第一篇：電力行業(yè)新型耐熱鋼的焊接現(xiàn)狀

電力行業(yè)新型耐熱鋼的焊接現(xiàn)狀

一、前言

鍋爐機(jī)組參數(shù)的提高依賴于新型鋼材的出現(xiàn)。世界各國(guó)在六十年代有過(guò)提高機(jī)組參數(shù)的嘗試，后因?yàn)殇摬膯?wèn)題又都陸續(xù)將參數(shù)退回到了540℃左右這一典型參數(shù)。直到九十年代，以T/P91鋼為標(biāo)志的新型耐熱鋼的出現(xiàn)，機(jī)組參數(shù)的提高才成為可能。這些新型耐熱鋼的出現(xiàn)，是焊接工作者的新課題。

二、我國(guó)超超臨界機(jī)組新型耐熱鋼的焊接

我國(guó)電站中應(yīng)用新型9Cr-1MoVNb鋼（P91）在九十年代中期，經(jīng)過(guò)十余年的摸索，對(duì)該鋼材的焊接有了較深刻的了解，據(jù)此也認(rèn)識(shí)到新型耐熱鋼的一些焊接特點(diǎn)，為我國(guó)鍋爐機(jī)組參數(shù)的提高積累了一些經(jīng)驗(yàn)。2006年投產(chǎn)的華能浙江玉環(huán)發(fā)電廠單機(jī)容量1000MW超超臨界火力發(fā)電機(jī)組中，除去T/P91鋼外，還使用了P92鋼、Super304H鋼、HR3C鋼等，其中，Super304H鋼和HR3C鋼屬于奧氏體耐熱鋼，其焊接只局限在鍋爐制造廠，鍋爐安裝現(xiàn)場(chǎng)焊接工作中焊接T/P91鋼和P92鋼都屬于鐵素體耐熱鋼，是目前電力行業(yè)焊接工藝進(jìn)步和取得突破的重點(diǎn)，以下簡(jiǎn)單介紹它們的焊接。

1、T/P91鋼的焊接

T/P91鋼是ASME標(biāo)準(zhǔn)SA213-T91/SA335-P91鋼的簡(jiǎn)稱(chēng)，是八十年代美國(guó)的樹(shù)嶺試驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的新型耐熱鋼，稱(chēng)為9Cr-1MoVNb鋼。9Cr-1MoVNb鋼的焊接經(jīng)我國(guó)電力行業(yè)多年的研究與應(yīng)用，其性能與焊接特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：

（1）對(duì)焊接熱輸入極為敏感。

9Cr-1MoVNb鋼的焊接過(guò)程的熱輸入包括兩方面，即預(yù)熱和層間溫度、焊接熱輸入量。①預(yù)熱和層間溫度，理論上應(yīng)保證在300℃以下，實(shí)際焊接中控制得更低些為好。有資料證明，預(yù)熱和層間溫度對(duì)焊接接頭的室溫沖擊韌性關(guān)系密切，當(dāng)保持在350~380℃時(shí)，室溫沖擊值在28~50J之間；而保持在250℃左右時(shí)，室溫沖擊值可以達(dá)到60~100J（標(biāo)準(zhǔn)值為41J）。②焊接熱輸入量（舊稱(chēng)焊接線能量），應(yīng)該控制在25J/cm以下，當(dāng)焊接熱輸入量大于此值或更高時(shí)，室溫沖擊值將不會(huì)達(dá)到41J的標(biāo)準(zhǔn)。

（2）對(duì)焊接熱處理敏感。

9Cr-1MoVNb鋼的合金元素含量較高，需要進(jìn)行焊后熱處理，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定熱處理溫度為760℃±10℃。由于9Cr-1MoVNb鋼是多元素強(qiáng)化，該鋼理論AC1溫度在800~830℃之間，其下限距標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定熱處理溫度上限比較接近，熱處理過(guò)程的允許偏差就有可能超過(guò)鋼材的AC1溫度。與此同時(shí)，在9Cr-1MoVNb鋼焊接接頭的熱處理工作中，還有焊接材料的AC1溫度問(wèn)題同樣影響接頭性能，現(xiàn)有的焊接材料為了獲得較好的工藝性能和較好的接頭塑韌性，都在材料中加入鎳，鎳元素是擴(kuò)大奧氏體區(qū)元素，會(huì)降低焊縫的AC1溫度，使熱處理更具危險(xiǎn)。實(shí)踐證明，當(dāng)焊后熱處理溫度超過(guò)AC1溫度時(shí)，室溫沖擊韌性急劇下降，沖擊值甚至有不到10J的情況。

（3）不同焊接材料獲得的結(jié)果懸殊。電力行業(yè)應(yīng)用9Cr-1MoVNb鋼已經(jīng)多年，前期使用的焊接材料幾乎都靠進(jìn)口，主要有英國(guó)的曼徹特、德國(guó)的蒂森、日本的神鋼、法國(guó)的薩福、瑞士的奧林康和奧地利的伯樂(lè)等，近年來(lái)，國(guó)家電力建設(shè)研究生產(chǎn)的“科建牌”也在應(yīng)用，上海電力修造總廠也生產(chǎn)出9Cr-1MoVNb鋼使用的焊接材料。經(jīng)驗(yàn)證明，這些焊接材料的性能懸殊很大，特別是AC1溫度差別很大，這就要求焊接工作者一定要關(guān)注這一點(diǎn)，特別是選定焊接材料后，一定要研究廠家的說(shuō)明書(shū)，否則，焊接接頭發(fā)生問(wèn)題的責(zé)任將要自己承擔(dān)。如某進(jìn)口焊接材料熱處理溫度在 760℃時(shí)，恒溫4小時(shí)；750℃時(shí)，恒溫8小時(shí)，這一參數(shù)與DL/T869-2004 火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程推薦的參數(shù)相差很多。

（4）改變了焊接觀念。

在焊接常規(guī)耐熱鋼時(shí)，預(yù)熱和層間溫度和焊接熱輸入量是重要參數(shù)，但對(duì)材料沖擊韌性的影響，遠(yuǎn)不如新型耐熱鋼這樣大。這種情況的出現(xiàn)，使焊接工藝的概念有了根本性的變化。過(guò)去談到焊接工藝，往往指焊接操作工藝，今天的新型耐熱鋼焊接工藝，往往與操作工藝無(wú)關(guān)，而主要指對(duì)焊接參數(shù)和工藝要求。與此同時(shí)，焊接檢驗(yàn)的觀念也帶來(lái)變化，即：經(jīng)過(guò)焊接檢驗(yàn)合格的焊接接頭，其性能不見(jiàn)得是合格的。也就是說(shuō)，當(dāng)焊接或焊后熱處理參數(shù)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，導(dǎo)致的焊接接頭室溫沖擊韌性不合格是不能被現(xiàn)有的焊接檢驗(yàn)手段在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)出來(lái)的。所以，新型耐熱鋼的焊接過(guò)程在現(xiàn)代質(zhì)量管理中被稱(chēng)為“需要確認(rèn)的過(guò)程”，這種過(guò)程的實(shí)現(xiàn)必須進(jìn)行焊接質(zhì)量影響因素的預(yù)先鑒定和確認(rèn)，包括人、機(jī)、料、法、環(huán)諸方面，這種“預(yù)先”也就是指焊接質(zhì)量控制的時(shí)機(jī)必須提前，必須實(shí)施全過(guò)程控制。

9Cr-1MoVNb鋼的焊接在電力行業(yè)有較為完整的依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)，即：二○○二年十月國(guó)家電力公司電源建設(shè)部頒發(fā)的《T91/P91鋼焊接工藝導(dǎo)則》和DL/T869-2004火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程。

2、P92鋼的焊接

繼T/P91鋼以后，日本于九十年代開(kāi)始對(duì)T/P91鋼實(shí)施改進(jìn)，以期進(jìn)一步提高蠕變斷裂強(qiáng)度和使用溫度，1996年至1998年開(kāi)發(fā)出了9Cr-0.5Mo-2W為主要成分的NF616鋼，后納入ASTM和ASME標(biāo)準(zhǔn)。在ASTM中，NF616鋼的編號(hào)為ASMESA213T92、ASMESA335P92，在歐洲的編號(hào)為X10CrMoWVNb9-2，在日本的編號(hào)為STBA29和STPA-29。

與T/P91鋼相比，它們的抗腐蝕性和抗氧化性相同，但是具有更高的高溫強(qiáng)度和蠕變性能。與TP347H相比，價(jià)格低廉，且熱膨脹系數(shù)小、導(dǎo)熱率高和抗疲勞性能強(qiáng)，可加工性和可焊性好。

自P92鋼納入ASME并進(jìn)入火力發(fā)電設(shè)備領(lǐng)域以來(lái)，世界范圍內(nèi)應(yīng)用并不是很廣，歐洲九十年代只在丹麥和德國(guó)的5個(gè)發(fā)電廠有應(yīng)用，而日本則只在三個(gè)發(fā)電廠應(yīng)用。國(guó)內(nèi)第一臺(tái)采用P92鋼的火力發(fā)電機(jī)組是浙江玉環(huán)發(fā)電廠，自此拉開(kāi)我國(guó)應(yīng)用P92鋼的序幕。截至今天，我國(guó)超超臨界火力發(fā)電機(jī)組的鍋爐聯(lián)箱和蒸汽管道幾乎都使用了P92鋼，國(guó)內(nèi)的火電建設(shè)單位也有十幾家完成了焊接工藝評(píng)定。

由于合金元素含量近似，T/P92鋼的焊接特點(diǎn)、要求與T/P91鋼近似，但從目前進(jìn)行的焊接工藝評(píng)定過(guò)程發(fā)現(xiàn)，T/P92鋼的焊接工藝裕度比T/P91鋼要小，對(duì)焊接參數(shù)的要求比T/P91鋼還要嚴(yán)格，也更要注意焊接和焊后熱處理參數(shù)的嚴(yán)格控制及焊接材料廠家的選定。

