焊接技師論文3

1、焊 接 技 師 考 評(píng) 論 文10Cr9Mo1VNb高壓蒸汽管道的焊接工藝 作者：廣利發(fā) 10Cr9Mo1VNb高壓導(dǎo)汽管道的焊接工藝摘要：10Cr9Mo1VNb鋼以其良好的高溫?zé)釓?qiáng)性和抗氧化性能，長(zhǎng)期運(yùn)行下優(yōu)異的組織穩(wěn)定性，造價(jià)低，管壁薄,重量輕，便于安裝等優(yōu)點(diǎn)，在高溫高壓管道上獲得越來(lái)越多的應(yīng)用。本文就高壓管道10Cr9Mo1VNb鋼的焊接過(guò)程作了詳細(xì)的論述，以期對(duì)以后該類材料的焊接起到一定的借鑒作用。關(guān)鍵詞： 10Cr9Mo1VNb 高壓導(dǎo)汽管 焊接工藝 預(yù)熱 焊后熱處理一、 前言該高壓管道的材質(zhì)為10Cr9Mo1VNb,規(guī)格為OD324×50mm，設(shè)計(jì)壓力為25.4Mpa，設(shè)

2、計(jì)溫度為576。10Cr9Mo1VNb鋼是我國(guó)引進(jìn)P91鋼并國(guó)產(chǎn)化的新型鋼種（美國(guó)牌號(hào)SA335-P91），P91鋼是美國(guó)機(jī)械工程協(xié)會(huì)（ASME）為了填補(bǔ)珠光體耐熱鋼和奧氏體不銹鋼之間600-650溫度區(qū)域使用的汽水管道用鋼的空白研制的，由于其出色的高溫性能和650以下優(yōu)良的持久和蠕變性能以及低的線膨脹導(dǎo)數(shù)，良好的工藝性，成本低（合金量9.5-11.5%）。長(zhǎng)期運(yùn)行下有優(yōu)異的組織穩(wěn)定性，而且管壁薄、重量輕、便于安裝等優(yōu)點(diǎn)，所以國(guó)內(nèi)外大型發(fā)電機(jī)組大口徑高溫高壓管道和聯(lián)箱都趨向于選用這種鋼材。隨著該材料國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程的不斷加快，以后我們會(huì)越來(lái)越多的采用國(guó)產(chǎn)的10Cr9Mo1VNb鋼。二、 可焊性分析1

3、. 10Cr9Mo1VNb鋼的特點(diǎn)10Cr9Mo1VNb鋼屬于9Cr-1MoVNb鋼種。是在9Cr-1Mo的基礎(chǔ)上添加V、Nb等碳化物元素，并采用真空脫氧，爐外精煉技術(shù)，S、P含量極低，在1040-1060正火空冷+760-780回火后得到的一種單相馬氏體組織，其高溫性能明顯改善。該鋼具有較好的熱強(qiáng)匹配和強(qiáng)韌匹配，其化學(xué)成分和機(jī)械性能見(jiàn)表一。表一 10Cr9Mo1VNb鋼的化學(xué)成分及機(jī)械性能 C Mn Si Cr Mo V Ni Al N Nb P S抗拉強(qiáng)度(Mpa)屈服強(qiáng)度(Mpa)伸長(zhǎng)率（）008012 030060020050800950085105018025040004003000

4、7000601000200010585415202焊接特性 10Cr9Mo1VNb鋼由于化學(xué)成分經(jīng)調(diào)整其高溫性能明顯提高，但其主要是通過(guò)加入Cr、Mo、V、Nb等強(qiáng)碳化物元素，焊接時(shí)在高溫空冷下易產(chǎn)生淬硬的馬氏體組織，根據(jù)國(guó)際焊接學(xué)會(huì)（IIW）推薦的碳當(dāng)量計(jì)算公式： Ccq=C+Mn/6+Ni/15+Cu/15+Cr/5+Mo/5+V/5 (%)由上式可知：10Cr9Mo1VNb鋼的Ccq =2.407%，這說(shuō)明該材料的可焊性較差，有較大的淬硬傾向，接頭冷裂紋和脆化是焊接該材料的主要問(wèn)題。另外，由于馬氏體鋼導(dǎo)熱性差，焊接殘余應(yīng)力較大，在焊接工藝選擇不當(dāng)時(shí)，冷裂傾向很大。另一方面，由于10Cr9

5、Mo1VNb鋼C含量較低，又采用真空脫氧，爐外精煉技術(shù)，S、P含量極低，該材料具有較好的熱塑性和韌性。所以，焊接時(shí)只要正確選擇焊前預(yù)熱、焊接工藝參數(shù)和焊后熱處理規(guī)范，同時(shí)避免強(qiáng)力對(duì)口，控制焊縫中的含氫量，冷裂和脆化是完全可以避免的，從而獲得優(yōu)質(zhì)的焊接接頭。三、 焊接工藝1焊接方法：采用鎢極氬弧焊（GTAW）打底，電弧焊（SMAW）填充和蓋面的焊接方法。2焊接材料：選用日本神戶制鋼所株式會(huì)社生產(chǎn)的焊材，焊絲型號(hào)為T(mén)GB-9CB，焊條型號(hào)為CM-9CB。其化學(xué)成分見(jiàn)表二。 表二 CM-9CB和TGB-9CB的化學(xué)成分（%）焊材型號(hào)CSiMnPSNiCrMoVNbCuCM-9CB0060361480

