在冷却过程中必须具备一定的过冷度，即在空气中自然冷却的中等晶粒，使马氏体组织生长成一个自回火作用，并能改善前层焊缝和热冷却速度，是获得理想金属组织的必要条件。影响区的组织，对防止裂纹有好处。２．２影响冷却速度的主要因素。焊接热源是移动的，热源移出焊缝长３．３加强施焊过程的温度监控措施。预热处理时，热电偶应对称布置度增加，远离热源的焊缝也进入了焊接热循环过程。根据焊接热循环在焊缝坡口的两侧；热处理时，热电偶对称布置在焊缝中心的两侧；水的理论，焊接热循环与一般热处理过程相比，焊接时的加热速度要快平管的热电偶呈上下对称布置。热处理机投用前需修正其测量温度与

P91焊接措施

P91+12CR1MOVG 异种钢焊接代样一、管道材质：SA335P91/12CR1MOVG规格：φ508χ78/φ609.6χ90（条状）二、焊接方法及设备：GTAW/SMAW WS-400逆变焊机三、坡口形式：U 型坡口对接四、焊接材料：1.焊丝：R40 φ2.5焊条 R407 φ2.5、φ3.2、φ4.0 2.氩气：99.99%氩气 3. 钨棒：WCe-20 φ2.5 五、焊前准备1.氩弧焊丝使用前应除表面的油、垢等赃物，焊条使用前应在350-400℃的烘干箱内烘干，恒温1.5-2小时，焊接时置于80℃-100℃保温筒内随用随取。

2、坡口加工以机械法为宜，坡口修整时使用角向磨光机打磨，坡口及内外壁两侧15-20mm 范围内应将锈、油、垢和氧化皮等杂物清理干净，直至漏出金属光泽。

3、对口时应将管道垫置牢固，严禁在管道上焊接临时支撑物。

4、管道对口的错口值小于1 mm 。

5. 对口点固焊时，应采用定位块点固在坡口边，点焊3块定位块，见图2，“定位块”应选用含碳量小于0.25%钢材为宜，点固焊用的焊材和焊接工艺与正式焊时相同。

6.点固焊和施焊过程中，不得在管子表面引燃电弧。

7.焊到定位块时应将定位块磨掉（严禁榔头敲打）并将焊点用砂轮机打磨干净，不得留疤，然后以肉眼或低倍放大镜观察，确认无裂纹等缺陷后方可继续施焊。

定位块120°周向分布，顶部避开平焊位置。

8.使用的氩气纯度应进行焊接试验，确认氩气无问题后方可使用。

六、焊接工艺1、为防止根部氧化，氩弧焊打底及焊条填充第一层焊道时，应在管口内壁充氩保护。

（提前准备好气室的器材如堵板、充氩气咀、气管、铝箔纸、流量计等）2.充氩保护范围以坡口为中心，每侧各350 mm处，以δ=3铁板夹石棉布封堵作成密封气室，气室内清扫干净从堵板一侧充氩，另一侧备用，充氩流量为20-30L/min.3. 两人对称焊，氩弧焊打底，双层TIG打底，氩弧焊打底焊层厚度应＞4mm。