電力行業(yè)對(duì)T/P92鋼的進(jìn)入給予了高度重視，由焊接學(xué)會(huì)組織的研討會(huì)議召開(kāi)多次，并準(zhǔn)備制定T/P92鋼的焊接工藝導(dǎo)則指導(dǎo)安裝現(xiàn)場(chǎng)的焊接工作?，F(xiàn)將T/P92鋼的焊接要求大大致介紹如下：

1、坡口制備及組對(duì)要求

（1）對(duì)于壁厚不小于40mm且不大于的78mm焊口推薦采用DL/T869表1序號(hào)4的雙V形坡口；對(duì)于壁厚超過(guò)78mm的焊口，推薦采用DL/T869表1序號(hào)6的綜合形坡口。

（2）對(duì)口間隙宜小不宜大。

（3）應(yīng)采取措施確保對(duì)口的錯(cuò)口值不超過(guò)1mm。

（4）對(duì)口定位焊可采用普通鋼材表面堆焊不少于4mm厚的P92鋼焊材的定位塊，定位焊應(yīng)該在預(yù)定的預(yù)熱條件下進(jìn)行。

2、焊接工藝

（1）預(yù)熱溫度推薦為（150～200）℃。

（2）采用焊條電弧焊的施焊過(guò)程中，層間溫度不宜超過(guò)250℃；采用埋弧焊方法焊接時(shí)，其道間溫度也不宜超過(guò)250℃，否則應(yīng)在焊后采用部件整體爐內(nèi)調(diào)質(zhì)處理，調(diào)質(zhì)處理參數(shù)應(yīng)與鋼材的調(diào)質(zhì)處理參數(shù)相同。

（3）對(duì)于壁厚超過(guò)40mm的焊口的根層焊接推薦采用鎢極氬弧焊方法，焊接2層，總厚度為（3～5.5）mm。

（4）采用焊條電弧焊進(jìn)行填充和蓋面的，推薦采用直徑為3.2mm的焊條焊接，焊接電流為（110～125）A。每根完整的焊條所焊接的焊縫長(zhǎng)度與該焊條的熔化長(zhǎng)度之比應(yīng)大于50%。

（5）除非確有必要，不推薦安排后熱處理。后熱處理應(yīng)該在焊件溫度降至100℃，保溫1小時(shí)進(jìn)行。

（6）焊后熱處理應(yīng)該在焊件溫度降至100℃，保溫1小時(shí)后立即進(jìn)行。推薦焊后熱處理參數(shù)為：

a)以200℃/h的加熱速度升溫至500℃，此后按照100℃/h升溫至770（+0，-5）℃； b)保溫時(shí)間的計(jì)時(shí)時(shí)刻為任一測(cè)溫?zé)犭娕歼_(dá)到設(shè)定的溫度值。恒溫時(shí)間以壁厚每8mm，1小時(shí)計(jì)算，且不少于1.5小時(shí)。

c)降溫速度為150℃/h，當(dāng)焊件溫度降到300℃時(shí)可不控制，自然冷卻至室溫。

3、質(zhì)量控制與檢驗(yàn)

（1）P92鋼的焊接施工應(yīng)該根據(jù)規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn)和本規(guī)定制定詳細(xì)的作業(yè)指導(dǎo)文件，并對(duì)工作所涉及崗位人員進(jìn)行技術(shù)交底。

（2）推薦采用加強(qiáng)焊工培訓(xùn)，嚴(yán)格工藝紀(jì)律，杜絕焊工隨意調(diào)整工藝的情況，以旁站監(jiān)督的方式，嚴(yán)格控制焊接工藝來(lái)確保焊接接頭的質(zhì)量。

（3）對(duì)于壁厚超過(guò)70mm的焊口，在滿足（2）的規(guī)定，并得到工程焊接監(jiān)理的確認(rèn)的條件下，推薦采用從預(yù)熱到焊接熱處理一次連續(xù)完成的作業(yè)程序，否則，應(yīng)該安排中間無(wú)損檢驗(yàn)。

（4）P92鋼的焊接施工應(yīng)該具備緊急預(yù)案和措施，防止意外失電導(dǎo)致焊接或焊接熱處理中斷。

三、現(xiàn)場(chǎng)T/P91和T/P92鋼焊接要點(diǎn)

綜合上述T/P91和T/P92鋼焊接要求，現(xiàn)將這類(lèi)鐵素體耐熱鋼的焊接要點(diǎn)總結(jié)分析如下：

1、鋼材的焊接性

這類(lèi)鐵素體耐熱鋼都采用先進(jìn)的冶煉和軋制技術(shù)，鋼材的純凈度得到極大提高（如S、P含量在千分級(jí)）；多元素強(qiáng)化，成分控制嚴(yán)格；在強(qiáng)化機(jī)理方面采用了固溶強(qiáng)化、高位錯(cuò)密度強(qiáng)化、鐵素體晶內(nèi)的析出強(qiáng)化、晶界強(qiáng)化、加入防止M23C6的粗大化和防止向M6C轉(zhuǎn)變?cè)氐榷喾N手段，鋼的高溫性能、常溫沖擊韌性與焊接性較早期的P9、F11、F12好得多。但是畢竟屬高合金鋼，還是要預(yù)熱到150℃以上再開(kāi)始焊接。

2、焊后熱處理的要點(diǎn)

這類(lèi)鐵素體耐熱鋼希望獲得全部的回火馬氏體組織，焊后熱處理參數(shù)極為重要，要從兩方面注意。

（1）冷卻到100-150℃，保持1-2小時(shí)，保證過(guò)冷奧氏體完全轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體后再升溫開(kāi)始焊后熱處理，這與早期的P9、F11、F12的要求是一樣的。

（2）在采用多元素強(qiáng)化的過(guò)程中，往往添加Ni來(lái)提高室溫塑韌性，而Ni與鋼材中必有的Mn共同作用下回使焊縫金屬的AC1下降，有時(shí)會(huì)下降到危險(xiǎn)的程度（DL/T869推薦值為760℃±10℃），如：某進(jìn)口焊接材料AC1的實(shí)測(cè)值已經(jīng)下降到768℃，因此，在制定焊后熱處理參數(shù)時(shí)必須要參照焊接材料制造商的說(shuō)明書(shū)。

3、焊接熱輸入量（焊接線能量）

由于采用多種方法使鋼材的綜合性能獲得極大提高，使這類(lèi)鋼的焊接形成全新的局面，即①無(wú)論采用何種措施，焊縫金屬的綜合性能都將達(dá)不到母材的性能指標(biāo)；②現(xiàn)有的焊后檢驗(yàn)手段（無(wú)損檢測(cè)）無(wú)法證明焊縫金屬綜合性能合格。因此，必須嚴(yán)格控制焊接過(guò)程。

（1）焊接規(guī)范參數(shù)。必須采用小的焊接熱輸入量，經(jīng)驗(yàn)證明，T/P91鋼不超過(guò)25J/cm、T/P92鋼不超過(guò)20J/cm為好。此時(shí)特別要注意，小的焊接熱輸入量不單指小的焊接電流，如果一味采用小的焊接電流，將會(huì)在焊縫中形成未熔合等缺陷，反而不好，國(guó)內(nèi)就有電力行業(yè)單位吃過(guò)虧。正確有效的做法是提高焊接速度減薄單道焊厚度。

（2）預(yù)熱和層間溫度。這類(lèi)鋼的MS點(diǎn)在400℃左右，控制焊接熱輸入量也包括控制預(yù)熱和層間溫度。必須使每一焊道的溫度降至300℃以下時(shí)，才可以焊接下一道焊縫。經(jīng)驗(yàn)證明，如果降到更低溫度，可以獲得更好的室溫沖擊韌性，但要與生產(chǎn)效率綜合考慮。這一現(xiàn)象的機(jī)理至今還不很清楚，這是許多單位的經(jīng)驗(yàn)證明，也被波蘭焊接工作者所報(bào)道。附《T91/P91鋼焊接工藝導(dǎo)則》

1、制訂依據(jù)

本導(dǎo)則是根據(jù)電力工業(yè)焊接有關(guān)規(guī)程、規(guī)范、技術(shù)條件和相關(guān)資料，以國(guó)家電力公司火電建設(shè)部制訂的“T91/P91鋼管焊接工藝暫行規(guī)定”為版本，結(jié)合近年來(lái)積累的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了修訂。

2、適用范圍

2.1本導(dǎo)則適用于火力發(fā)電設(shè)備，以T91/P91鋼管及與其它鋼種相連接的各類(lèi)焊接接頭的制作、安裝、檢修工程的焊接工作。

2.2 適用于手工鎢極氬弧焊和焊條電弧焊的焊接方法。

3、總則

3.1 T91/P91鋼的焊接工藝評(píng)定，應(yīng)遵守SD340-89《火力發(fā)電廠焊接工藝評(píng)定規(guī)程》（現(xiàn)為DL/T868-2004焊接工藝評(píng)定規(guī)程，下同。編者注）的規(guī)定，并以確定焊接工藝，編制作業(yè)指導(dǎo)書(shū)。

3.2 焊接T91/P91鋼焊工技術(shù)能力的驗(yàn)證，應(yīng)按DL/T679-1999《焊工技術(shù)考核規(guī)程》的規(guī)定考核，取得合格證書(shū)后，方可參加焊接工作。

3.3 焊接接頭質(zhì)量檢驗(yàn)應(yīng)遵照DL/T820-2002和DL/T821-2002兩本檢驗(yàn)規(guī)程的規(guī)定進(jìn)行，其質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合DL5007-92（現(xiàn)為DL/T869-2004火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程，下同。編者注）規(guī)定。

3.4 對(duì)國(guó)外引進(jìn)設(shè)備的T91/P91鋼焊接工作，應(yīng)按合同規(guī)定進(jìn)行，如無(wú)規(guī)定時(shí)，其焊接工藝評(píng)定、焊工技術(shù)考核、焊接工程的技術(shù)規(guī)定和焊接質(zhì)量檢驗(yàn)等均應(yīng)執(zhí)行電力工業(yè)焊接相關(guān)規(guī)程和本導(dǎo)則規(guī)定。

3.5 焊接T91/P91鋼的場(chǎng)所其環(huán)境溫度和條件以及防護(hù)設(shè)施應(yīng)符合DL5007-92的規(guī)定。3.6 實(shí)施T91/P91鋼焊接工作應(yīng)遵守國(guó)家和電力工業(yè)安全、防火、環(huán)保和施焊中其它相關(guān)條件的有關(guān)規(guī)定。

