P92钢焊条熔敷金属试验研究技术总结报告

根据国内外焊接专家的长期研究和试验，由公司承担的1000MW超超临界燃煤发电机组主蒸汽管道P92钢现场焊接工艺评定，选择德国伯乐蒂森公司生产的手工电弧焊焊条作为本次P92钢现场焊接工艺评定用焊条。为取得第一手资料，进一步确定P92钢焊接工艺参数，为P92钢现场焊接工艺评定作好技术准备，特对P92钢焊条熔敷金属进行堆焊试验，以充分熟悉P92钢焊材的工艺特性，同时对熔敷金属化学成分、金相组织、力学性能、AC1温度、不同回火参数下的冲击功等关键参数进行测试，以此来优化焊后热处理工艺。经过试验表明，伯乐蒂森公司提供的P92钢手工电弧焊焊条焊接工艺性能良好，焊工能较快适应其工艺特性。回火试验和AC1测试结果表明，回火温度760℃时能得到满足标准要求的冲击功、常温力学性能、高温持久强度和金相组织。经过试验总结出在焊接过程中需要进一步控制质量，加强层间清理，以避免出现各种焊接缺陷和影响焊接接头性能。在本次熔敷金属堆焊试验中，为保证试验数据具有较高的可信度，我们选择了国内声誉较好的试验和加工协作单位,来共同完成P92钢焊接材料熔敷金属试验工作。

1、公司负责P92钢手工电弧焊焊条的堆焊试验工作。

2、选择长期与我公司有着合作关系的公司负责对堆焊试件进行焊后热处理以及试样加工工作。

3、委托P92钢焊接工艺评定监督和指导单位——对试样进行检验。

1）试板准备：

熔敷金属的焊接试验试板要求的坡口形式、间隙和试板厚度见图1所示。垫板材料为20钢或P91钢，垫板可靠点固在坡口下。

单位：mm

图1

2） 焊接试样的焊前清理：

   清除坡口内及附近50mm范围内及垫板焊接侧母材上的铁锈、油污和其它杂物。加工、打磨坡口至露出金属光泽。对焊接坡口进行外观检查，必要时进行表面探伤。最后用丙酮擦洗坡口表面。

3）试验用焊接材料：

堆焊SMAW电焊条，焊条直径为φ3.2、φ4.0mm两种规格。

4）焊条、焊丝要求：

   焊条焊前在350℃温度下烘干2小时，将烘干的焊条放置于保温筒内并接电源使其处于恒温状态，随用随取。焊丝表面应无铁锈、油污等，若有则用砂纸打磨和酒精清洗。

5）焊工资质：

   安排具有T/P91钢焊接持证项目的焊工负责此次试验焊接工作。要求焊接人员技术优秀。所有堆焊工作由1名焊工完成，并且严格按焊接工艺进行焊接，由专人对堆焊全过程的工艺参数进行记录，并保存原始记录。

2005年2月21日至2005年2月28日完成堆焊试验。

2005年2月29日至2005年3月20日完成热处理及试验加工

2005年3月21日至2005月5月20日前完成试验检验工作。

1）首先在坡口和背板上堆焊过渡层2层，过渡层厚度≥5mm，隔离带宽10mm，然后按正常工艺施焊。隔离带堆焊时选用φ4.0mm焊条。

2）堆焊前用远红外自动加热器预热至150-250℃，层间温度控制在200-250℃之间。中间被迫停止，应进行300-350℃的消氢处理，保温2小时。热处理等用的热电偶和仪表经过检定和校正。

3）用φ3.2mm焊条进行堆焊直至堆焊完毕（平焊1G位置），共堆焊2件。

4）焊条直径为φ4.0mm，采用横焊位置堆焊（横焊2G位置），共堆焊1件。

5）焊接工艺参数见表1：

表1

焊后热处理曲线图见图2：

图2

热处理：焊接完毕后进行热处理。将进行回火试验的试样截取出来后，对其余部分进行工艺规定的焊后热处理。热处理完毕在熔敷金属中心打钢冲标记，将试件焊缝两边多余的20钢用机械加工去除，每侧留20~25mm（保证横向冲击试样55mm长度）。

