新型耐熱鋼焊接及新技術

1、新型耐熱鋼焊接接頭可靠性及焊接新技術,新型耐熱鋼的常見焊接質量問題,焊接缺陷 冷裂紋-焊縫微裂紋，低匹配裂紋，低硫鋼裂紋 熱裂紋-火口裂紋，焊道中心裂紋(面狀缺陷) 再熱裂紋-T/P22，T/P23，T/P24，G102 熱應力裂紋-根部裂紋，焊縫中心裂紋，返修焊裂紋（補焊裂紋） 氣孔-氬弧打底焊氣孔，焊縫氣孔 焊縫沖擊韌度比較低，而且不穩(wěn)定 ASME，EN沖擊標準不統(tǒng)一， 焊縫易脆化-焊材成分、應變脆化，回火脆化，相變脆化、 焊接工藝（預熱、層溫、線能量、熱處理、操作技術 ） 3 異種鋼焊接易發(fā)生裂紋及早期失效 焊材匹配、碳遷移、蠕變強度、蠕變裂紋 4 焊接接頭蠕變斷裂強度大大低于母材 比母

2、材低20-40%，40-60% 5 高溫長期運行壽命降低，易發(fā)生早期失效 蠕變強度，附加應力，碳遷移，熱處理，AC1溫度，氧化疲勞，、型蠕變裂紋， 型疲勞裂紋,發(fā)生早期失效蠕變裂紋的實例,美國P91集葙環(huán)縫運行早期失效調查結果： 一 共調查14條集葙環(huán)焊縫： 未發(fā)生早期失效的環(huán)焊縫有9條，占65。 發(fā)生集葙環(huán)焊縫型開裂早期失效的有5條，占35。 二 發(fā)生環(huán)焊縫型開裂早期失效集葙的分類： 過熱器集葙有2條環(huán)焊縫失效。 再熱器集葙有3條環(huán)焊縫失效。 三 發(fā)生集葙早期失效的制造公司： B welded joint (P911 / Thermanit MTS 911,VALLOUREC P911 /

3、SMAW Thermanit MTS 911; 650C, 70 MPa, 4295 hrs,Base,metal,HAZ,Weld,metal,HAZ,VALLOUREC PWHT at 750,Temperature,Time h,PWHT- issue/ actual thermal condition of heat treatment eqipment,furnace,26個熱電偶溫差20,Possible locations for temp. measuring,thermocouple,9Cr-1Mo鋼回火參數(shù)對沖擊韌性的影響,采用比較低的焊接預熱溫度即使不熱處理沖擊值也比較高

4、,AC1,AC3,MS,MF,400,350,300,250,1,2,3,1,4,5,焊道間的自回火作用,時效對焊縫沖擊韌度的影響,時效后焊縫沖擊韌度大大低于母材,E911,P122母材時效后沖擊韌度顯著降低,鐵素體異種鋼焊接,蒂森公司異種鋼焊接經驗,鐵素體鋼與奧氏體鋼焊接 大口徑管：先在鐵素體鋼堆焊鎳基過渡層熱處理用鎳基焊條焊接不預熱，不熱處理 小口徑管：直接用鎳基焊條焊接熱處理 鐵素體鋼與鐵素體鋼的異種鋼焊接焊接 碳遷移與焊接接頭早期失效無關 可用高、中、低匹配焊材焊接 焊后熱處理溫度應符合兩種母材要求,我國鐵素體異種耐熱鋼焊接經驗,過去經驗 選焊材：低、中匹配 焊后熱處理應符合兩種母材要

5、求 碳遷移是早期失效的主要原因 采用鋼102作為T22，12Cr1MoV與T91，T92，T122異種鋼焊接接頭的過渡段 新經驗 采用高匹配焊材可以實現(xiàn)不預熱焊接 高匹配焊接接頭的焊接熱影響區(qū)沖擊韌度好 焊態(tài)沒有碳遷移，熱處理之后出現(xiàn)了天球儀碳遷移，高溫運行1萬小時之后脫碳層逐漸消失，所以，碳遷移不降低焊接接頭10萬小時蠕變斷裂強度 異種鐵素體耐熱鋼焊接接頭運行早期失效的主要特征是、型蠕變開裂，而不是脫碳層 采用T23作為T22，12Cr1MoV與T91，T92，T122異種鋼焊接接頭的過渡段,異種鋼焊接接頭焊態(tài)沒有碳遷移 熱處理之后產生脫碳層和增碳層 用低匹配焊材不預熱焊接，易產生HAZ裂紋