电力-石化工业P91钢焊接材料及工艺技术指南

电力 – 石化工业P91钢　焊接材料及工艺　技术指南　电力－石化工业Ｐ９１钢焊接材料工艺技术指南　英国曼彻特焊接材料公司　目　录　１．　引言　１　２．　Ｐ９１钢及其焊接材料发展背景　２　３．　焊缝金属化学成分　５　４．　Ｐ９１钢焊接材料技术标准　７　５．　焊接工艺　７　６．　曼彻特Ｐ９１钢焊接材料系列　７　７．　焊缝金属及焊接接头机械性能　１５　８．　焊前预热，　层间温度，　后热及焊后热处理　２４　９．　Ｐ９１钢与异种材料的焊接　２６　１０．　Ｃｒ－Ｍｏ类新型耐热材料研究开发的最新进展　２９　１１．　其它参考材料　３０附录一　－　产品数据　附录二　－　焊接工艺规范英国曼彻特焊接材料公司图1．　采用P91钢建设的电站工程　1. 引言进入二十一世纪，　满足发达国家和发展中国家不断增加的对提高电站效率的要求将是电力工业面对的主要挑战．在这一方面，　环境保护法规要求降低二氧化碳排放量的压力，　日益增加的对提高电站的可靠性，　建造和维护的生产率的需求将是主要的推动力．材料开发的新进展，　特别是适用于高温压力结构的新型抗蠕变钢材的开发及应用，　将会在提高现有电站及新建电站的工作效率方面发挥重要的作用．目前，　改良型9Cr-1Mo钢（即P/T91钢）已成功地大量应用于电站建设中．可以预见，　在不远的将来，　P91钢的其它变异型材料，　如P92和E911钢等，　也将很有可能占有一定的市场分额．与传统的Cr-Mo耐热钢相比，　P91钢具有极大的优越性．通过比较在同样的工作条件下（工作温度，　工作压力和设计服役寿命）的管道，　分别采用P91, P22和X20等不同类型的耐热钢所需的最低设计壁厚，　可以非常清楚地看到这一优越性，　如图二所示．P22, t=115mmP91, t=49mmInternal dia=300mmX20, t=77mm图2．不同Cr-Mo耐热钢管道所需最低设计壁厚对比(工作条件: 温度 = 60°C; 压力 = 300MPa; 设计寿命 = 100,000小时)P91钢的这种优越性既可以用来减低结构的设计壁厚，　降低结构的整体重量．也可以用来提高结构的设计工作温度，　从而提高系统的热效率．当然，　所有这些都只能在相应的焊缝金属能够达到母材合金性能的条件下才能实现．　本技术指南详细介绍曼彻特的P91钢焊接材料系列，　这些焊接材料都是专门为焊接P91钢而设计的．本指南同时还介绍了焊接P91钢的有关技术规范，　焊接工艺，　焊后热处理规范和P91钢焊缝金属和焊接接头的机械性能及其它有关性能．2. P91钢及其焊接材料的发展背景　″超级9铬″合金最早被试验用于电站锅炉始于五十年代, 但是现在的P91钢, 即9%Cr-1%Mo 加一定量的铌, 钒及氮等元素所得到的合金, 实际上是出自美国的一个新材料开发计划. 1974年, 美国能源部设立了一个工作小组, 为其快速中子增值反应堆计划选择材料. 美国橡树岭国家实验室与燃烧工程公司(Combustion Engineering)联合实施了这个新材料开发计划, 以研究开发一种新的9Cr-1Mo钢, 这种新钢种要求综合早期的9Cr和12Cr钢的性能并具有良好的可焊性.材料的蠕变性能, 可焊性, 韧性及商业性生产的可行性等均是对这种新型9Cr-1Mo钢的主要要求. 到1980年, 该开发计划生产并测试了超过一百种成分的试验样品. 最后选定的改良型9Cr-1Mo钢(即P/T91钢)的成分列于表一. P91钢的各种产品类型, 它们的性能及热处理规范列于表二. 常用的产品类型主要有以下几种:T91 – 91合金小直径管材; P91 – 91合金大直径管材: F91 – 91合金锻件表1. 技术标准规定的P91钢母材化学成分 C Mn Si S P Cr Ni Mo Nb V N下限　0.08 0.30 0.20 - - 8.00 - 0.85 0.06 0.18 0.03上限　0.12 0.60 0.50 0.010 0.020 9.50 0.40 1.05 0.10 0.25 0.071980年5月，　第一套改良型9Cr-1Mo钢试验管线被安装于电站锅炉的过热炉部分，　该套管路取代了原来的321类不锈钢管线． 1983年，　P91钢被美国材料试验学会(ASTM)和美国机械工程师学会(ASME)正式接受为锅炉管道用材料，　其材料级别被确定为ASTM/A213-T91，　ASTM和ASME/A/SA-335-P91．　进入80年代中期, 英国电力工业界开始关注P91类材料的开发及应用. 当时的英国国家电力公司(CEGB, 私有化后现分为英国国家电力公司, 即National Power plc, 和英国电能公司, 即PowerGen plc等多家独立的公司)专门设立了P91钢应用计划, 并于1989年成功地在西伯顿(West Burton)热电厂安装了英国第一套P91钢换热器.与材料的应用相同步, P91钢焊接材料的研究开发工作开始于1986年. 曼彻特早在1987年便为电力工业部门提供了第一批焊接材料供测试. 1988年, 曼彻特正式开始P91钢焊接材料的商业化批量生产. 到2000年, 曼彻特P91钢焊接材料的研究开发和生产应用已经历了14年的历程, 形成了完整的P91钢焊接材料系列.在过去的十多年里, 曼彻特已向世界各地的电力工业部门提供了近千吨的P91钢焊接材料. 这些焊接材料被广泛应用于已有电站的升级换代, 维修和新建电站的各种有关结构中. 目前, 曼彻特P91钢焊接材料的研究开发工作仍然在继续进行中, 以不断引入新的产品, 如目前刚刚投入商业化批量生产的全位置焊P91钢药芯焊丝(Supercore F91). 