4、焊接機(jī)具和焊接材料

4.1 焊接T91/P91鋼的焊接設(shè)備，應(yīng)選用焊接特性良好、穩(wěn)定可靠的逆變式或整流式焊機(jī)。其容量應(yīng)滿足焊接規(guī)范參數(shù)的要求。4.2 氬弧焊工器具

4.2.1 氬弧焊槍選用氣冷式。

4.2.2 氬氣減壓流量計(jì)應(yīng)選擇氣壓穩(wěn)定、調(diào)節(jié)靈活的表計(jì)，其產(chǎn)品質(zhì)量和特性應(yīng)符合國(guó)家或部頒標(biāo)準(zhǔn)。

4.2.3 輸送氬氣的管線應(yīng)選用質(zhì)地柔軟、耐磨和無(wú)裂痕的膠管，且無(wú)漏氣現(xiàn)象。

4.2.4 氬弧焊導(dǎo)電線應(yīng)采用柔軟多股銅線，其壞蛋夾具應(yīng)接觸良好。4.3 焊條電弧焊工器具

4.3.1 焊機(jī)引出電纜線可選用截面為50mm2焊接專(zhuān)用銅芯多股橡皮電纜；連接焊鉗的把線，可選用截面為25mm2焊接專(zhuān)用銅芯多股橡皮軟電纜。電纜線外皮絕緣應(yīng)良好、無(wú)破損。4.3.2 選用的焊鉗應(yīng)輕巧、接觸良好不易發(fā)熱，且便于焊條的更換。4.3.3 測(cè)量坡口和焊縫尺寸時(shí)，應(yīng)采用專(zhuān)用的焊口檢測(cè)器。

4.3.4 修整接頭和清理焊渣、飛濺，宜采用小型輕便的砂輪機(jī)。4.4 焊接材料

4.4.1 選用的氬弧焊絲、焊條應(yīng)與鋼材匹配。選用中應(yīng)注意化學(xué)成分的合理性，以獲得優(yōu)良的焊縫金屬成分、組織和力學(xué)性能，并要求工藝性能良好。

4.4.2 氬弧焊絲、焊條、氬氣和鎢極等焊接材料的質(zhì)量，應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。如需考察其工藝性能，必要時(shí)，可進(jìn)行焊接材料的工藝性能試驗(yàn)。

4.4.3 氬弧焊絲使用前應(yīng)除去表面油、垢等臟物。焊條除按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定保管外，于使用前按使用說(shuō)明書(shū)規(guī)定，置于專(zhuān)用的烘焙箱內(nèi)進(jìn)行烘焙。推薦的烘焙參數(shù)為：溫度350~400℃，時(shí)間或~2小時(shí)，使用時(shí)，應(yīng)放在80~120℃的便攜式保溫筒內(nèi)隨用隨取。

4.4.4 氬氣使用前應(yīng)檢查瓶體上有無(wú)出廠合格證明，以驗(yàn)證其純度是否符合國(guó)家或部頒標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

4.4.5 氬弧焊用的鎢極宜選用鈰鎢極或鑭鎢極，直徑為Ф2.5mm。鎢極于使用前切成短段，并在其端頭處磨成適于焊接的尖錐體。

5、焊前準(zhǔn)備 5.1 坡口制備

5.1.1 坡口形狀和尺寸按設(shè)計(jì)圖紙和供貨方提供的資料加工。

5.1.2 坡口加工應(yīng)采用機(jī)械法，坡口修整時(shí)，可使用角向砂輪機(jī)等輕便工具。

5.1.3 坡口及其內(nèi)外壁兩側(cè)15~20mm范圍內(nèi)應(yīng)將油、漆、垢和氧化皮等雜物清理干凈，直至露出金屬光澤。

5.1.4 為保持管子內(nèi)壁齊平，遇有管子內(nèi)壁錯(cuò)口值超過(guò)1mm或兩側(cè)壁厚不同時(shí)，應(yīng)按DL5007-92規(guī)定處理。5.2 對(duì)口裝配

5.2.1 對(duì)口裝配前應(yīng)認(rèn)真檢查被焊接部位及其邊緣20mm范圍內(nèi)有無(wú)不允許缺陷（裂紋、重皮等），確認(rèn)無(wú)缺陷后方可組裝。5.2.2 對(duì)口裝配時(shí)，應(yīng)選定管子的支撐點(diǎn)，并墊置牢固，以防焊接過(guò)程中產(chǎn)生位移和變形。5.2.3 對(duì)接管口端面應(yīng)與管子中心線垂直，其偏斜度△f不得超表1的規(guī)定。5.2.4 嚴(yán)禁在管子上焊接臨時(shí)支撐物。

5.3 對(duì)口點(diǎn)固焊

5.3.1 點(diǎn)固焊用的焊接材料、焊接工藝和選定的焊工技術(shù)條件應(yīng)與正式焊接時(shí)相同。5.3.2 點(diǎn)固焊和施焊過(guò)程中，不得在管子表面引燃電弧試驗(yàn)電流。

5.3.3 小徑薄壁管點(diǎn)固焊時(shí)，可在坡口內(nèi)直接點(diǎn)固，點(diǎn)固焊不少于2點(diǎn)；大徑厚壁管點(diǎn)固焊時(shí)，可采用“定位塊”法點(diǎn)固在坡口內(nèi)，見(jiàn)圖書(shū)館，點(diǎn)固焊不少于3點(diǎn)，點(diǎn)固焊用的“定位塊”應(yīng)選用含碳量小于0.25%鋼材為宜。

5.3.4 焊接過(guò)程中，施焊至“定位塊”處時(shí)，應(yīng)將“定位塊”除掉，并將焊點(diǎn)用砂輪機(jī)磨掉，不得留有焊疤等痕跡。并以肉眼或低倍放大鏡檢查，確認(rèn)無(wú)裂紋等缺陷后，方可繼續(xù)施焊。

6、焊接工藝

6.1 T91/P91鋼必須嚴(yán)格執(zhí)行經(jīng)評(píng)定合格的工藝所編制的作業(yè)指導(dǎo)書(shū)規(guī)定進(jìn)行施焊。為使焊接作業(yè)指導(dǎo)書(shū)嚴(yán)格實(shí)施，強(qiáng)化工藝紀(jì)律，必要時(shí)，應(yīng)對(duì)該類(lèi)鋼材焊接全過(guò)程進(jìn)行完整的監(jiān)控，以保證焊接質(zhì)量。

6.2 T91鋼管及P91小徑薄壁鋼管推薦采用全氬弧焊方法；P91鋼大徑厚壁管采用氬弧焊打底、焊條電弧焊填充及蓋面的組合焊接方法。6.3 氬弧焊（Ws）打底焊接

6.3.1 為防止根層焊縫金屬氧化，氬弧焊打底及焊條填充第一層焊道時(shí)，應(yīng)在管子內(nèi)壁充氬氣保護(hù)。

6.3.2 充氬保護(hù)可參照下列要求進(jìn)行：

a、充氬保護(hù)范圍以坡口中心為準(zhǔn)，每側(cè)各200~300mm處，以可溶紙或其它可溶材料，用耐高溫膠帶粘牢，做成密封氣室。

b、采用“氣針”從坡口間隙或“探傷孔”中插入進(jìn)行充氬，開(kāi)始時(shí)流量可為10~20L/min，施焊過(guò)程中流量應(yīng)保持在8~10L/min。

6.3.3 氬弧焊打底時(shí)，焊接規(guī)范參數(shù)推薦如下：

焊絲選用Ф2.5mm，鎢極為Ф2.5mm，氬氣流量為10~15L/min。

焊前預(yù)熱溫度為100~150℃，焊接電弧電壓為10~14V，焊接電流為80~110A，焊接速度為55~60mm/min。

6.3.4 氬弧焊打底的焊層厚度控制在2.8~3.2mm范圍內(nèi)。6.4 焊條電弧焊（Ds）填充、蓋面焊接

6.4.1 施焊前的預(yù)熱溫度推薦為200~300℃。寬度以坡口邊緣算起每側(cè)不少于壁厚的3倍，預(yù)熱力求均勻。對(duì)于壁厚大于10mm的管子應(yīng)采用電加熱方法進(jìn)行。

6.4.2 小徑薄壁管最低焊接層數(shù)為2層，大徑厚壁管應(yīng)采取多層多道焊接。6.4.3 施工過(guò)程中，應(yīng)注意層間溫度的保持，推薦的層間溫度為200~300℃。6.4.4 為保證后一焊道對(duì)前一焊道起到回火作用，焊接時(shí)每層焊道厚度的控制約為焊條直徑。6.4.5 焊條擺動(dòng)的幅度，最寬不得超過(guò)焊條直徑的4倍。6.4.6 大徑厚壁管水平固定焊蓋面層的焊道布置，焊接一層至少三道焊縫，中間以有一“退火時(shí)道”為宜，以利于改善焊縫金屬組織和性能，焊道布置見(jiàn)圖2。6.4.7 焊條電弧焊各層焊道的主要工藝參數(shù)參考值見(jiàn)表2。

6.4.8 為減少焊接應(yīng)力與變形，直徑>194mm的管道和鍋爐密集排管（管子間距≤30mm）的焊口，宜采用兩人對(duì)稱(chēng)焊接。同時(shí)，注意到不得兩人同時(shí)在一處收頭，以免局部溫度過(guò)度影響施焊質(zhì)量。

6.4.9 焊接中應(yīng)將每層焊道接頭錯(cuò)開(kāi)10~15mm，同時(shí)注意盡量焊得平滑，便于清渣和避免出現(xiàn)“死角”。

6.4.10 焊工操作技術(shù)要熟練，認(rèn)真觀察熔化狀態(tài)，注意熔池和收尾接頭質(zhì)量，以避免出現(xiàn)弧坑裂紋。

6.4.11 每層每道焊縫焊接完畢后，應(yīng)用砂輪機(jī)或鋼絲刷將焊渣、飛濺等雜物清理干凈（尤其注意中間接頭和坡口邊緣），經(jīng)自檢合格后，方可焊接次層。6.4.12 焊縫整體焊接完畢，應(yīng)將焊縫表面焊焊渣、飛濺清理干凈，自檢合格后，做出代表焊工本人的標(biāo)記，并應(yīng)按工藝規(guī)定要求進(jìn)行焊后熱處理。

