A335P91焊接工艺优化

一、引言

日照电厂一期工程是我国首台无政府担保有限追索融资方式引进两台由美国、德国联合制造的350MW汽轮发电机组。主蒸汽管道采用A335P91钢，规格为ID380mm×44mm，共计76只焊口。管道由德国BABCOCK公司供货。

A335P91是一种改进型的9Cr－1Mo钢，其化学成分和机械性能见表1和表3。A335P91在80年代末和90年代初开始在欧美等国电站中广泛使用，此钢的综合机械性能和焊接接头的性能皆优于X20CrMoV121和P22钢，540℃(105h)其高温蠕变强度146N/mm2,持久极限比X20CrMoV121钢高30 N/mm2,是P22钢的两倍,其可焊性和经济性等综合指标皆优于其它钢种，是目前一种性能比较理想的电站用钢。

表1 A335P91的机械性能表2 焊材的机械性能

表3 A335P91的化学成分

二、焊接工艺试验

1焊接材料和焊接规范的选用

1.1 焊材的选用

A335P91钢首次在山东电站应用，焊材选自德国Thyssen公司，化学成分及机械性能见表2、表4

表4-1 焊丝的化学成分：

表4-2 焊条的化学成分：

1.2 焊接参数的选定

试验管段规格φ234×26，材质为A335P91，坡口为双“V”型。管道对口间隙为4mm。我们依据德国DSD公司提供的焊接工艺卡，分别对水平固定和垂直固定的管道进行工艺试验，选取参数如下：

水平固定焊接工艺参数

垂直固定焊接工艺参数

1.3 选定加热参数

焊接加热采用远红外电阻加热自动控温。焊前预热：预热温度200～300℃，加热速度为200℃/h，保温一小时；焊接的层间温度控制在200～300℃，焊层厚度为3-4mm；焊后热处理：加热速度为200℃/h加热至760℃时，保温2h，冷

却速度为200℃/h ，冷至300℃后自然冷却。 2 试验结果 2.1 机械性能试验

我们对水平和垂直固定的焊件各加工了一组拉伸试样(3个)、冲击试样(3个)、冷弯试样（3个），分别进行了机械性能试验，试验数据如下：

拉伸试验结果

从试验数据分析,抗拉强度已满足要求,但焊缝的塑性较差,冲击功在14～29J 之间，既达不我国电力公司98年天津会议所规定的冲击功≥25J 的标准，也满足不了ASME 标准的要求。为查明原因，我们对焊件进行了金相和硬度检验,对冲击试样断口进行了扫描电镜分析。

硬度试验结果：

焊缝及HAZ 的硬度值比工艺卡要求的偏高30～50HB 。 2.2金相试验

焊接接头的金相检验结果，组织为 回火索氏体、板条马氏体，未发现宏观 缺陷、微观裂纹及网状组织，说明焊接 材料的选择与使用，预热温度、层间温

度的控制和热处理规范是正确的。但从 组织分析，原奥氏体晶粒粗大，马氏体

的位向比较明显。 图（一） 3 原因分析

3.1 图片（一）的金相组织是选取水平固定第五层与第六层的交接处,即ф3.2与ф

4.0焊条的交合处。复查焊接试验记录单，ф3.2焊条选用120-130A 电流进

行焊接，焊接速度为65mm/min 。ф4.0的焊条选用了150～160A ，焊接速度75mm/min ，焊层厚度为4.1 mm 。可以看出，焊接电流过高，焊层过厚，促使了奥氏体长大，是产生长板条马氏体的主要原因。

3.2 由于焊后热处理加热速度为200℃/h 至760℃时，保温2h ，加热速度过快，760℃保温时间短，索氏体的形成量并不多，造成焊缝硬度偏高，是接头的冲击及延伸率低的另一方面原因。

三、 解决焊接接头塑性差的措施

据以上分析，解决焊接接头塑性差，提高其冲击值的途径，首先是要严格地控制焊接线能量不超过24KJ/cm ，选用小的焊接规范，控制每一焊层的厚度尽可能薄，控制焊接的层间温度，使其介于230～300℃之间。其次，焊后热处理加热速度须降低，恒温时间要加长。 1 焊接参数的修改 1.1加热参数的修改

焊前预热：预热温度230～250℃，加热速度为150℃/h ，保温一小时；焊接的层间温度控制在200～300℃，焊层厚度不超过3.0mm ；焊后热处理：加热速度为150℃/h 加热至760℃时，保温4h ，冷却速度为150℃/h ，冷至300℃后自然冷却。

2.2焊接参数的修改

水平固定焊接工艺参数

垂直固定焊接工艺参数

3 重新修订工艺后的试验结果

在其它条件不变的情况下，按新的焊接参数，焊制了新的机械性能试样（共做了9个试样，拉伸3个，冲击6个），结果其σb为608～652Mpa，σs490～535MPa，焊缝硬度值198～210HB，δ为18%～20%，6个冲击试样中仅有一只冲击功为29J外，其余冲击功均≥58J。从试验结果分析，焊接接头不仅强度指标没有下降，而且其塑性指标大大提高。焊缝的金相组织为均匀的马氏体和索氏体，见图（二）。符合DSD提供的工艺卡的要求。

焊缝组织热影响区组织

图（二）

四、结论

通过P91焊接工艺试验，P91的可焊性优于X20CrMoV121。焊接过程中，应严格地控制焊接参数，主在体现在：选用尽可能小的焊接电流，焊层厚度不超过3mm，焊接层间温度不超过300℃，延长焊后的热处理恒温时间，焊接接头的机械性能完全可以呆以达到工艺卡的要求。

五后述

日照电厂一期工程，主蒸汽管道共计76只焊口。由于P91焊口返修、挖补非常困难，在焊接过程中，我们加强了焊接过程管理，一方面要求焊工严格执行焊接工艺，另一方面加强焊接过程中的监督检查，从而确保了76只焊口一次探伤合格率达100％。我本人有幸参入了日照工程P91材料的工艺试验及现场焊接的全过程，下面就P91焊接过程谈谈本人的体会。

（一）、现场施工的质量控制

1、P91钢属空冷马氏体钢，因此施工过程中应采取措施，防止冷裂纹和再热裂纹的产生。一方面优化焊条的烘焙，控制焊条的烘焙温度和升温速度，以消除焊条中潜在的氢含量对焊缝质量的影响。二是采取规范的预热和焊后热处理，针对日照现场环境比较潮湿的特点，适当降低焊接过程及焊后热处理的升温和冷却速度，焊后冷至150～100℃，立即更换炉具，进行热处理，以防止冷裂纹的产生。三是