采用机械加工方法将试件截成长短不一的试样，各种性能试验所需的试样沿焊缝轴向分布见图3（图中数据未考虑加工余量）。

图3

1）拉伸试样的取样位置图4所示，试样加工按国标GB-T6397－86进行，采用直径10mm的短比例试样（标距＝5.65F₀^0.5）。

图4

2）冲击试样的取样位置和缺口方向图5所示，试样加工按国标进行，采用55╳10╳10mm、2mm缺口夏比冲击试样。

图5

3）AC1试样形状为直径3mm的小圆棒或3×3mm的方棒，长度15~20mm，要求两端面平行并与试样长轴垂直。

4）化学分析和金相所需的试样加工至熔敷金属即可，圆形或方形均可。

1）焊材的工艺性能评价；

2）力学性能、组织结构和物理性能试验：

l        室温拉伸两个

l        高温拉伸（600℃）两个

l        冲击功：20℃室温冲击3个

l        硬度：显微维氏硬度和布氏硬度

l        组织分析：光学及扫描电镜、能谱分析

l        化学成分：P92钢的各主要成分

l        回火试验：选择三种不同温度进行回火，进行冲击试验（待定）、组织观察、硬度测量

l        AC1点测试：1~3个试样。

SMAW电焊条熔敷金属试验，试板材质为16MnR，规格：400╳200╳30mm。堆焊符合方案要求，试件数量共3件，其中φ3.2mm焊条2件; φ4.0mm1件，堆焊示意图如图6、7、8，堆焊参数见表2。

       

图6                                    图7

图8

      根据试验条件： 第一阶段   40-600℃，升温速率10℃/min；

第二阶段   600℃，保温5min；

第三阶段   600-900℃，升温速率3℃/min。

采用膨胀量极值法确定的SMAW熔敷金属的AC1点为820℃。采用拐点法，确定的AC1点为814.5℃。但考虑到GTAW工艺由于化学成分的偏析，在775℃回火很难保证局部区域不超过AC1相变点，这是GTAW熔敷金属在775℃回火冲击功急剧降低的可能原因之一。所以综合考虑，对焊接接头进行760℃回火是比较安全的。为了进一步提高冲击功，将保温时间可延长至6小时。

1）拉伸试验结果见表5：

表5          760℃回火后的组织结构和力学性能

从拉伸试验结果看，SMAWφ3.2mm焊条堆焊的熔敷金属室温和高温拉伸最低点强度偏低，对该试样的拉伸断口进行SEM和能谱分析，见图9和图10。在拉伸断口中心区域分布有异常的块状组织，分布区域约占试样横截面的15%，能谱分析表明这些组织富集C、O、Cl、K等，而合金元素较少，说明这是夹杂。在高温拉伸断口中同样有这样的夹杂，经过分析，认为这些夹杂是造成强度降低的主要原因。

2)金相及能谱分析：

图9

                          图10

金相显微组织为回火马氏体（回火索氏体），见图11。

                        图11

为进一步确定原因，对φ3.2mm焊条重新堆焊一试件，并加强了层间清理。堆焊结束后经过760℃，6小时热处理后，进行室温拉伸试验测定，获得比较满意的结果，其实测有关数据见表7。