6、0060001098937107019003TGB-9CB00702010000080002071894089017004019 焊條在焊前須經(jīng)300350烘干1小時(shí)，120恒溫存放，現(xiàn)場(chǎng)焊條筒必須通電保溫，并扣好筒蓋，焊條隨用隨取。焊條在領(lǐng)出4小時(shí)后不能繼續(xù)使用，必須退回焊條庫(kù)。 選用氬氣作為保護(hù)氣體，氬氣純度99.95%，用于鎢極氬弧焊接和背面充氬氣保護(hù)。3焊前準(zhǔn)備（1）坡口清理：對(duì)口前先把坡口（U形）兩側(cè)管子內(nèi)外各2030mm范圍內(nèi)打磨干凈，直至露出金屬光澤，確保無(wú)漆斑、油漬、鐵銹、水分、氧化物或其他對(duì)焊接有害的物質(zhì)。對(duì)口前在管壁內(nèi)兩側(cè)距焊口500mm的位置采用水溶性紙封堵管口，用專用耐

7、高溫膠帶粘貼，最好粘貼23層水溶紙，做成密封性氣室。要特別注意檢查管子內(nèi)壁水溶性紙是否粘貼夠牢，以防在預(yù)熱期間脫落，造成前功盡棄。用手電筒檢查背面焊縫是否錯(cuò)口，整個(gè)焊口間隙是否均勻。（2）對(duì)口：保證內(nèi)壁平齊，錯(cuò)口值不得大于1mm。對(duì)口時(shí)用34塊鍥形塊（材質(zhì)與母材相同或相近）均勻分布點(diǎn)焊（用GTAW方法）在坡口上，點(diǎn)焊工藝及規(guī)范與正式施焊時(shí)相同。對(duì)口方法和尺寸下圖所示。注意在焊完兩層電弧焊后，方可用砂輪機(jī)磨掉焊點(diǎn)去除鍥形塊，以免拉裂母材。 （3）焊前預(yù)熱焊前預(yù)熱是焊接馬氏體鋼防止冷裂紋和脆化的重要措施。根據(jù)廣東火電工程總公司提供的焊接工藝卡（WPS），氬弧焊打底時(shí)的預(yù)熱溫度為100150，電弧焊

8、時(shí)的預(yù)熱溫度為250300，并保持層間溫度為300350。采用遠(yuǎn)紅外電加熱方法加熱，用熱電偶測(cè)溫，溫度記錄儀作焊接全過(guò)程的溫度記錄。（4）焊口背面充氬氣保護(hù) 10Cr9Mo1VNb鋼焊接時(shí)，為了防止根部焊縫由于過(guò)熱而產(chǎn)生過(guò)燒（氧化），管內(nèi)必須充氬氣保護(hù)。用銅管在對(duì)口間隙處(上爬坡910°)插入高壓導(dǎo)汽管中進(jìn)行充氬保護(hù)，充氬應(yīng)提前20分鐘進(jìn)行以便排出管內(nèi)空氣，對(duì)口間隙處用膠布封住，在仰焊處留一小段不封以便排出管內(nèi)的空氣。氬氣流量為1620L/min。在現(xiàn)場(chǎng)中，我們采用自制銅管（68mm），以便插入氬氣皮管，長(zhǎng)710cm,前端打扁磨薄后兩面鉆數(shù)個(gè)小孔，以利于氬氣往兩邊噴出。特別注意的是，

9、要檢查氣室的密封性后才能施焊。焊前用打火機(jī)打著火在還沒(méi)封住的那段間隙試一下有沒(méi)氣體冒出來(lái)，如果打火機(jī)火焰給吹掉了，那就證明里面氣室的密封性很好，這就可以施焊了。4焊接 （1）氬弧焊打底 氬弧焊打底是保證焊口質(zhì)量的關(guān)鍵一步。焊接順序和方向如下圖所示。 說(shuō)明：表示施焊先后順序。由于10Cr9Mo1VNb鋼中Cr含量是8.0-9.5%,焊接接頭性能的劣化是焊接該鋼種的主要問(wèn)題。焊縫金屬?zèng)]有控軋、形變熱處理的機(jī)會(huì)，晶粒不能細(xì)化，焊縫的韌性遠(yuǎn)不如母材。且母材受到焊接熱循環(huán)的影響，焊接熱影響區(qū)性能明顯劣化。此種焊接接頭性能劣化隨焊接線能量增大而加劇，所以應(yīng)采用小電流施焊，注意熔池要化得開(kāi)，在坡口兩邊一點(diǎn)一