7、焊后熱處理

7.1 當(dāng)焊縫整體焊接完畢，對(duì)T91鋼和P91鋼小徑薄壁管的焊接接頭可冷卻至室溫，而對(duì)P91鋼大徑厚壁管的焊接接頭冷卻到100~200℃時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行焊后熱處理。

7.2 當(dāng)焊接接頭不能及時(shí)進(jìn)行熱處理時(shí)，應(yīng)于焊后立即做加熱溫度為350℃、恒溫時(shí)間為1小時(shí)的焊后熱處理。

7.3 焊接接頭的焊后熱處理，應(yīng)采用高溫回火。

7.4 焊后熱處理的升、降溫速度以≤150℃/h為宜，降溫至300℃以下時(shí)，可不控制，在保溫層內(nèi)冷卻至室溫。

7.5 T91/P91鋼焊后熱處理加熱溫度為760±10℃。對(duì)于T91/P91鋼與珠光體、貝氏體負(fù)的異種焊接接頭，加熱溫度應(yīng)按兩側(cè)鋼材及所用焊絲、焊條等綜合確定，不應(yīng)超過(guò)合金成分含量低材料的下臨界點(diǎn)AC1。

7.6 恒溫時(shí)間：P91鋼焊接接頭按壁厚每25mm，1小時(shí)計(jì)算，但最少不得小于4小時(shí)；對(duì)T91鋼焊接接頭可按壁每毫米，5分鐘計(jì)算，且不小于0.5小時(shí)。

7.7 為保證焊后熱處理質(zhì)量，熱處理的加熱寬度、保溫層寬度和厚度應(yīng)符合DL/T819-2002的規(guī)定。

7.8 焊接熱處理過(guò)程曲線（P、W、H、T）參見(jiàn)圖形。

8、質(zhì)量檢驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)

8.1 焊工自檢和專(zhuān)檢均應(yīng)重視焊接接頭外觀質(zhì)量，除焊縫均整、尺寸符合規(guī)定外，應(yīng)盡量消除咬邊缺陷，以減緩焊接接頭應(yīng)力水平。

8.2 外觀符合規(guī)定的焊接接頭，方可按規(guī)定比例進(jìn)行無(wú)損檢驗(yàn)。

8.3 壁厚≥70mm管子焊口，焊至20~25mm時(shí)，應(yīng)停止焊接，立即進(jìn)行后熱處理，然后做“RT ”或“UT”探傷檢驗(yàn)，確認(rèn)合格后，再按作業(yè)指導(dǎo)書(shū)規(guī)定程序施焊完畢。

8.4 管道上開(kāi)有探傷孔做100%“RT”檢驗(yàn)，如無(wú)探傷孔則做100%“UT”檢驗(yàn)。

8.5 焊接接頭熱處理完畢，應(yīng)做100%硬度測(cè)定，測(cè)定部位為焊縫區(qū)和熱影響區(qū)（異種鋼為兩側(cè)，同種鋼可選一側(cè)），每個(gè)部位測(cè)定不少于三點(diǎn)。硬度測(cè)定平均值的標(biāo)準(zhǔn)不超過(guò)母材的布氏硬度加100HB，且應(yīng)≤350HB為合格。

9、焊縫返修

9.1 焊接接頭外觀檢查不符合標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，輕者打磨焊補(bǔ)，嚴(yán)重者應(yīng)割掉重新焊接。

9.2 經(jīng)無(wú)損檢驗(yàn)不合格的焊接接頭，其缺陷可進(jìn)行焊補(bǔ)，但必須在確認(rèn)缺陷已經(jīng)徹底消除的基礎(chǔ)上，按正常焊接工藝或焊補(bǔ)工藝規(guī)定進(jìn)行。

9.3 返修焊補(bǔ)的焊接接頭，一般同一焊口不得超過(guò)兩次，否則應(yīng)割掉重新對(duì)口焊接。9.4 返修焊補(bǔ)的焊接接頭，必須重新進(jìn)行焊后熱處理和無(wú)損檢驗(yàn)。

第二篇：珠光體耐熱鋼焊接工藝討論

珠光體耐熱鋼焊接工藝討論

摘要：主要介紹了珠光體耐熱鋼的焊接方法、焊接材料的選擇、焊前預(yù)熱溫度、焊后熱處理及其焊接性能等方面的內(nèi)容材料的工藝評(píng)定、焊接工藝參數(shù)以及焊后熱處理工藝等。

關(guān)鍵字： 珠光體耐熱鋼；工藝評(píng)定；焊接方法

一、珠光體耐熱鋼焊接特點(diǎn)及工藝要點(diǎn)（1）焊接特點(diǎn)

珠光體耐熱鋼屬于低合金鋼，主要合金元素是鉻、鉬，還含有少量鎢、釩、鈮等元素，加熱后在空氣中冷卻具有明顯的淬硬傾向，焊接時(shí)在焊縫及熱影響區(qū)易產(chǎn)生硬脆的馬氏體組織，這不僅影響焊接接頭的力學(xué)性能，還會(huì)產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，常導(dǎo)致焊縫和熱影響區(qū)出現(xiàn)冷裂紋。硬化傾向還與下列因素有關(guān)：鋼中碳、鉻含量，構(gòu)件厚度、剛性及焊件拘束度等。焊接時(shí)預(yù)熱是防止冷裂紋的有效措施，焊件未預(yù)熱或預(yù)熱溫度太低，工件冷卻速度加快都會(huì)加重焊縫及熱影響區(qū)硬化。（2）工藝要點(diǎn)及焊料選擇

① 焊接過(guò)程中，應(yīng)保持焊件溫度不低于預(yù)熱溫度（包括多層焊時(shí)的層間溫度）。焊接過(guò)程中盡量避免中斷，不得已中斷時(shí)，應(yīng)保證焊件緩慢冷卻，重新施焊前仍需預(yù)熱。

② 焊件厚度較大時(shí)，可采用短道焊,使被焊的這一段焊縫在較短時(shí)間內(nèi)重復(fù)加熱，目的是為了使焊縫及熱影響區(qū)緩慢冷卻。③ 焊縫正面的余高不宜太高。

④ 保持在自由狀態(tài)下焊接。由于鉻鉬耐熱鋼裂紋傾向比較大，故在焊接時(shí)應(yīng)嚴(yán)格遵守焊接程序，收縮量大的焊縫先焊，盡量減少拘束度。

⑤ 焊后緩冷。焊后緩冷是必須遵守原則，一般是焊后立即用石板布等保溫材料覆蓋在焊縫及近縫區(qū)，覆蓋務(wù)必嚴(yán)實(shí)，確保緩冷。

⑥ 焊后熱處理,防止延遲裂紋，消除應(yīng)力，改善組織。對(duì)于厚壁容器及管道，焊后常進(jìn)行高溫回火。

⑦ 焊條選擇，摘自鋼制壓力容器焊接規(guī)程JB/T 4709－92、工業(yè)金屬管道施工規(guī)范GB 50236－1997

二、典型珠光體耐熱鋼的顯微組織觀察

本實(shí)驗(yàn)所采用的珠光體耐熱鋼為2.25Cr-1Mo、12CrMoV（C=0.15%,M=0.6%,Cr=1.2%,Mo=0.3%,V=0.3%）等。顯微組織觀察是研究材料內(nèi)部組織最重要的方法，用光學(xué)顯微鏡觀察研究任何材料的顯微組織，一般要分三個(gè)步驟進(jìn)行：拋光所截取試樣的截面，采用適當(dāng)?shù)母g劑顯示顯微組織，用顯微鏡觀察和分析試樣的顯微組織。

采用氣割或機(jī)械加工方法切下大塊試樣，取下的試樣還要去除不必要的部分，之后進(jìn)行試樣的平整、磨光、拋光、浸蝕等一系列加工。試樣用砂紙磨制后，除表面磨痕外還有一層變形的損傷層，最表層部分經(jīng)受相當(dāng)于冷軋量大于90%塑性變形，試樣表面變形是不均勻的。因此，試樣磨光時(shí)，每一道工序必須去除前一道工序造成的損傷層，同時(shí)，該道工序本身應(yīng)造成最少的損傷，使下道工序易于進(jìn)行。對(duì)磨光后的試樣進(jìn)行拋光處理，拋光的目的是要盡快把磨光工序留下來(lái)的損傷層除去，使拋光產(chǎn)生的損傷層不影響顯微組織的觀察。拋光最好分二步進(jìn)行，先是粗拋，目的在于以最大拋光速率除去磨光時(shí)的損傷層;其次是精拋，目的是去粗拋所產(chǎn)生的表面損傷，拋光損傷減到最小程度。焊接接頭進(jìn)行拋光后，光滑的接頭表面經(jīng)過(guò)顯示組織才能被清楚的看到，所以顯示方法是制樣過(guò)程中相當(dāng)重要的一步，顯示焊接金相的試樣組織的方法有兩種:一種是化學(xué)試劑顯示法;另一種是用電解浸蝕劑顯示。我們采用第一種方法?；瘜W(xué)浸蝕的原理是:位于晶界上的原子排列的規(guī)律性較差，具有較高的自由能，所以晶界處受浸蝕深而成凹溝，金屬原子的溶解大多是沿著原子排列最密的晶面進(jìn)行，由于拋光面上每顆晶粒的原子排列的位相不同，所以每個(gè)晶粒的溶解速度不同，浸蝕后每個(gè)晶粒都以原子排列最密的面為表面，有些晶粒就相對(duì)與原來(lái)的拋光面傾斜了一定的角度，在垂直光線照射下，則顯示出明暗不一的晶粒，由于晶粒與晶粒之間、晶粒與晶界之間溶解速度不同，所以組織就顯示出來(lái)了?；瘜W(xué)浸蝕前必須將試樣沖洗干凈，以防污垢、油膜存在，妨礙浸蝕作用，然后用夾子夾住試樣，浸入浸蝕劑中，必須使磨面各部位同時(shí)地浸入浸蝕劑中，并不時(shí)搖動(dòng)試樣，以保證試樣均勻浸蝕，或者用蘸有浸蝕劑的脫脂棉來(lái)擦拭試樣的拋光面。完成了以上兩個(gè)步驟后，就可以進(jìn)入顯微分析的第三步，即顯微組織的觀察。本試驗(yàn)中的顯微組織觀察是在光學(xué)金相顯微鏡上進(jìn)行的。