与此同时, 曼彻特也非常重视对P91钢焊接材料, 焊缝金属及接头性能的基础研究工作, 这极大地提高了我们对P91钢焊接技术, 材料及其冶金问题的理解和认识.图三是一个典型的现代化燃煤电站的组成示意图. 图中所示的许多部件和结构都可以采用P91钢材料来制造.图3. 现代化燃煤电站工作流程示意图现代化的联合循环机组(CUU′s)能够以很高的热效率工作. 在这种机组中, P91钢被越来越多地应用于高温和过热蒸汽管道的建设. 联合循环机组的基本原理是由天然气燃烧驱动燃汽轮机发电, 同时利用其排放出的高温气体通过一个余热锅炉产生蒸汽, 再驱动一台蒸汽轮机发电.根据不同的设计, 这种机组可以是单轴的也可是多轴的. 在单轴机组中, 燃气轮机和蒸汽轮机共用一个轴. 在这种机组中, 管道的直径一般在14英寸(壁厚: 28mm)到20英寸(壁厚: 13mm)之间. 图四是一个单轴联合循环机组的简化示意图. 这里请注意, 这种机组的各种管线结构均可采用P91钢来制造.图4. 单轴联合循环机组的简化示意图3. 焊缝金属化学成分P91钢母材的基本成分为: 0.1%C, 9%Cr, 1%Mo加上一定量的铌, 钒及氮等元素. 这样的成分提供了优良的长期高温蠕变强度. P91钢总体的化学成分平衡保证了其全马氏体(或加极少量的铁素体)的显微组织.与P91钢母材相似, 其焊缝金属的显微组织也是全马氏体(或加极少量的铁素体). 图五是P91钢焊缝的典型组织. P91钢焊缝熔敷金属的化学成分设计原则是: 尽可能地接近P91钢的母材成分, 同时保证最佳的机械性能和可焊性. 早期的研究工作发现, 当焊缝金属成分与母材成分完全一致时, 其冲击韧性反而较低, 特别是采用较经济的焊后热处理规范时更是如此, 例如750-760°C保温2-3小时. 因此, 为了充分优化焊缝金属的蠕变性能和冲击韧性, 相对于P91钢母材, 焊缝的合金成分作了如下调整:图5. P91钢焊缝金属典型显微组织铌: 美国早期的研究工作发现: 当铌含量减少到低于母材的含量水平时(母材的规定含铌量为0.06-0.1%), 可有效地提高焊缝金属的韧性. 但是为了不牺牲组织的抗蠕变性能,0.04-0.07%被认为是铌含量的最佳范围. 不过也有一些技术标准允许铌含量可以低到0.02%, 而有些则要求焊缝铌含量必须与母材一致(即不低于0.06%).镍: 镍的加入有利于提高焊缝金属的冲击韧性. 这主要是因为镍能够降低材料的Ac1温度, 从而提高组织对回火的反应程度. 同时镍还能降低δ铁素体形成的敏感性, 而δ铁素体的存在对焊缝金属的性能是有害的.但是, 过高的镍含量(如>1%)则会过分降低焊缝金属的Ac1温度, 使其可能低于焊后热处理的温度, 这将会导致冷却后新的未回火马氏体的生成. 过高的镍含量还会影响材料的抗蠕变性能. 因此, 焊缝的镍含量一般控制在0.4-1.0%之间. 但也有个别的机构要求镍的含量必须低于0.4%, 即与母材的镍含量一致.锰: 一般认为, 适当地比母材高一些的锰可以促进焊缝的脱氧从而确保焊缝金属的质量.但是, 有些机构则限制焊缝金属中Mn+Ni的总含量不超过1.5%, 甚至不超过1.0%,以避免在最高的焊后热处理温度下重新形成奥氏体.硅: 硅是一种重要的脱氧剂, 且在与铬同时存在时还可以提高合金的抗氧化性能. 而适当低的硅含量则有利于提高焊缝金属的韧性. 因此, 根据一些早期的研究结果, 美国的一些技术标准规定焊缝的硅含量需低于0.30%(即低于母材的0.20%至0.50%的范围)钒, 碳, 氮: 这些元素都对韧性有程度较小的影响. 一般情况下, 除了因为不正确的化学成分组成而导致δ铁素体形成的情况以外, 焊缝的钒, 碳, 氮的含量都控制在与P91钢母材相同的水平, 以确保最佳的焊缝金属蠕变性能.4. P91钢焊接材料技术标准表三列举了不同的技术标准中有关P91钢焊接材料的化学成分规定. 表四则列出了对焊缝金属机械性能的有关要求. 就焊缝金属化学成分而言, 欧洲和美国的标准均与母材的成分规范相似. 但锰和硅的含量范围被适当地放宽以满足不同工业制造部门的设计思想. 这在欧洲的EN 标准中表现得尤其突出. 镍含量的规定反映了其对焊缝韧性的有利作用. 因此, 在所有标准中都规定了其最高含量为0.8%甚至1.0%. 而在英国的BS EN标准中还界定了其最低含量不得低于0.4%. 对强化性元素如铌, 钒及氮的最低含量, 则低于母材的最低含量限度. 这主要是考虑到较低的铌, 钒甚至氮的含量将有利于提高焊缝金属的韧性, 同时焊缝的强度也不需要设计得高于母材的强度. 对焊缝金属机械性能的要求, 一般来说与对P91钢母材的要求一致, 例外的情况是允许稍低的拉伸延伸率. 对焊缝金属的冲击韧性, BS EN标准有具体的要求, 而美国焊接学会(AWS)的标准则规定具体的韧性值可由焊接材料的供需双方自行商议决定.对用于机械性能测定的焊接试板的准备, 不同的标准对不同的焊接工艺方法的预热和层间温度有不尽相同的规定. AWS A5.23标准规定TIG焊的预热和层间温度范围为205±55°C, 而对手工电弧焊则规定为260±28°C. 这种规定上的差别主要是考虑到不同的焊接工艺可能产生的焊缝扩散氢含量的不同. 但是这种规定在欧洲的EN标准中则被反过来了, 而且也看不出有任何明确的理由.总的来说, 在实际施工中, 预热和层间温度一般都控制在200-300°C的范围内. 对焊后热处理的要求, 相对于温度和时间的配合也有一些差别. 但一般认为AWS标准的最低保温时间一小时在实际施工中是不足以取得理想的效果的, 这一点在第八节中将要详细讨论到.5. 