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 -目目录录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：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，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通过多种试验优化方案得到的较为理想的工艺想的工艺。试验的过程中试验的过程中，依据标准依据标准 DL/T868-2004 对焊接接头分别进行取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。功与否进行了验证。- 2 -1本课题目标的提出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焊接工艺评定标准， 确定了室温下确定了室温下 P92 钢焊接接头基本性能要求钢焊接接头基本性能要求 （见表见表 1） ，同时制定了同时制定了 P92 钢焊接工艺优化试验研究任务书。钢焊接工艺优化试验研究任务书。表 1P92 焊接接头基本性能表抗拉强度 MPa屈服强度 （0.2%） MPa断后伸长率 5d,%180冷弯 裂纹长度 mm焊缝 冲击功 J硬度 HB62044015341300- 3 -其它要求1、试件焊缝根部应焊透，不得有未熔合。表面及内部质量应符合相关标准 要求。 2、微观金相检验：焊缝金属和热影响区不出现严重的组织偏析、淬硬的马 氏体、网状组织等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 ASMEQW-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 Akv（一般用钢或者是横向）30ftlbf（J=1.355818ftlbf，41J） （核电用钢或者是纵向）50ft-lb（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 -4）焊接工艺评定侧弯试样：共 4 件，执行标准 GB/T2653，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。- 5 -表 2 试板焊接规范参数焊接材料预热温度 （）层间温度 （）焊接规范牌号规格焊接电流 （A）焊接电压 （U）焊接速度 （cm/min）MTS6163.2200200300120242618焊后热处理焊条烘干 温度时间 (h)热处理起始温 度 （）热处理温度 （）恒温时间 （h）升温速度 (/h)降温速度 (/h)80907602300300（300350） 1.5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）材料化学成分CMnPSSiNiCrMo- 6 -A335P920.07 0.130.3 0.60.020.010.50.48.5 9.500.3 0.6Alcromocord 920.111.050.00820.0080.190.448.600.50Boehler Fox P920.0980.620.0120.0050.200.538.030.48Chromet 92注0.0850.580.00740.010.220.447.960.370.0910.640.0090.00530.240.549.130.48MTS6160.100.600.00820.0090.200.608.490.48材料VNbWBNCuAlCoA335P920.15 0.250.04 0.091.5 2.00.001 0.0060.03 0.07/0.04/Alcromocord 920.220.0611.850.00280.0370.01710）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2.4mm 的 GTAW 焊丝：9CrWV；规格2.5mm、 3.2mm 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- 10 -图 4 焊接坡口尺寸设计表 9P92 钢和熔敷金属化学成分（Wt）材料CSiMnSPCrNiMoWVNbBAlNP920.10.470.40.0010.00828.770.120.381.480.160.0540.00110.020.0439CrWV0.120.290.710.0080.0099.080.490.421.720.190.060.0030.010.06Chromet92(2.5)0.10.20.640.010.0090.060.610.481.670.190.0520.0020.010.063Chromet92(3.2)0.0910.240.640.0090.00539.130.540.481.670.200.0570.0022/0.046表 10P92 钢和熔敷金属机械性能材料室温拉伸 冲击功J抗拉强度MPa非比例延伸强度MPa延伸率%断面收缩率P9265147031.271118、 135、 134熔敷金属86076013.048.0 107、 105、 9672058017.059.5 76063514.056.03.2P92 钢焊接参数的选取试验由持有焊接操作资格证，且具有丰富施焊经验的焊工担任。焊接设备选用较多的是设备选用较多的是 ZX7-400STG。3.2.1 焊接参数的选取根据南京会议上课题组协商并制定的 P92 钢焊接参数和热处理参数，- 11 -并结合现场实际（如热处理）和生产效率等各方面因素，在 5 月 8 日和 6月分别安排了两组 P92 钢焊接工艺试样的焊制，课题组对焊接过程和热处理过程都进行了详实的记录。试验结果不甚理想，主要是弯曲试验和冲击试验结果达不到要求。课题组注意到一些现象，金相组织的沿奥氏体晶界金相组织的沿奥氏体晶界和晶内存在析出物。经过分析，认为层间温度过高，对焊接参数进行了一和晶内存在析出物。经过分析，认为层间温度过高，对焊接参数进行了一些改进。但在些改进。但在 8 月份又进行一轮焊接工艺试验，冲击值还是达不到任务书月份又进行一轮焊接工艺试验，冲击值还是达不到任务书的要求的要求，在对冲击试样进行了在对冲击试样进行了 SEM 分析分析，断口为准解理断裂断口为准解理断裂，因此排除了因此排除了之前提出的由于晶界析出物导致的沿晶脆断。之前提出的由于晶界析出物导致的沿晶脆断。焊接工艺参数有待进一步的焊接工艺参数有待进一步的完善完善。在做了一些炉内热处理试验，并对焊接接头进行了断口分析，总结。在做了一些炉内热处理试验，并对焊接接头进行了断口分析，总结之后，确定了以下的焊接工艺参数：之后，确定了以下的焊接工艺参数：（1）虽然虽然 P92 钢的淬透性很强钢的淬透性很强，但是含碳较低但是含碳较低，其冷裂纹敏感性并不其冷裂纹敏感性并不大大，资料推荐资料推荐 P92 钢只需预热到钢只需预热到 100即可即可。但据上海锅炉厂的但据上海锅炉厂的 SA355P92冷裂纹插销试验和斜冷裂纹插销试验和斜 Y 型坡口焊接裂纹试验的结果表明，预热温度需要提型坡口焊接裂纹试验的结果表明，预热温度需要提高到高到 150， 才能有效的防止焊接冷裂纹的产生才能有效的防止焊接冷裂纹的产生。 因此在合理选材的前提下因此在合理选材的前提下，焊接时建议在焊接时建议在 150预热，预热，层间温度不大于层间温度不大于 250。（2）由于焊缝金属对第一次回火的温度敏感由于焊缝金属对第一次回火的温度敏感，因此工艺设计每层焊层因此工艺设计每层焊层不能厚不能厚，控制焊道厚度不超过控制焊道厚度不超过 3mm，建议焊层为建议焊层为18 层层；焊条可作横向摆焊条可作横向摆动，宽度不超过动，宽度不超过 4 倍的焊条直径。倍的焊条直径。（3）焊接时尽量采用小线能量（12kJ/cm）的焊接工艺方法，按每根焊条熔化时间为定值：60S，计算下来每根焊条可焊的焊道长度约计算下来每根焊条可焊的焊道长度约为为140mm190mm， 在焊接过程中的具体操作方法为每条焊道长度不短于按照最大的线能量焊出的焊道长度。这样才能保证每条焊道的线能量都不超过- 12 -焊接工艺指导书的设定值。（4）焊接后热处理操作务必依照标准）焊接后热处理操作务必依照