10、點(diǎn)進(jìn)行加絲，使打底焊縫均勻美觀。氬弧焊打底其它部位全完成后，撤掉充氬的銅管，將剩余的氬弧焊打底進(jìn)行完。 (2) 電弧焊填充和蓋面為了減少焊接變形和提高工作效率，電弧焊時(shí)采用兩人對(duì)稱施焊，可以減少焊接應(yīng)力和變形。焊接時(shí)采用小規(guī)范多層多道焊接方法，如下圖。 第一層電焊選用2.6mm焊條，在保證熔化良好的前提下，盡量減少電流，以免燒穿氬弧焊打底焊縫。第二層用3.2mm焊條；第三層以后用4.0mm焊條，電焊中間層填充為78層；蓋面時(shí)采用3.2mm焊條，吊焊分三道蓋面，橫焊七至八道蓋面。焊層厚度控制在焊條直徑加2mm以下，層間溫度控制在250350?？刂茖娱g溫度在250350是保證焊縫質(zhì)量很重要的因素，

11、兩人施焊時(shí)盡量錯(cuò)開(kāi)，避免在某一段焊縫同時(shí)焊接，造成局部溫度超高。焊接時(shí)注意焊條的擺幅不能過(guò)大，焊條擺幅不超過(guò)焊條直徑的4倍。接頭應(yīng)錯(cuò)開(kāi)1015mm，同時(shí)注意盡量焊得平滑，便于清渣和避免出現(xiàn)“死角”。焊接規(guī)范參數(shù)見(jiàn)表三: 5后熱及焊后熱處理（1） 后熱焊接完成后先降溫至100120，恒溫12小時(shí)，進(jìn)行馬氏體轉(zhuǎn)變。焊后應(yīng)立即做熱處理，若特殊情況下不能做則應(yīng)在焊口焊接完畢后立即升溫到300350，進(jìn)行恒溫12小時(shí)的脫氫處理，以免產(chǎn)生裂紋。（2） 焊后熱處理 10Cr9Mo1VNb鋼焊后由于存在空冷淬硬組織，以及殘余應(yīng)力較大，必加以消除，須進(jìn)行高溫回火的焊后熱處理。 升、降溫速度：250×2

12、5/壁厚（/h），且不大于150/h； 熱處理溫度：760±1O； 恒溫時(shí)間：1小時(shí)×壁厚/25mm，最少不得少于4小時(shí)； 加熱范圍：6倍焊縫厚度。四、 焊接技術(shù)要點(diǎn)1 焊接操作中應(yīng)注意“三小一多、薄而快”的要領(lǐng)，即：采用小規(guī)格焊條、小電流、小擺動(dòng)、多層多道焊工藝，焊層薄，焊速快。關(guān)鍵因素是通過(guò)控制線能量而降低熱輸入量，避免層間溫度過(guò)高、焊層過(guò)厚，導(dǎo)致形成焊縫晶粒粗大，影響焊接接頭力學(xué)性能。2 應(yīng)嚴(yán)格控制預(yù)熱溫度及層間溫度，在防止裂紋的產(chǎn)生的同時(shí)，確保得到晶粒細(xì)小的焊后組織；合理布置熱電偶位置并由專業(yè)熱處理人員進(jìn)行監(jiān)測(cè)，確保層間溫度不超過(guò)350。3 打底時(shí)，一人打底，另一人

13、在另一側(cè)進(jìn)行監(jiān)督并根據(jù)需要調(diào)節(jié)電流的大小，避免根層焊縫出現(xiàn)氧化、未焊透等缺陷。打底結(jié)束封口后將電弧引導(dǎo)到坡口邊收弧，避免產(chǎn)生縮孔現(xiàn)象，以保證打底質(zhì)量。氬弧焊打底層厚度控制在2832mm。4 由于該種材料熔池鐵水較粘，所以注意要觀察兩側(cè)坡口以及接頭金屬熔化是否良好，避免未熔合缺陷的產(chǎn)生，加強(qiáng)層間焊渣清理干凈，防止焊縫夾渣。收弧時(shí)注意要填滿弧坑，以免產(chǎn)生弧坑裂紋。5 現(xiàn)場(chǎng)安裝施工時(shí)嚴(yán)格按工藝要求控制好焊接及熱處理過(guò)程中影響焊縫性能的每一個(gè)環(huán)節(jié)，確保焊接接頭的綜合性能滿足設(shè)計(jì)要求。五、 焊接質(zhì)量檢驗(yàn)根據(jù)進(jìn)行100%的UT檢驗(yàn)，另做100的表面PT檢驗(yàn)。 檢驗(yàn)結(jié)果表明，所采用的焊接工藝是可行的，焊接質(zhì)量一次檢驗(yàn)合格率達(dá)到