6、 用高匹配焊材不預熱焊接，不產生焊接裂紋,發(fā)現(xiàn)異種鋼接頭的型開裂（熔合區(qū)界面開裂，氧化疲勞裂紋,提高焊接接頭蠕變斷裂強度新技術,F11+P22異種鋼焊接接頭,580,十萬小時蠕變斷裂強度 R407 (化學成分低匹配，蠕變斷裂強度低匹配) R507 (化學成分中匹配，蠕變斷裂強度低匹配) R817(化學成分高匹配，蠕變斷裂強度高匹配,焊接接頭蠕變斷裂強度減弱系數(shù),40,100,1000,10000,100000,時間(小時,20,200,設計許用應力,100,P91異種耐熱鋼焊接接頭脫碳層 對蠕變斷裂強度影響示意圖,應力 Mpa,60,80,98MPa,57MPa,45MPa,90MPaa,12

7、0,180,140,77MPa,母材,同種接頭,異種接頭,環(huán)縫橫向應力,設計許用應力,Creep Tests on T/P92 Welds at 600C,Thermanit MTS 616,Confidential Draft,Creep Tests on T/P92 Welds at 625C,Thermanit MTS 616,Confidential Draft,Creep Tests on T/P92 Welds at 650C,Thermanit MTS 616,Confidential Draft,耐熱鋼焊接新技術,新型耐熱鋼可以實現(xiàn)不預熱焊接 部分耐熱鋼可以實現(xiàn)焊后不熱處理 焊

8、接熱裂紋可以通過改進焊接坡口和排道方法消除 采用高匹配焊材焊接異種鋼，焊接冷裂紋傾向小 異種耐熱鋼焊接接頭中碳遷移不降低十萬小時蠕變斷裂強度 采用焊接新技術可以避免異種耐熱鋼焊接接頭早期失效 焊縫沖擊韌度可以接近或達到母材沖擊韌度水平 焊接接頭蠕變斷裂強度接近或達到與母材同水平 采用特殊焊接新技術焊接F11鋼，安全運行30年無失效,管道打底焊焊接新技術,無內充氬保護打底焊 藥芯焊絲打底焊 坡口表面涂特殊焊劑的打底焊 蒂森公司E9018-B9焊條正接打底焊 無內充氬的TIG打底焊 自動TIG打底焊 TIG打底焊裂紋 焊縫中心裂紋改進焊接坡口和焊道排列操作技術 熱應力裂紋改進焊接工藝和降低拘束度

9、氣孔 TIG打底焊時必須內充氬保護三道以上 改進焊條烘干,新型耐熱鋼管道SMAW焊接新技術,采用焊芯過渡焊條 真空包裝焊條可以開包即用 降低的焊接總熱輸入(單道熱輸入,多道焊總熱輸入) 降低焊接預熱溫度，建議150-200，不預熱無裂紋焊接新技術 降低層間溫度，建議200-250 ，100J 推薦蒂森焊條采用770-780焊后熱處理 降低焊后熱處理溫度及保溫時間,7304h，Akv27J 焊縫不熱處理的沖擊韌度27J 提高焊接接頭蠕變斷裂強度與熔敷金屬或母材等強 無蠕變裂紋和早期失效,防止焊接接頭(同種及異種)早期失效新技術,推薦采用特殊的高匹配焊接材料 采用特殊的熱處理 晶粒粗化熱處理 晶粒均勻化熱處理 盡可能提高焊接接頭的蠕變斷裂強度 改善、型開裂區(qū)組織，提高蠕變斷裂強度 降低工作溫度和應力 降低許用應力和熱強系數(shù)，增加設計壁厚余量 采用9Cr-3W-3Co-VNbB新鋼材，不會出現(xiàn)細晶粒軟化區(qū)，不會發(fā)生早期失效,結論： 新型耐熱鋼焊接冷裂紋傾向小，可以降低預熱溫度 焊接產品中發(fā)現(xiàn)的特殊焊接微裂紋，無損探傷無法發(fā)現(xiàn) 高匹配焊接有以下優(yōu)點： 氫致裂紋敏感性降低，可實現(xiàn)耐熱