焊接工艺在P91钢结构的建造中, 具体焊接工艺的选择取决于以下几个因素:• 被焊结构的尺寸和厚度;• 实际施工的环境和条件: 如是工厂内施工还是现场施工;• 拥有的焊接施工设备能力;• 焊接工程师及焊工的技术水平和经验;• 具体能选用的焊接材料的种类和质量;• 对焊缝金属机械性能, 特别是焊缝韧性的要求.表五列举了电站施工中可选择的各种电弧焊接工艺方法. 其中所列举的各种结构均可在图三中找到.6. 曼彻特P91钢焊接材料系列表六列出了曼彻特生产提供的各种P91钢焊接材料. 本节将简要介绍每一种焊接材料的具体特点及其所采用的典型焊接工艺规范. 第七节则将介绍它们的焊缝金属机械性能. 这些焊接材料的详细″产品数据″列在附录一中, 附录二则介绍了各种具体的焊接工艺规范.表5. 电站施工中P91钢结构常用焊接工艺选择结构接头类型可选择的焊接工艺锅炉镶板(小尺寸管道) 现场焊接/修补手工TIG焊, 手工电弧焊;手工或转动TIG焊, 手工电弧焊过热炉/再热炉/节热器(小尺寸管道) 管与管对接隔板及附件现场焊接固定或转动TIG焊手工TIG焊, 手工电弧焊手工TIG焊, 手工电弧焊手工TIG焊, 手工电弧焊转动TIG焊蒸汽管道和集气管对接焊缝管道端部与集气管对接焊缝现场焊接TIG焊, 手工电弧焊, 埋弧焊手工TIG焊, 手工电弧焊自动TIG和MIG焊手工TIG焊, 手工电弧焊转动TIG焊, 药芯焊丝MIG焊压力容器(如蒸汽包等) 对接焊缝TIG焊, 手工电弧焊, 埋弧焊阀门室对接焊缝主要是TIG焊, 手工电弧焊, 有些情况下也可能采用埋弧焊环形管道对接焊缝现场焊接主要是TIG焊, 手工电弧焊, 有些情况下也可能采用埋弧焊TIG焊, 手工电弧焊, 药芯焊丝焊接6.1 手工电弧焊条手工电弧焊不论是在工厂内制造还是现场安装中都是电弧焊方法中最简单和最方便的一种工艺, 因此仍然被广泛用于P91钢结构的制造中. 其典型的应用领域已在第五节中作过介绍.正如前面已经讨论过的, 基本上在所有冷却条件下, P91钢焊缝均将转变成全马氏体组织, 其焊态硬度相当高(~450HV). 这意味着须特别注意防止焊缝氢致裂纹的产生. 在可采用的预防措施中, 焊前预热, 层间温度的控制等方面将在第八节中讨论. 对于手工电弧焊条来说, 药皮含水量及相应的焊缝扩散氢含量的控制是非常重要的. 为确保足够低的药皮含水量, 曼彻特的P91钢手工电弧焊条都采用特殊设计的粘结剂系统制造. 所有焊条都包装在密封的金属听内(如AWS A5.5标准第22条第二款所规定的). 包装内焊条药皮的含水量均低于0.15%. 因此, 根据AWS的定义, 这些焊条可归入H4R类. 如果需要, 所有曼彻特的P91钢焊条还可以现场用小包装供货. 根据焊条直径的不同, 这种小包装的一般重量为1-2公斤, 其焊缝金属扩散氢含量低于5ml/100g.表6. 曼彻特P91钢焊接材料一览产品名称产品类型适用标准Chromet 9MV-N 手工电弧焊条AWS A5.5/ASME SFA 5.5E9015-B9BS EN 1599E CrMo91 BChromet 9-B9 手工电弧焊条AWS A5.5/ASME SFA 5.5E9015-B9Chromet 9MV 手工电弧焊条AWS A5.5/ASME SFA 5.5E9015-B99CrMoV-N TIG焊丝AWS A5.28/ASME SFA 5.28ER90S-B9BS EN 12070W CrMo91埋弧焊丝AWS A5.23EB9BS EN 12070 (S CrMo91)Cormet M91 供MIG焊用的金属芯焊丝AWS A5.28/ASME SFA 5.28ER90C-G(B9)Supercore F91 药芯焊丝AWS A5.29/ASME SFA 5.29E101T1-B9LA491 埋弧焊焊剂BS EN 760 SA FB 2 55 AC9CrMoV-NLA491 埋弧焊丝 + 焊剂配合AWS A5.23 (F62 PZ-EB9-B9)所有曼彻特的P91钢手工焊条都是碱性低氢型的, 并具有特殊的抗潮药皮, 焊缝金属扩散氢含量很低.这些焊条均为直流电源(DC+)或交流(开路电压70伏)型, 但首选工作条件为直流电源. 这些焊条都是全位置焊的, 所有焊条都可用于固定管道接头(如ASME 5G/6G)位置的焊接.以化学成分来分, 曼彻特现有三大类P91钢手工电弧焊条, 它们分别具有不同的化学成分(见表七). 下面简要介绍它们之间的差别和原因.6.1.1 Chromet 9MV这是曼彻特设计生产的第一种P91钢焊条, 除了锰含量外, 其成分非常接近母材的成分(低镍, 高铌).这种焊条是曼彻特与前英国国家电力公司(CEGB)合作研制的, 因此被大量用于英国国家电力公司(National Power plc)和英国电能公司(PowerGen plc)的电站建设项目中.Chromet 9MV焊条满足AWS E9015-B9规范的要求, 同时也满足GEC-阿尔斯通公司规定的化学成分要求(例如: Mn+Ni<1.5%, Nb 0.040-0.080%,见表三)6.1.2 Chromet 9MV-N这是曼彻特的标准P91钢焊条, 符合BS EN标准的E CrMo91 B规范(见表三). 这种焊条的焊缝金属含有0.7%的镍, 可应用于绝大多数P91钢结构的焊接, 并满足有些机构对Mn+Ni总含量须低于1.5%的附加限制(例如GEC-阿尔斯通公司). 这种焊条同时也满足AWS E9015-B9规范的要求.6.1.3 Chromet 9-B9这种焊条是由Chromet 9MV-N变异而来的, 最先主要是供应美国市场. 它满足AWS标准的E9015-B9规范(见表三), 但对锰和镍的含量有附加限制, 因此被执行ASME标准的工程项目所青睐. 