（1）12CrMoV插撬+J507或J607焊接（圖1 圖2 圖3）

2.25Cr-1Mo堆焊兩層過(guò)渡區(qū)A307蓋面層A002N6（圖4 圖5 圖6）對(duì)其焊縫組織以及母材、過(guò)渡區(qū)的顯微組織觀察圖（如下）：

圖1 圖2 圖3

圖4 圖5 圖6

三、珠光體耐熱鋼焊接工藝分析

由于珠光體耐熱鋼中含有一定量的Cr、Mo和其它一些合金元素，所以熱影響區(qū)會(huì)產(chǎn)生硬脆的馬氏體組織，低溫焊接或焊接剛性較大的結(jié)構(gòu)時(shí)，易形成冷裂紋。因此在焊接時(shí)應(yīng)采取以下幾項(xiàng)工藝措施：

1、預(yù)熱預(yù)熱是焊接珠光體耐熱鋼的重要工藝措施。為了確保焊接質(zhì)量，不論在定位焊或正式施焊過(guò)程中，焊件都應(yīng)預(yù)熱并保持為80～150℃用氬弧焊打底和CO2氣體保護(hù)焊時(shí)，可以降低預(yù)熱溫度或不預(yù)熱。

2、焊后緩冷焊后應(yīng)立即用石棉布覆蓋焊縫及熱影響區(qū)，使其緩慢冷卻。

3、焊后熱處理焊后應(yīng)立即進(jìn)行高溫回火，防止產(chǎn)生延遲裂紋、消除應(yīng)力和改善組織。焊后熱處理溫度應(yīng)避免在350～500℃溫度區(qū)間內(nèi)進(jìn)行，因珠光體耐熱鋼在該溫度區(qū)間內(nèi)有強(qiáng)烈的加火脆性現(xiàn)象。

四、珠光體耐熱鋼焊接再熱裂紋的防治 4.1 焊縫成形

由于焊縫成形影響應(yīng)力集中的大小，再熱裂紋易產(chǎn)生于應(yīng)力集中的熱影響區(qū)粗晶區(qū)，因而也影響再熱裂紋的產(chǎn)生。焊縫與母材過(guò)渡不圓滑，焊縫余高過(guò)高或存在咬肉、未熔合、未焊透等缺陷，在焊后再熱過(guò)程中均能誘發(fā)再熱裂紋。因此焊接過(guò)程中應(yīng)盡可能的控制焊縫成形，對(duì)成形不理想或存在缺陷的部位進(jìn)行修補(bǔ)，以達(dá)到降低焊接應(yīng)力的作用，從而控制再熱裂紋的產(chǎn)生。4.2 組裝應(yīng)力

組裝時(shí)采用強(qiáng)力組對(duì)等，都會(huì)使得焊縫處存在大的組裝應(yīng)力。焊后再熱過(guò)程中，容易引發(fā)再熱裂紋，因此組裝珠光體耐熱鋼時(shí)要避免強(qiáng)力組裝，以減少組裝應(yīng)力。4.3 預(yù)熱

為防止再熱裂紋的產(chǎn)生，焊前預(yù)熱是十分有效的。預(yù)熱可以降低殘余應(yīng)力，形成對(duì)裂紋不敏感的組織等。日本的焊接專(zhuān)家認(rèn)為，預(yù)熱可以提高熱影響區(qū)粗晶區(qū)的強(qiáng)度。珠光體耐熱鋼焊前按要求進(jìn)行預(yù)熱，在很大程度上可以防止再熱裂紋的產(chǎn)生。

4.4 焊后后熱

實(shí)驗(yàn)證明，珠光體耐熱鋼焊后進(jìn)行150～200℃的后熱處理，可以有效地消除焊縫中的擴(kuò)散氫，從而減少焊縫中殘存的空穴，有利于防止再熱裂紋的產(chǎn)生。同時(shí)焊后后熱可以使得焊縫晶界的有害雜質(zhì)S、P等進(jìn)行一步彌散，減少因S、P等雜質(zhì)偏析而導(dǎo)致的再熱裂紋。焊后在不太高的溫度下進(jìn)行等溫處理，也可以產(chǎn)生類(lèi)似預(yù)熱的效果，這樣還可以降低焊前的預(yù)熱溫度。4.5 焊接線能量

焊接線能量對(duì)再熱裂紋的影響有兩個(gè)方面。首先大的線能量可以有利于降低拘束應(yīng)力，降低粗晶區(qū)的硬度，使得晶內(nèi)的沉淀增多，減弱焊后加熱時(shí)析出的強(qiáng)化程度，有利于減少再熱裂紋的傾向。但另一方面，大的焊接線能量卻使過(guò)熱區(qū)的晶粒更加粗大，晶界結(jié)合力更加脆弱，從而增加了再熱裂紋的傾向。因此，在焊接珠光體耐熱鋼時(shí)，對(duì)焊接線能量的選擇，應(yīng)考慮線能量對(duì)晶粒長(zhǎng)大的敏感程度，對(duì)某些晶粒長(zhǎng)大敏感的鋼種，焊接時(shí)應(yīng)選較小的線能量，反之，可適當(dāng)選擇較大的焊接線能量。4.6 晶粒度

焊接熱影響區(qū)粗晶區(qū)的晶粒大小對(duì)再熱裂紋的敏感性也有影響。晶粒度大，裂紋敏感性大；晶粒度小，晶界所占的面積就大，在其它條件均相同的情況下，晶界所能承受的蠕變變形量相對(duì)大，產(chǎn)生再熱裂紋的傾向也就相應(yīng)變小。

焊接材料的選擇通常有兩種原則：一為“等成分原則”即選用焊接材料在化學(xué)成分上與母材相同；二為“等強(qiáng)度原則”即選用的焊接材料在化學(xué)成分上與母材成分相近，主要保證焊接接頭的強(qiáng)度與母材相同。在進(jìn)行珠光體耐熱鋼焊接時(shí)，一般采用“等強(qiáng)度原則”，甚至在使用條件允許的情況下，可以適當(dāng)降低焊接接頭的強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)證明，通過(guò)適當(dāng)降低焊縫金屬的強(qiáng)度，提高其塑性變形能力，從而降低焊接接頭的應(yīng)力集中程度，以降低再熱裂紋的敏感性。僅僅焊縫表層采用低強(qiáng)度高塑性的焊接材料來(lái)蓋面也是比較有效的。4.8 合金元素的影響

(1)碳 由于碳化物的形成，碳在熱裂紋中有著重要的作用。在Cr-Mo鋼中，當(dāng)含碳量由0.05%增至0.20%時(shí)，裂紋傾向明顯增加。在含V量高的鋼種中，碳的影響更大。

(2)鉻 Cr的影響是兩個(gè)方面的。當(dāng)鋼中的含Cr量＜1.5%時(shí)，隨著含Cr量的增加，裂紋傾向增大；當(dāng)含Cr量＞2.0%時(shí)，隨含Cr量的增加，裂紋傾向逐漸減小。當(dāng)然，Cr對(duì)再熱裂紋的影響在很大程度上還取決于鋼種中Mo與V的含量。

(3)鉬 Mo能夠降低蠕變塑性，增加裂紋。其作用是通過(guò)對(duì)相變特性的影響及碳化鉬的析出而實(shí)現(xiàn)的。模擬熱循環(huán)試樣缺口應(yīng)力試驗(yàn)，當(dāng)Mo的含量為0.21%時(shí)，627℃斷裂的時(shí)間為1300min，而Mo的含量為0.54%時(shí)，斷裂時(shí)間降為2min，說(shuō)明Mo含量的增加，提高了鋼的再熱裂紋的敏感性。

(4)釩 V通常與Cr、Mo等元素同時(shí)加入，在同時(shí)含有其它元素時(shí)，增加V是極其有害的。V含量為0.73%，鋼材應(yīng)力—斷裂塑性最低。當(dāng)V含量＜0.15%時(shí)，隨其含量的增加裂紋率明顯增大。如V含量由0增至0.08%時(shí)，Y型坡口拘束試樣的裂紋率由0增至95%。V的影響主要是形成V4C3的析出，使應(yīng)力松馳率下降。

(5)微量雜質(zhì)元素 從金屬材料主要元素成分含量相同，而再熱裂紋傾向相差很大的事實(shí)來(lái)看，微量雜質(zhì)元素起著很大的作用。這是因?yàn)檫@些雜質(zhì)元素在晶界偏析，促使晶界空穴形成，大大降低金屬的蠕變性能。如降低斷裂應(yīng)力和斷裂塑性。

4.9 重熔焊道

在再熱裂紋的預(yù)防上，焊后利用TIG對(duì)焊縫表面進(jìn)行一次重熔，可以減少焊接接頭的殘余應(yīng)力，因而也有利于減少再熱裂紋的產(chǎn)生。

參考文獻(xiàn)： 周振豐，張文鉞.焊接冶金與金屬焊接性.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1988 2 周振豐.金屬熔焊原理及工藝.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1987 3 周順深.低合金耐熱鋼.上海人民出版社，1976 4 美國(guó)焊接學(xué)會(huì)編，黃靜文等譯.焊接手冊(cè) 第二冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1988 5 美國(guó)焊接學(xué)會(huì)編，韓鴻碩等譯.焊接新技術(shù).宇航出版社，1987 6 王健安.金屬學(xué)與熱處理下冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1987 7 丁啟湛.鋼的焊接脆化.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992

第三篇：焊接壓力容器耐熱鋼的注意事項(xiàng)

焊接壓力容器耐熱鋼的注意事項(xiàng)