1、伯乐蒂森公司提供的P92钢手工电弧焊焊条焊接工艺性能良好，焊工能较快地适应工艺特性。

2、通过熔敷金属试验，证明所制定的焊接工艺参数是合理的，方案是可行的。

3、回火试验和AC1测试结果表明，760℃回火能保证焊缝的冲击功、焊接接头强度以及其它性能指标。

4、焊接过程中须进一步控制质量，焊条要按要求烘干，层间清理彻底，避免出现焊接缺陷影响焊接接头的性能。

根据国内外焊接专家的长期研究和试验，由公司承担的1000MW超超临界燃煤发电机组主蒸汽管道P92钢现场焊接工艺评定，选择德国伯乐蒂森公司生产的手工电弧焊焊条作为本次P92钢现场焊接工艺评定用焊条。为取得第一手资料，进一步确定P92钢焊接工艺参数，为P92钢现场焊接工艺评定作好技术准备，特对P92钢焊条熔敷金属进行堆焊试验，以充分熟悉P92钢焊材的工艺特性，同时对熔敷金属化学成分、金相组织、力学性能、AC1温度、不同回火参数下的冲击功等关键参数进行测试，以此来优化焊后热处理工艺。经过试验表明，伯乐蒂森公司提供的P92钢手工电弧焊焊条焊接工艺性能良好，焊工能较快适应其工艺特性。回火试验和AC1测试结果表明，回火温度760℃时能得到满足标准要求的冲击功、常温力学性能、高温持久强度和金相组织。经过试验总结出在焊接过程中需要进一步控制质量，加强层间清理，以避免出现各种焊接缺陷和影响焊接接头性能。在本次熔敷金属堆焊试验中，为保证试验数据具有较高的可信度，我们选择了国内声誉较好的试验和加工协作单位,来共同完成P92钢焊接材料熔敷金属试验工作。

一、       试验分工与协作

1、公司负责P92钢手工电弧焊焊条的堆焊试验工作。

2、选择长期与我公司有着合作关系的公司负责对堆焊试件进行焊后热处理以及试样加工工作。

3、委托P92钢焊接工艺评定监督和指导单位——对试样进行检验。

二、熔敷金属堆焊试验方案

1．焊前准备

1）试板准备：

熔敷金属的焊接试验试板要求的坡口形式、间隙和试板厚度见图1所示。垫板材料为20钢或P91钢，垫板可靠点固在坡口下。

2） 焊接试样的焊前清理：

   清除坡口内及附近50mm范围内及垫板焊接侧母材上的铁锈、油污和其它杂物。加工、打磨坡口至露出金属光泽。对焊接坡口进行外观检查，必要时进行表面探伤。最后用丙酮擦洗坡口表面。

3）试验用焊接材料：

堆焊SMAW电焊条，焊条直径为φ3.2、φ4.0mm两种规格。

4）焊条、焊丝要求：

   焊条焊前在350℃温度下烘干2小时，将烘干的焊条放置于保温筒内并接电源使其处于恒温状态，随用随取。焊丝表面应无铁锈、油污等，若有则用砂纸打磨和酒精清洗。

5）焊工资质：

   安排具有T/P91钢焊接持证项目的焊工负责此次试验焊接工作。要求焊接人员技术优秀。所有堆焊工作由1名焊工完成，并且严格按焊接工艺进行焊接，由专人对堆焊全过程的工艺参数进行记录，并保存原始记录。

2、试验时间安排：

2005年2月21日至2005年2月28日完成堆焊试验。

2005年2月29日至2005年3月20日完成热处理及试验加工

2005年3月21日至2005月5月20日前完成试验检验工作。

3、堆焊要求：

1）首先在坡口和背板上堆焊过渡层2层，过渡层厚度≥5mm，隔离带宽10mm，然后按正常工艺施焊。隔离带堆焊时选用φ4.0mm焊条。

2）堆焊前用远红外自动加热器预热至150-250℃，层间温度控制在200-250℃之间。中间被迫停止，应进行300-350℃的消氢处理，保温2小时。热处理等用的热电偶和仪表经过检定和校正。

3）用φ3.2mm焊条进行堆焊直至堆焊完毕（平焊1G位置），共堆焊2件。

4）焊条直径为φ4.0mm，采用横焊位置堆焊（横焊2G位置），共堆焊1件。

5）焊接工艺参数见表1：