在ASME 1X QW-432规范中, 这种焊条的F-号码(即熔敷金属号码)为4; 在QW-442中, 它的A-号码(即合金号码)为5.表7. 曼彻特P91钢手工电弧焊条熔敷金属典型成分产品名称 C Mn Si Cr Ni Mo Nb V N Chromet 9MV 0.1 1 0.3 9 0.1 1 0.08 0.2 0.05 Chromet 9MV-N 0.1 0.8 0.3 9 0.7 1 0.05 0.2 0.05 Chromet 9-B9 0.1 0.5 0.3 9 0.3 1 0.04 0.2 0.05 如表七所示, 为了满足不同国际标准的要求, 这三种焊条有着不尽相同的焊缝金属化学成分, 其详细的成分范围可参考附录一. 如果采用相同的焊后热处理规范, 这些化学成分上的不同将会导致焊缝机械性能方面的微小差别, 其中不同合金元素含量的影响已在前面讨论过了, 焊缝金属的机械性能将在第七节中介绍.6.2 TIG焊丝TIG焊工艺在P91钢的焊接中有着重要的用途, 尤其是在小直径管道的焊接和一般焊缝的打底焊中, TIG焊接都是不可缺少的工艺. 传统的实芯焊丝已被广泛用于P91钢的TIG焊中, 并将继续保持其主导地位. 但对于需要连续焊丝的自动TIG焊工艺, 金属芯焊丝(MCW)将有可能成为实芯焊丝的一种补充替代品, 特别是因为其具有成本低, 而且易调整焊缝合金加入量的优点.6.2.1 9CrMoV-N TIG 焊丝化学成分曼彻特的P91实芯TIG焊丝是9CrMoV-N, 其焊丝和熔敷金属的典型化学成分如下:C Mn Si S P Cr Ni Mo Nb V N O焊丝0.10 0.6 0.3 0.005 0.005 9.0 0.7 1 0.05 0.20 0.04 0.003 熔敷金属0.08 0.6 0.3 0.005 0.005 8.5 0.7 1 0.04 0.18 0.04 0.005 根据有关国际标准的要求, 曼彻特9CrMoV-N TIG焊丝的产品证书上列出的是焊丝的成分, 这就意味着焊缝金属的实际成分将会与此有所不同. 由于TIG焊接本身的特点, 有些合金元素将会有极少量的烧损. 最明显的是碳含量, 在焊缝金属中的碳一般将比焊丝的含量低0.01%至0.02%.9CrMoV-N TIG焊丝的成分是为满足AWS ER90S-B9规范而设计的, 但其硅含量有时会稍高于0.30%的最高限(实际上许多机构都并不十分看重这一限制). 不过这里应注意到, 实际焊缝金属的含硅量一般都会满足最高不超过0.30%的要求. TIG焊丝9CrMoV-N同时也满足BS EN W CrMo91规范对化学成分的要求.6.2.2 工艺因素采用9CrMoV-N焊丝对P91钢进行TIG焊接, 保护气体为纯氩气, 电源为直流正接(DC-). 在许多情况下, TIG焊接都是用来为其它焊接方法进行打底焊的. 在这种情况下, 采用气体背吹是一项重要的工艺措施. 对于单面打底焊道, 应采用氩气进行背吹, 而且如果条件允许, 氩气背吹应至少保持到前三道焊完成. 最常用的手工TIG焊丝的尺寸为∅2.4mm. 曼彻特也可提供其它尺寸的焊丝, 如手工TIG焊用的∅1.6mm焊丝和自动TIG焊用的∅0.9mm焊丝.6.3 MIG焊丝作为一种具有高生产率的工艺, 采用MIG焊焊接P91钢正受到越来越多的重视. 在现有的各种MIG 焊丝中, 金属芯焊丝(MCW)已被证明是目前最具有吸引力的一种. 这主要是因为这种焊丝在合金调整方面的灵活性和其较低的生产制造成本. 曼彻特的Cormet M91金属芯焊丝已被大量应用到P91钢结构的制造中, 其中包括表面覆层和铸件的修补等. Cormet M91金属芯焊丝目前以两种尺寸供应:∅1.2mm和∅1.6mm.实芯MIG焊丝到目前为止还没有被考虑, 这是因为试验结果显示, 现有焊丝的焊接工艺性能还达不到满意的水平.6.3.1 保护气体和Cormet M91焊缝金属成分对MIG焊接工艺来说, 保护气体的选择是十分重要的, 因为其对焊接工艺性能和熔敷金属的化学成分有着重要的影响. 一般情况下, 保护气体中适当高的CO2含量将有利于获得满意的工艺性能. 表八列出了Cormet M91焊丝与不同保护气体配用所得的焊缝金属成分.表8. Cormet M91 MIG焊缝金属化学成分保护气体* C Mn Si S P Cr Ni Mo Nb V N O M12(2) 0.074 1.16 0.40 0.011 0.008 8.4 0.34 1.0 0.04 0.21 0.044 0.041 M12 0.083 1.10 0.38 0.011 0.008 8.7 0.36 1.1 0.04 0.20 0.041 0.051 M24 0.079 0.90 0.25 0.010 0.008 8.7 0.35 1.1 0.03 0.21 0.053 0.100*: M12(2) = Ar - 38%He - 2%CO2; M12 = Ar - 2.5%CO2; M24 = Ar -20%CO2表八中的数据显示, 活性较高的元素, 如硅, 锰和铌的含量很明显地受保护气体成分的影响. 一般的规律是: 这些元素的过渡效率将随气体的氧化性的提高而降低; 而焊缝金属的氧含量则随气体氧化性的提高而增高. 正如第七节中将要讨论到的, 这对焊缝金属的韧性会有很大的影响. 其它元素的过渡则相当稳定, 基本不受保护气体成分的影响.当采用M12型保护气体(Ar-2.5%CO2)时, 可获得最佳的工艺性能和焊缝金属韧性组合. 而使用M12(2)型气体可得到更好一些的韧性但焊接工艺性能会受到一定影响. 