一、壓力容器用耐熱鋼及其焊接性 在普通碳鋼中加入一定量的合金元素，以提高鋼的高溫強(qiáng)度和持久強(qiáng)度，就形成了低合金耐熱鋼，對(duì)于壓力容器用低合金耐熱鋼，為改善其焊接性能，常常把碳含量控制在0.2％以下。這類(lèi)鋼通常以退火態(tài)或正火+回火狀態(tài)交貨。由于合金含量在2.5％以下的低合金耐熱鋼具有珠光體+鐵素體組織，故也經(jīng)常稱(chēng)為珠光體耐熱鋼，如15CrMoR。合金含量在3％ ~ 5％之間的低合金耐熱鋼供貨狀態(tài)為貝氏體+鐵素體組織，故也稱(chēng)為貝氏體耐熱鋼，如12Cr2Mo1R。壓力容器上使用的低合金耐熱鋼主要是以加入鉻和鉬元素或輔以加入少量的釩、鈦等元素來(lái)提高鋼的蠕變強(qiáng)度和組織穩(wěn)定性，所以也經(jīng)常稱(chēng)之為Cr-Mo耐熱鋼或Cr-Mo-V系耐熱鋼。也正由于這一類(lèi)鋼在耐高溫的同時(shí)還具有良好的抗氫腐蝕性能，為此，Cr-Mo或Cr-Mo-V系的低合金耐熱鋼亦經(jīng)常稱(chēng)為抗氫鋼。

作為耐熱鋼，除上面已講到的低合金耐熱鋼外，還有合金含量在在6％ ~ 12％之間的中合金耐熱鋼，如1Cr5Mo、1Cr9Mo1，和合金大于13％的高合金耐熱鋼，如1Cr17。由于在壓力容器中這兩類(lèi)耐熱鋼并不多見(jiàn)，本節(jié)以敘述低合金耐熱鋼為主。為保證耐熱鋼焊接接頭在高溫、高壓和各種腐蝕介質(zhì)條件下長(zhǎng)期安全的運(yùn)行，其焊接接頭性能應(yīng)滿足下列幾點(diǎn)要求。

① 接頭的等強(qiáng)性 耐熱鋼接頭不僅應(yīng)具有與母材基本相等的室溫和高溫短時(shí)強(qiáng)度，而且更重要的是應(yīng)具有與母材相近的高溫持久強(qiáng)度。

② 接頭的抗氫性和抗氧化性 耐熱鋼接頭應(yīng)具有與母材基本相同的抗氫性和高溫抗氧化性。為此，焊縫金屬的合金成分和含量應(yīng)與母材基本一致。③ 接頭的組織穩(wěn)定性 耐熱鋼焊接接頭在制造過(guò)程中，特別是厚壁接頭將經(jīng)受長(zhǎng)時(shí)間多次熱處理，在運(yùn)行過(guò)程中將長(zhǎng)期受高溫高壓的作用，接頭各區(qū)不應(yīng)產(chǎn)生明顯的組織變化及由此引起的脆變或軟化。

④ 接頭的抗脆斷性 雖然耐熱鋼壓力容器大多數(shù)是在高溫下工作，但當(dāng)壓力容器和管道制造完工后將在常溫下進(jìn)行設(shè)計(jì)壓力1.25倍壓力的水壓試驗(yàn)。在安裝檢修完后，要經(jīng)歷水壓試驗(yàn)及冷啟動(dòng)過(guò)程。因此，耐熱鋼焊接接頭亦應(yīng)具有一定的抗脆斷性。

⑤ 接頭的物理均一性 耐熱鋼焊接接頭應(yīng)具有與母材基本相同的物理性能。焊縫金屬的熱膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)率應(yīng)基本一致，這樣就可避免接頭在高溫運(yùn)行過(guò)程中的熱應(yīng)力。

低合金耐熱鋼含有一定量的合金元素，因此它與低合金高強(qiáng)鋼都具有一些相同的焊接特點(diǎn)，而又由于其含有一些特殊的微量元素及其不同的介質(zhì)工作環(huán)境，所以也有其獨(dú)特的焊接特點(diǎn)。（1）淬硬性 低合金耐熱鋼中的主要合金元素Cr和Mo等都能顯著提高鋼的淬硬性。其中Mo的作用比Cr大50倍。這些合金元素推遲了鋼在冷卻過(guò)程中的轉(zhuǎn)變，提高了過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性，從而在較高的冷卻速度下可能形成全馬氏體組織，比如12Cr2Mo1R焊接時(shí)，如果焊接線能量較小，鋼板厚度較大且不預(yù)熱焊接時(shí)就有可能發(fā)生100％的馬氏體轉(zhuǎn)變。（2）冷裂紋 由于Cr-Mo鋼極易產(chǎn)生淬硬的顯微組織，再加上焊縫區(qū)足夠高的擴(kuò)散氫濃度和一定的焊接殘余應(yīng)力共同作用，焊接接頭易產(chǎn)生氫致延遲裂紋。這種裂紋在熱影響區(qū)和焊縫金屬中都易發(fā)生。在熱影響區(qū)大多是表面裂紋，在焊縫金屬中通常表現(xiàn)為垂直于焊縫的的橫向裂紋，也可能發(fā)生在多層焊的焊道下或焊根部位。冷裂紋是Cr-Mo鋼焊接中存在的主要危險(xiǎn)。（3）消除應(yīng)力裂紋 因?yàn)檫@類(lèi)裂紋是在消除應(yīng)力熱處理時(shí)，接頭再次處于高溫下所產(chǎn)生的裂紋，故又稱(chēng)為再熱裂紋。Cr-Mo鋼是再熱裂紋敏感性鋼種，敏感的溫度范圍一般在500 ~ 700℃之間。

大量試驗(yàn)結(jié)果表明，鋼中Cr、Mo、V、Nb、Ti等強(qiáng)碳化物形成元素對(duì)再熱裂紋形成有很大影響。通常以裂紋指數(shù)PSR粗略地評(píng)價(jià)鋼的消除應(yīng)力裂紋敏感性。PSR按下式計(jì)算： PSR=Cr％ + Cu％ + 2Mo％ + 10V％ + 7Nb％ + 5Ti％-2 當(dāng)PSR≥0時(shí)，就有可能產(chǎn)生消除應(yīng)力裂紋。但對(duì)于碳含量低于0.1％的鋼種，上式不適用。（4）熱裂紋 對(duì)低合金耐熱鋼，人們往往注重冷裂紋的防止。實(shí)際上，當(dāng)焊道的成形系數(shù)（熔寬與熔深比）小于1.2 ~ 1.3時(shí)，焊道中心易形成熱裂紋。這是因?yàn)檎畹睦嫘魏傅?，低熔點(diǎn)共晶聚集于焊道中心，在焊接應(yīng)力作用下，導(dǎo)致焊道中心出現(xiàn)熱裂紋。一切影響焊道成形系數(shù)的因素都會(huì)影響熱裂紋的發(fā)生。（5）回火脆性 Cr-Mo鋼及其焊接接頭在350 ~ 500℃溫度區(qū)間長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生脆變的現(xiàn)象稱(chēng)為回火脆性。例如某廠一臺(tái)2.25Cr-1Mo鋼制壓力容器在332 ~ 432℃運(yùn)行30000h后，鋼的40J脆性轉(zhuǎn)變溫度從-37℃提高到了+60℃，并最終導(dǎo)致災(zāi)難性的脆性斷裂事故。Cr-Mo鋼及其焊接接頭的回火脆性敏感性有兩種評(píng)價(jià)方式： ①X系數(shù)和J系數(shù)

X=（10P+5Sb+4Sn+As）×10-2（式中元素以ppm含量代入，如0.01％應(yīng)以100ppm代入）J=（Si+Mn）（P+Sn）×104（式中元素以百分?jǐn)?shù)含量代入，如0.15％應(yīng)以0.15代入）這兩個(gè)系數(shù)的界定是隨著工業(yè)的不斷發(fā)展和進(jìn)步一步步提高的，最早要求X≤25ppm，J≤200，后來(lái)達(dá)到X≤20ppm，J≤150，直至目前又提高了要求，要求X≤15ppm，J≤100。② 分步冷卻試驗(yàn)法(步冷)

分步冷卻試驗(yàn)法是將試件加熱到規(guī)定的最高溫度后分步冷卻，溫度每降一級(jí)，保溫更長(zhǎng)時(shí)間。步冷處理目的是在200 ~ 300 h內(nèi)使鋼產(chǎn)生最大的回火脆性，與350 ~ 500℃溫度區(qū)間設(shè)備經(jīng)過(guò)2000 ~ 5000 h才能產(chǎn)生的效果相同。按曲線加熱，使鋼材發(fā)生快速回火脆化。分別對(duì)步冷試驗(yàn)前后的鋼材進(jìn)行系列沖擊，繪制出步冷試驗(yàn)前、后回火脆化程度的曲線，確定延脆性轉(zhuǎn)變溫度VTr54(試樣經(jīng)Min.PWHT處理后的夏比沖擊功為54J時(shí)相應(yīng)的轉(zhuǎn)變溫度)的變量ΔVTr54(試樣經(jīng)Min.PWHT + 步冷處理后的夏比沖擊功為54J時(shí)相應(yīng)的轉(zhuǎn)變溫度增量)，按下式進(jìn)行計(jì)算：

美國(guó)雪弗龍公司早期提出的指標(biāo)： VTr54 +1.5ΔVTr54 ≤ 38℃(100℉)20世紀(jì)90年代普遍采用的指標(biāo)： VTr54 +2.5ΔVTr54 ≤ 38℃

隨著對(duì)設(shè)備安全性要求的提高及鋼材、焊材性能的提高，對(duì)該指標(biāo)的要求越來(lái)越高，2006年某工程公司為寧波和邦化學(xué)有限公司設(shè)計(jì)的兩臺(tái)加氫反應(yīng)器提出的指標(biāo)是： VTr54 +3ΔVTr54 ≤ 10℃

二、壓力容器用耐熱鋼焊材選用

（1）與低合金高強(qiáng)鋼相同，焊縫金屬和母材等強(qiáng)度原則仍是低合金耐熱鋼焊材選用的基本原則，只不過(guò)此時(shí)不但要考慮焊縫金屬與母材的常溫強(qiáng)度等強(qiáng)，同時(shí)也要使其高溫強(qiáng)度不低于母材標(biāo)準(zhǔn)值的下限要求。