采用M24气体的效果则相反: 工艺性能非常好, 但焊缝金属韧性则会有所降低.Cormet M91金属芯焊丝满足AWS对实芯焊丝的成分要求, 唯一的例外是其硅含量(如果使用Ar-20%CO2气体, 则硅含量亦是满足要求的). 加入高一些的硅, 主要是为了优化焊丝的工艺性能, 特别是在使用活性较低的保护气体时. 应该指出的是, Cormet M91的硅含量仍满足BS EN标准对实芯焊丝成分的要求, 也处于P91钢母材的硅含量范围以内.6.3.2 焊接工艺参数Cormet M91焊丝主要是设计用来进行平焊位置焊接的, 如果使用Ar-2.5%CO2混合气体, 气体流量推荐控制在15-20l/min之间, 则其最佳的焊接工艺参数如下(直流电源, DC+):焊丝直径, (mm) 焊丝伸出长度, (mm) 电流, (A) 电压, (V) 送丝速度, (m/min)1.2 10-20 260 28 ~101.6 15-25 330 29 ~7如果使用Ar-20%CO2气体, 其各项焊接参数与上表中的基本相同, 但焊接电压需提高约1伏. 采用以上焊接工艺参数可获得稳定的射流过渡电弧, 适用于平焊位置的对接和T形接头焊缝.6.3.3 药芯焊丝由于药芯焊丝很高的焊接熔敷率, 采用这种焊丝进行P91钢结构的焊接正在受到越来越多的重视. 药芯焊丝的使用可有效地提高工厂内制造和现场安装的生产效率. 除此之外, 药芯焊丝的最大优点是其可进行全位置焊接, 因此特别适用于ASME 5G或6G固定管道接头的焊接. 曼彻特的Supercore F91药芯焊丝正是为此而设计的(如图六所示).目前, 还没有针对P91钢药芯焊丝的正式国际标准, 但依照AWS关于P91钢药芯焊丝技术规范的初稿(正式标准预计将于明年公布), 这种药芯焊丝的技术分类应为E1001T1-B9, 其熔敷金属化学成分与实芯焊丝的成分基本相同, 但硅的含量控制在0.3%左右, 以确保充分的焊缝脱氧和理想的焊接工艺性能. 采用Ar-20%CO2混合气体, Supercore F91药芯焊丝典型的熔敷金属化学成分列于下表:C Mn Si S P Cr Ni Mo Nb V N熔敷金属0.10 0.8 0.3 0.015 0.015 9.0 0.6 1.0 0.04 0.20 0.05Ar-20%CO2混合气体是Supercore F91药芯焊丝的推荐保护气体. 如使用Ar-5%CO2气体, 可获得稍高一些的焊缝冲击韧性, 但焊接工艺性能则会有所下降. 下表列出了采用Ar-20%CO2混合气体时, 使用Supercore F91焊丝的典型焊接工艺参数(直流电源, DC+), 气体流量推荐控制在20-25l/min之间:焊丝伸出长度, (mm) 电流, (A) 电压, (V) 范围10 - 25 140 – 280 24 – 305G/6G固定管道焊接15 150 25全位置全自动主蒸汽管道焊接对于有条件进行自动焊接的接头位置和结构, 作为生产效率最高的焊接工艺, 埋弧焊无疑是最有优势的一种方法. 到目前为止, 只有直径2.4毫米的实芯焊丝已被应用于P91钢结构的焊接. 虽然也进行了采用金属芯焊丝进行埋弧焊的试验, 但目前首选的焊丝还是实芯焊丝, 即9CrMoV-N焊丝.6.4.1 9CrMoV-N埋弧焊丝这种焊丝的化学成分与TIG焊丝的基本一样, 但由于所用焊剂成分的影响, 不可避免地, 熔敷金属的化学成分会有所不同. 推荐与9CrMoV-N埋弧焊丝配用的是曼彻特的LA491焊剂. 9CrMoV-N焊丝与LA491焊剂配用所得的典型焊缝金属的成分如下:C Mn Si S P Cr Ni Mo Nb V N O焊丝0.10 0.6 0.3 0.005 0.005 9.0 0.7 1 0.05 0.20 0.04 0.005 熔敷金属0.08 0.6 0.35 0.005 0.007 8.5 0.7 1 0.04 0.16 0.04 0.05 9CrMoV-N埋弧焊丝的成分满足AWS A5.23 EB9标准和BS EN S CrMo91标准的规定. 但与TIG焊丝相同, 焊丝及焊缝金属含硅量有可能稍高于AWS标准的苛刻限制.在AWS A5.23标准中, 也可标定焊丝和焊剂及其熔敷金属成分. 9CrMoV-N焊丝与LA491焊剂配合所得熔敷金属的成分基本满足AWS A5.23标准的要求, 如前所述, 其硅含量将略高于标准所规定的水平, 其最接近的分类将是F62 FZ-EB90B. 在BS EN标准中, 对埋弧焊焊缝金属还有机械性能要求. 其最低拉伸强度将能满足, 但在有些情况下, 经一般规定的焊后热处理后, 要满足47J最低冲击韧性的要求则可能会有困难. 如果采用稍高的热处理温度或适当长的保温时间, 应可有效地解决这一问题.6.4.2 实际施焊工艺参数及注意事项9CrMoV-N埋弧焊丝一般以直径2.4mm的尺寸供货, 如有需要, 曼彻特也可提供其它尺寸的焊丝, 如直径3.2mm的焊丝. 下表列出了直径2.4mm焊丝采用的典型焊接工艺参数(直流电源, DC+):焊剂焊丝伸出长度, (mm) 电流, (A) 电压, (V) 行走速度, (mm/min)LA491 20 350 - 500 28 - 32 400 - 500LA491为氟化物型烧结焊剂, 其碱度为2.7. 采用LA491焊剂与9CrMoV-N焊丝配合, 可获得优良的脱渣性和焊缝表面成形. 与其它低合金钢埋弧焊接相同, P91钢埋弧焊过程中焊缝扩散氢含量的控制也是很重要的, 这意味着合适的焊剂使用和储存是非常必要的. 在焊接过程中, 如果焊剂被循环使用, 则需定期地加入一定比例的新焊剂以避免实际使用的焊剂颗粒变得越来越细. 已吸潮的或暴露于环境超过10小时以上的焊剂, 则需要在350-400°C下重新烘培至少两小时之后再使用.。

P91焊接技术要点详解

P91焊接技术要点详解P91钢是一种高温高压运行条件下应用较广泛的材料，其高温性能极佳，但焊接工艺相对复杂。

本文将深入解析P91焊接技术的要点和注意事项，帮助大家掌握该焊接技术，提高焊接质量。

P91钢的特性P91钢是一种9Cr-1Mo-V-Nb的合金钢，具有以下特性：1.热膨胀系数小，热传导系数低；2.适用于高温、高压及高碳化物含量环境，可达到600℃的高温条件下使用；3.较好的抗氧化和耐蚀性能；4.拉伸强度高，屈服强度也很高，但其塑性较差；5.低温时易产生冷脆性，需要注意低温脆性状况；6.气蚀、海蚀及应力腐蚀裂纹等问题也需要特别关注。

P91焊接技术要点P91钢的焊接工艺相对复杂，需要注意以下要点：1.前处理在焊接前需要进行充足的前处理，包括除锈、清洗、切割、开槽、预热等工作。

除锈必须完全彻底，切割和开槽的精度必须达到一定要求，预热则需要严格控制温度和时间。

2.焊接电流在进行P91钢的焊接时，电流是需要严格控制的关键因素。

电流过大会导致材料的热影响区变大，引起裂纹、变形等问题，电流过小则容易引起局部堆积，导致焊口质量下降。

一般情况下，选择较低电流进行焊接，以控制焊接温度。

3.预热P91钢焊接前预热温度一般在200~300℃，必须预热至足够温度，以减缓焊接热影响，保证焊接质量。

同时，预热时间的长短也是需要注意的，过长会加大锅炉停机次数，过短会影响预热效果。

4.焊接材料P91钢的焊接材料应具有相同的组成和性质，可采用P91、P92或其它9Cr-1Mo-V焊丝。

需要注意的是，焊接丝尺寸应根据钢板厚度以及焊接电流进行选择。

5.后处理焊接结束后，需要进行后处理，包括锅炉安装、后热处理等。

后热处理必须充分，焊缝的最高温度应保持在750℃以下，以充分消除焊接过程中产生的残余应力，提高焊接质量。

注意事项在进行P91钢的焊接工作中，除了以上几点要注意的关键点，还需要注意以下一些事项：1.焊接环境的净化要求高，熔池中不允许出现氧化物、硅化物、磷化物等杂质；2.避免锅炉停机次数过多，预热时间过长，导致经济因素增加；3.控制焊接速度，避免焊接过快导致焊接质量下降；4.建立健全的焊接质量保证制度。

P91 钢主蒸汽管道焊接工艺及施焊技术

P91 钢主蒸汽管道焊接工艺及施焊技术摘要某电厂二期工程2×330MW 机组为国产引进机组，主蒸汽母管及疏水管道采用A335-P91 钢制造。

P91 钢在国内属应用推广阶段，国内安装施工单位对其焊接和具体施焊技术了解不够多。

本文就具体的现场焊接工艺和技术措施给予了较详细的阐述，对P91 现场施焊有一定参考意义。

关键词P91 钢焊接工艺技术1 电厂简介及现场P91 钢焊口情况某电厂二期工程2×330MW 燃煤发电机组为国产引进型火力发电机组，锅炉与汽机设备分别由美国巴布科克·威尔科克和法国BECALSTHOM 公司供货，主汽系统设计温度540℃，设计压力17.75MPa。

主汽系统管道（包括主蒸汽管及其疏水管）除去疏水管二次门后管段外，管子全部采用A335P91钢制造，主管道焊口规格为Φ325×30mm。

焊口设计为双V 型坡口，如图1 所示。

2 P91 钢简介、力学性能及化学成分P91 钢具有较高的断裂强度、抗氧化耐腐蚀性、低的热膨胀系数及高的热传导率，在美日等西方发达国家被广泛用作火力发电厂的主汽管及联箱等材料。

目前，在世界范围内成为核电站，老电站检修更换旧部件，新建火电厂代替F12、10 Cr Mo910 的新钢种。

该钢是美国80 年代在9Cr-1Mo配方的基础上，添加适量的V、Nb、N 等元素，得到的一种改进型9Cr-1Mo 钢，该钢合金元素含量较高，总量约为10%。

1983 年ASTM 将其列入A335 标准中，P 表示大管。

其钢号法国标准用TUZ10 CrVNb9-10 表示，德国DIN 标准为X10 Cr MoV91，日本住友金属株式会社用HCM9S 表示。

金相组织呈典型的马氏体骨架结构，因此具有一定的空淬硬化裂纹倾向及焊缝脆化，须焊前预热并保持一定的层间温度、焊后进行后热及热处理，焊接工艺参数宜采用小能量施焊，方能保证焊接接头的质量。

其力学性能和化学成分见表1 和表2。

T91／P91钢焊接工艺导则

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二00二年十月三十日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。