（2）為使其焊縫金屬具有與母材同樣的使用性能，因此要求其焊縫金屬的鉻、鉬含量不得低于母材標(biāo)準(zhǔn)值的下限。

（3）為保證焊縫金屬有同樣小的回火脆性，應(yīng)嚴(yán)格限制焊材中的氧、硅、磷、銻、錫、砷等微量元素的含量。

（4）為提高焊縫金屬的抗裂性，應(yīng)控制焊材中的含碳量低于母材的碳含量，但應(yīng)注意，含碳量過(guò)低時(shí)，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的焊后熱處理會(huì)促使鐵素體形成，從而導(dǎo)致韌性下降，因此，對(duì)于低合金耐熱鋼的焊縫金屬含碳量最好控制在0.08％ ~ 0.12％范圍內(nèi)，這樣才會(huì)使焊縫金屬具有較高的沖擊韌性和與母材相當(dāng)?shù)母邷厝渥儚?qiáng)度。

三、壓力容器用耐熱鋼焊接要點(diǎn)

（1）預(yù)熱與層間溫度 在Cr-Mo鋼的焊接特點(diǎn)中提到的冷裂紋、熱裂紋及消除應(yīng)力裂紋，都與預(yù)熱及層間溫度相關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，在條件許可下應(yīng)適當(dāng)提高預(yù)熱及層間溫度來(lái)避免冷裂紋和再熱裂紋的產(chǎn)生。表10-2為對(duì)各種低合金耐熱鋼推薦選用的預(yù)熱溫度和層間溫度，但在設(shè)備制造過(guò)程中還要結(jié)合實(shí)際選用。

表10-2 推薦選用的低合金耐熱鋼預(yù)熱及層間溫度 鋼種

預(yù)熱溫度/℃

層間溫度/℃ 15CrMoR

≥150

~ 250 12Cr1MoV

≥200

250左右

12Cr2Mo1R

200 ~ 250

200 ~ 300 在Cr-Mo鋼上堆焊不銹鋼

≥100

對(duì)于預(yù)熱和層間溫度，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

① 整個(gè)焊接過(guò)程中的層間溫度不應(yīng)低于預(yù)熱溫度。② 要保證焊件內(nèi)外表面均達(dá)到規(guī)定的預(yù)熱溫度。

③ 對(duì)于厚壁容器，必須注意焊前、焊接過(guò)程和焊接結(jié)束時(shí)的預(yù)熱溫度基本保持一致并將實(shí)測(cè)預(yù)熱溫度做好記錄。

④ 若容器焊前進(jìn)行整體預(yù)熱不僅費(fèi)時(shí)而且耗能。實(shí)際上，作局部預(yù)熱可以取得與整體預(yù)熱相近的效果，但必須保證預(yù)熱區(qū)寬度大于所焊厚度的4倍，且至少不小于150mm。

⑤ 預(yù)熱與層間溫度必須低于母材的Mf點(diǎn)(馬氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束點(diǎn))，否則當(dāng)焊件經(jīng)SR處理后，殘留奧氏體可能發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，其中過(guò)飽和的氫逸出會(huì)促使鋼材開(kāi)裂，如對(duì)12Cr2Mo1R的預(yù)熱和最高層間溫度應(yīng)低于300℃。

⑥ 鋼材下料進(jìn)行熱切割時(shí)，類(lèi)似焊接熱影響區(qū)的熱循環(huán)，切割邊緣的淬硬層可能成為鋼材卷制或沖壓時(shí)的裂源。因此，也應(yīng)適當(dāng)預(yù)熱。

（2）焊后熱處理 對(duì)于低合金耐熱鋼，焊后熱處理的目的不僅是消除焊接殘余應(yīng)力，而且更重要的是改善組織提高接頭的綜合力學(xué)性能，包括提高接頭的高溫蠕變強(qiáng)度和組織穩(wěn)定性，降低焊縫及熱影響區(qū)硬度，還有就是使氫進(jìn)一步逸出以避免產(chǎn)生冷裂紋。因此，在擬定低合金耐熱鋼焊接接頭的焊后熱處理規(guī)范時(shí)，應(yīng)綜合考慮下列冶金和工藝特點(diǎn)。① 焊后熱處理應(yīng)保證近縫區(qū)組織的改善。

② 加熱溫度應(yīng)保證焊接接頭的焊接應(yīng)力降到盡可能低的水平。

③ 焊后熱處理不應(yīng)使母材及焊接接頭各項(xiàng)力學(xué)性能降低到設(shè)計(jì)規(guī)定的最低限度以下。這一點(diǎn)往往要通過(guò)對(duì)母材及焊接接頭進(jìn)行最大和最小模擬焊后熱處理(Max.PWHT及Min.PWHT)后的各項(xiàng)力學(xué)性能檢測(cè)來(lái)確定。

④ 由于耐熱鋼的回火脆性及再熱裂紋傾向，焊后熱處理應(yīng)盡量避免在所處理鋼材回火脆性敏感區(qū)及再熱裂紋傾向敏感區(qū)的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。應(yīng)規(guī)定在危險(xiǎn)溫度范圍內(nèi)要有較快的加熱速度。

綜合考慮以上4個(gè)特點(diǎn)，需要制定一個(gè)合適的耐熱鋼焊后熱處理規(guī)范，經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn)、研究，引出了一個(gè)指導(dǎo)性參數(shù)，即納爾遜米勒（Rarson—Miller）參數(shù) Tp，也稱(chēng)回火參數(shù)。Tp= T(20+log t)×10-3 式中：

T — 熱處理絕對(duì)溫度，K t — 熱處理保溫時(shí)間，h 從式中可以看出，熱處理的溫度和保溫時(shí)間決定了Tp值的高低，也就影響了Cr-Mo鋼焊接接頭的強(qiáng)度和韌性。Tp值過(guò)低，接頭的強(qiáng)度和硬度會(huì)過(guò)高而韌性較低，若Tp值太高，則強(qiáng)度和硬度會(huì)明顯下降，同時(shí)由于碳化物的沉淀和聚集也會(huì)使韌性下降，因此，Tp值在18.2 ~ 21.4可以使接頭具有較好的綜合力學(xué)性能。當(dāng)然，對(duì)于每一種Cr-Mo鋼都有一個(gè)最佳的回火參數(shù)范圍，如1.25Cr-0.5Mo鋼焊縫金屬的最佳Tp值為20.0 ~ 20.6之間，對(duì)于2.25Cr-1Mo鋼而言，其最佳的Tp值在20.2 ~ 20.6之間。

（3）后熱和中間熱處理 Cr-Mo鋼冷裂傾向大，導(dǎo)致生產(chǎn)裂紋的影響因素中，氫的影響居首位，因此，焊后(或中間停焊)必須立即消氫。一般說(shuō)來(lái)，Cr-Mo鋼容器的壁厚、剛性大、制造周期長(zhǎng)，焊后不能很快進(jìn)行熱處理，為防裂并穩(wěn)定焊件尺寸，在主焊縫(或主焊縫和殼體接管焊縫)完成后進(jìn)行比最終熱處理溫度低的中間熱處理。這類(lèi)鋼的后熱溫度一般為300 ~350℃，也有少數(shù)制造單位取350 ~ 400℃的。中間熱處理規(guī)范隨鋼種、結(jié)構(gòu)、制造單位的經(jīng)驗(yàn)而異，一般中間熱處理溫度為(620 ~ 640℃)±15℃。

（4）焊接規(guī)范的選擇 焊接線能量、預(yù)熱溫度和層間溫度直接影響到焊接接頭的冷卻條件，一般來(lái)說(shuō)，焊接線能量越大，冷卻速度越慢，加之伴有較高的預(yù)熱和層間溫度，就會(huì)使接頭各區(qū)的晶粒粗大，強(qiáng)度和韌性都會(huì)降低。對(duì)于低合金耐熱鋼而言，對(duì)焊接線能量在一定范圍內(nèi)變化并不敏感，也就是說(shuō)，允許的焊接線能量范圍較寬，只有當(dāng)線能量過(guò)大時(shí)，才會(huì)對(duì)強(qiáng)度和韌性有明顯的影響，所以為了防止冷裂紋的產(chǎn)生，希望焊接時(shí)線能量不要過(guò)小。

第四篇：43-超超臨界機(jī)組鍋爐新型耐熱鋼的焊接-51

超超臨界機(jī)組鍋爐新型耐熱鋼的焊接

范長(zhǎng)信 張紅軍 董

雷 周榮燦

(西安熱工研究院有限公司，陜西省 西安市 710032)

摘要：目前火電機(jī)組正在向著高參數(shù)大容量方向發(fā)展，蒸汽溫度和壓力進(jìn)一步提高，為此開(kāi)發(fā)采用了一些新型馬氏體耐熱鋼和奧氏體耐熱鋼，這些鋼的合金元素含量較以前的鍋爐用鋼較高，焊接性相比之下有所下降。本文主要介紹了超超臨界機(jī)組鍋爐用新鋼種的焊接性、焊接接頭的組織、力學(xué)性能和典型的失效方式。關(guān)鍵詞：超超臨界；鍋爐；耐熱鋼；焊接性；性能

1前言

超超臨界機(jī)組的出現(xiàn)，提高了機(jī)組的效率，減少了污染物的排放，是目前火電發(fā)展的必然趨勢(shì)。蒸汽溫度超過(guò)了600℃，蒸汽壓力超過(guò)了25MPa，而且還在不斷的升高，這有賴于新型耐熱鋼的不斷發(fā)展。目前應(yīng)用于超超臨界機(jī)組過(guò)路的新型馬氏體耐熱鋼有P91、P92（NF616）、E911、P122（HCM12A）等，奧氏體耐熱鋼有TH347HFG、Super304和HR3C等。這些鋼的合金元素含量均大于10%，給焊接帶來(lái)一定的困難[1-2]。