P91钢大径管水平固定焊接操作方法

P91钢大径管水平固定焊接操作方法P91钢大径管水平固定焊接背面保护气室制作P91属于高合金材质，根部易氧化，为了防止根部氧化，打底焊时，采取根部充氩进行保护。

具体方法是：在对口之前，分别将管口两端距坡口15-20mm处，用纸板密封起来，待管口对好后，在管口的内部就有一个空间，即所谓的气室。

用粘胶将预留间隙封闭起来，打底根部预留间隙一般为2-3mm左右，用6mm的小管子做成扁状，钻上小孔，接上氩气皮带，往气室内充入氩气。

待气室充满氩气后，才能进行打底焊接，一般是打底到什么位置，粘胶才能撤到什么位置，以便氩气从打底预留间隙内经过，从而打底时起到保护效果。

试件装配采用手工钨极氩弧焊两点定位，定位焊长度为10-15mm。

定位焊位置分别位于管道横截面上相当于“时钟2点”和“时钟10点”位置。

试件装配最小间隙应位于截面上“时钟6点”位置，以便控制焊接变形。

钨极氩弧焊打底焊接操作方法焊缝分左右两个半圆进行，在仰焊位置起焊，平焊位置收弧，每个半圆存在仰、立、平三种不同位置。

（1）引弧。

在管道的仰焊部位去掉一小块粘胶，时钟6点左右位置引燃电弧，先不加焊丝，待根部钝边熔化形成熔池后，即可填丝焊接。

为了使根部背面成型良好，熔化金属应送至坡口根部。

为了防止始焊处产生裂纹，始焊速度应稍慢并多填焊丝，以便焊缝加厚。

（2）送丝。

管道仰焊部位应采用内填丝法，即焊丝处于坡口钝边内，到了立焊和平焊位置时，将焊丝紧贴在坡口两侧，待熔池形成熔化，均匀送丝，焊丝端部始终处于氩气保护区。

（3）焊枪、焊丝与管的相对位置。

钨极与管子轴线成90°，焊丝沿管子切线方向，与钨极成约100°-110°左右，当焊至横截面相当于“时钟10点”至“时钟2点”的斜平焊位置时，焊枪略后倾。

此时焊枪与钨极成的100°-120°。

（4）焊接。

引燃电弧，控制电弧长度为2-3mm。

此时，焊枪暂留在引弧处，待两侧钝边开始熔化时立刻送丝，使填充金属与钝边完全熔化形成明亮清晰的熔池后，焊枪匀速上移。

P91特殊材料的焊接

P91特殊材料的焊接摘要近年来，世界各国都在努力提高耐热钢的应用温度，P91钢主要应用于600-620℃范围内的过热器、换热器和再热器管道，由于其 Cr含量为9%-12%，采用微合金化和控冷控制轧制技术，使其具有较高的化学和结构稳定性，因此，其耐热性能也有所改善。

但是，由于其合金化程度较高，其焊接过程中出现了较强的硬化倾向，给焊接带来了很大的困难。

冷裂是焊接中的主要问题。

为此，本文对P91特殊材料的焊接展开了论述。

关键词 P91钢焊接焊接工艺P91高合金耐热钢在电力、石油、化工等工业领域有着广泛的应用，其应用的先决条件是良好的焊接及热处理技术，然而，P91高合金耐热钢在实际应用中仍存在许多问题，如：人工电弧焊接时，其室温冲击韧度不稳定，甚至低于正常值，严重影响了其服役性能。

焊接工艺对焊接冲击韧性的影响。

因此如何优化焊接工艺而获得良好综合性能是本文研究的重点。

1P91钢的简介在90年代，我们国家已经研发出了T91/P91钢，并将它列入了国家标准，它的牌号是10Cr9MoVNbN，它的化学成分如表1.1所示。

在冶炼的过程中，这种钢使用了微合金化的纯净钢，利用控轧来提高它的高温强度，它的 C、 S、 P杂质含量被控制的非常低，而且微合金化元素 V、 Nb、 N的总量也很低，大约只有0.2%左右。

然而，这些元素能够通过沉淀强化，与碳形成碳化物、氮化物和碳氮化物，在形成沉淀强化的时候，它们还能对晶粒进行细化，从而使金属得到更好的强化。

Cr固溶强化，Mo提高高温稳定性，这类钢材以正火+回火状态供货，其显微组织为回火马氏体，这类钢除了在冶炼过程中通过固溶强化、沉淀强化和微合金化外，在轧制过程中还通过控轧、形变热处理及控冷获得高密度位错及高度细化晶粒的组织。

表 1.1 P91 钢 10Cr9Mo VNb N 钢的化学成分SA335-P91钢由于含Cr在8%~9%之间，Cr的氧化物稳定，使得该钢具有良好的抗腐蚀性和抗氧化性能，并高于同T22等级的钢，因此在制造锅炉和管道部件时可以减小壁厚，从而减轻了锅炉和管道部件的重量和加工量，提高了抗热疲劳的性能。

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。

P91与不锈钢焊接

Re: 不锈钢与P91钢焊接适用技术---[求助]楼主好！转载一篇专业文章，可能对你有所启发：焊接裂纹产生原因形成焊接裂纹的原因是多方面的，但可以归纳为力学因素和冶金因素两方面。

3.1 力学因素导致裂纹产生的力学因素主要为拘束应力。

压力钢管焊接时采用多层多道焊，焊接第一层焊缝时，由于焊缝截面远小于构件的截面，因此拘束应力和拘束变形将集中在截面比母材小很多并且变形相对容易的焊接区内，造成第一道焊缝的焊接区是最容易出现裂纹的区域。

拘束度越大，焊接区域承受的拘束应力和应变越大，造成焊接裂纹的危险性也越大。

焊缝在压缝完成后，特别工地环缝不可避免地会产生拘束度偏大，从而致使点焊区域承受的拘束应力和应变偏大。

焊接时，由于焊接区域的温度升高，点焊区域拘束应力得以释放，易造成裂纹的产生。

有时钢管丁字接头部位容易产生裂纹就是因应力过分集中造成。

3.2 冶金因素 3.2.1 冶炼杂质对高温脆性区的影响钢中的杂质元素如C、S、P、B会明显地扩大高温脆性区的温度范围。

60kgf/mm2钢种是一种含C、S、P量很低的Cr-Mo-V系合金钢。

Mn含量较高，约为1.20％～1.60％，可以减小高温脆性区，因而60kgf/mm2钢是一种可以减小高温脆性区的钢种。

3.2.2 钢的淬硬致脆倾向60kgf/mm2钢种碳当量Ceq=0.35％，裂纹敏感系数Pcm=0.185％，钢的淬硬致脆倾向不明显，是一种焊接性及抗裂性良好的钢种。

3.2.3 钢中氢的致脆氢是焊接冶金过程残留在钢中的气体杂质。

由于钢中残留的氢使钢的塑性恶化而形成氢脆。

3.2.4 焊接粗晶区晶界的弱化由于合金结晶过程的选择作用和相临晶粒间的相位不同，使得晶界总是含有比晶粒内部多得多的杂质和缺陷：而且由于晶界很薄，因而晶界的变形能力总是远低于晶粒本身的变形能力。

在正常受力下，晶粒本身承担厂主要的塑性变形，保证了合金的塑性和强度。

但NK HITEN610U2钢种因含有Cr、Mo、V等成分，Cr、Mo、V元素属于强碳化物及强氮化物形成元素，它们将会使晶界弱化或相对弱化。