焊接接頭的失效是電站高溫承壓部件失效的一種主要方式，常常具有早期失效的傾向。因此提高焊接接頭的完整性對(duì)電站機(jī)組的安全運(yùn)行是十分重要的。焊接接頭的完整性主要是焊接接頭的性能與母材相一致，表現(xiàn)在成分、組織、性能、結(jié)構(gòu)的連續(xù)性。通常我們并不能夠使接頭的性能與母材完全一致，但是我們總是努力使其趨向一致。過(guò)去一般認(rèn)為焊接接頭中存在缺陷，但是現(xiàn)在大多數(shù)的高溫焊接接頭中均不存在影響使用安全性的宏觀缺陷。取而代之的是焊接接頭組織的不均勻性和由此引起的蠕變性能的不均勻性。與母材相比，焊接接頭組織的不均勻?qū)?huì)使其存在強(qiáng)度或大或小、塑性或高或低的區(qū)域。這些組織不同的區(qū)域在使用過(guò)程中將會(huì)產(chǎn)生不同的蠕變速率，導(dǎo)致接頭中應(yīng)力的錯(cuò)配和早期失效。在未來(lái)電站和焊接接頭的設(shè)計(jì)中，必須考慮焊接接頭的性能，使其對(duì)電站安全性的危害最小化[3]。

超超臨界機(jī)組鍋爐中的一些新型耐熱鋼在國(guó)內(nèi)是首次使用，對(duì)它們的焊接性能研究尚少，對(duì)其焊接接頭性能的研究更是空白，應(yīng)引起高度重視。本文主要介紹了超超臨界鍋爐用鋼焊接接頭的性能，對(duì)這些新型耐熱鋼進(jìn)行了焊接性分析。

2超超臨界機(jī)組鍋爐用新型馬氏體耐熱鋼的焊接

超超臨界機(jī)組鍋爐用新型馬氏體耐熱鋼主要有T/P91、T/P92、E911和 T/P122等，常用于超超臨界機(jī)組管道和過(guò)熱器管上。這些鋼由于Cr含量較高，在加工制造過(guò)程中容易產(chǎn)生δ鐵素體。T/P91是在9Cr-1Mo鋼基礎(chǔ)上通過(guò)加入Nb、V、N等合金元素而形成的新型耐熱鋼，其使用溫度小于585℃。T/P92和E911是在T/P91耐熱鋼基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新型耐熱鋼，其中T/P92是在T/P91的基礎(chǔ)上通過(guò)加入1.5~2.0%W代替部分Mo元素，Mo元素含量下降到0.3~0.6%而形成，E911是在T/P91的基礎(chǔ)上加入0.9~1.1%W而形成，它們的使用溫度可升高到630℃。這些9%Cr鋼具有良好的力學(xué)性能。T/P122是新型的12%Cr耐熱鋼，由于Cr含量的增大，在加工制造工程中更容易出現(xiàn)δ鐵素體，通常加入1%的Cu來(lái)抑制這種有害組織的形成，這種鋼的抗氧化性較好。馬氏體鋼的下一步發(fā)展是在這些鋼的基礎(chǔ)上加入Co、B等合金元素來(lái)進(jìn)一步提高抗蠕變性能和抗氧化性能。雖然這些鋼的抗蠕變和抗氧化性能較好，但

314 在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，如果沒(méi)有合適的焊接工藝來(lái)保證，這些鋼的優(yōu)越性也難以發(fā)揮出來(lái)。2.1 新型馬氏體耐熱鋼焊接性分析

新型馬氏體耐熱鋼一般通過(guò)控軋控冷工藝制造，在焊接過(guò)程中，焊縫金屬?zèng)]有這種控軋控冷的機(jī)會(huì)，很難通過(guò)細(xì)晶強(qiáng)化和位錯(cuò)強(qiáng)化來(lái)改善焊接接頭的性能，故焊接接頭的性能和母材之間存在一定的差異。這些馬氏體耐熱鋼焊接接頭劣化的方式主要有： 2.1.1焊接接頭的脆化

馬氏體耐熱鋼焊接接頭的脆化主要有粗晶組織引起的脆化和淬硬組織引起的脆化兩種脆化方式。焊縫金屬晶粒粗大是由于在焊接過(guò)程中，奧氏體化時(shí)間較長(zhǎng)，晶粒長(zhǎng)大速度較快，且在焊接過(guò)程中不像母材生產(chǎn)過(guò)程中有控軋控冷的機(jī)會(huì)形成的。故在焊接過(guò)程中應(yīng)使用較低的焊接線能量。由于這些鋼的合金元素含量較高，焊后冷卻速度控制不當(dāng)就會(huì)導(dǎo)致淬硬組織的形成，從而導(dǎo)致焊接接頭的脆化。故可采取預(yù)熱的方法來(lái)解決這一問(wèn)題。2.1.2熱影響區(qū)的軟化

馬氏體耐熱鋼的供貨狀態(tài)為正火＋回火，即調(diào)質(zhì)處理。焊接時(shí)，在細(xì)晶熱影響區(qū)和臨界熱影響區(qū)將會(huì)產(chǎn)生軟化現(xiàn)象。造成這一現(xiàn)象的主要原因是焊接時(shí)，細(xì)晶熱影響區(qū)的所經(jīng)受的溫度稍高于Ac3，臨界熱影響區(qū)所經(jīng)受的溫度在Ac1~Ac3之間，處于這一溫度區(qū)間的金屬發(fā)生部分奧氏體化，沉淀強(qiáng)化相在這一過(guò)程中不能夠完全溶解在奧氏體中，在隨后的熱過(guò)程中未溶解的沉淀相發(fā)生粗化，造成這一區(qū)域的強(qiáng)度降低。軟化對(duì)短時(shí)高溫拉伸強(qiáng)度影響不大，但降低持久強(qiáng)度，長(zhǎng)期高溫運(yùn)行后，在軟化區(qū)常常會(huì)產(chǎn)生Ⅳ型裂紋。焊接線能量、預(yù)熱溫度對(duì)軟化帶影響較大，焊接線能量大預(yù)熱溫度高，軟化區(qū)寬。所以，焊接線能量不宜大，預(yù)熱溫度不能高，軟化區(qū)寬度越窄，其拘束強(qiáng)化作用越強(qiáng)，軟化帶的影響越小。2.1.3焊接冷裂紋

冷裂紋是在焊后冷卻過(guò)程中在Ms點(diǎn)以下或更低的溫度范圍內(nèi)形成的一種裂紋，又稱(chēng)延遲裂紋。產(chǎn)生這種裂紋的三要素為淬硬組織、氫元素和應(yīng)力。馬氏體耐熱鋼焊接冷卻過(guò)程控制不當(dāng)往往形成淬硬組織，這一組織會(huì)導(dǎo)致裂紋的形成。焊接過(guò)程中氫主要來(lái)源于母材和焊條，氫的含量越高越易聚集形成裂紋，制造、安裝中一般選用低氫型焊條且制訂了嚴(yán)格的烘培和保溫工藝就是這個(gè)原因。拉應(yīng)力也是產(chǎn)生冷裂紋的一個(gè)主要因素，在焊接過(guò)程中應(yīng)盡量減少拘束度，防止產(chǎn)生較大的拘束應(yīng)力。

理想的焊接工藝是采用適當(dāng)?shù)墓に嚧胧┍ＷC在焊接過(guò)程中不產(chǎn)生裂紋，減少脆化、軟化等問(wèn)題，同時(shí)還要保證全馬氏體組織的形成，滿足焊接接頭的質(zhì)量要求。2.2 新型馬氏體耐熱鋼焊接接頭的化學(xué)成分

新型馬氏體耐熱鋼的焊接所選用的焊接材料一般是與之匹配的焊接材料。下面簡(jiǎn)要地闡述一下這些鋼焊接接頭的化學(xué)成分。2.2.1 T/P91鋼[5]

對(duì)于T/P91鋼，為保證焊接接頭足夠的韌性，應(yīng)對(duì)焊接接頭中的合金元素含量進(jìn)行控制。Nb元素對(duì)沖擊韌性的影響較大，焊接接頭中Nb的含量一般不低于0.04%，Nb的含量設(shè)計(jì)為0.04~0.07%。Ni能夠有效改善焊接接頭的沖擊韌性，對(duì)Ni含量的適當(dāng)控制是有益的，這是由于以下兩個(gè)方面的原因決定的。第一、它降低了Ac1點(diǎn)，使得Ac1與PWHT（焊后熱處理）溫度接近，改善了回火性能。第二、它減少了δ鐵素體形成的傾向，δ鐵素體的存在對(duì)焊接

[4]

315 接頭的性能是不利的?？墒钱?dāng)Ni含量＞1%時(shí)，這種元素將會(huì)產(chǎn)生一定的副作用，它使得Ac1降低幅度較大，PWHT溫度超過(guò)了Ac1，PWHT時(shí)，發(fā)生奧氏體化，在隨后的冷卻過(guò)程中形成未回火的馬氏體組織。長(zhǎng)期服役過(guò)程中，過(guò)量的Ni還會(huì)改變沉淀相的變化發(fā)展過(guò)程，惡化蠕變性能，故Ni的含量一般控制在0.4~1.0%。V、C、N等對(duì)焊縫金屬韌性的影響不大。Mn含量較母材為高，主要目的是為了脫氧，保證形成合適的焊縫金屬?？墒且恍?zhuān)家認(rèn)為Mn+Ni的含量最大不超過(guò)1.5%，以防止它們過(guò)多降低Ac1。在這個(gè)限制條件下，為保證脫氧Mn含量較高，Ni的含量可減少到0.5%。Si也是一種有效的脫氧劑，與Cr共同作用可提高這種鋼的抗氧化性。盡管有一些規(guī)范規(guī)定焊縫金屬的Si含量和P91母材一致，但降低Si的含量有助于韌性的改善，在這一點(diǎn)上，AWS規(guī)定焊材中Si的含量不高于0.30%，低于母材中Si的含量。2.2.2 T/P92鋼[6-7]

T/P92馬氏體鋼的韌性水平較T/P91低，蠕變強(qiáng)度較高，對(duì)于它們的填充金屬一般要求SMAW、SAW焊接時(shí)要保證室溫沖擊韌性CVN＞41J。試驗(yàn)已經(jīng)證明，使用和T/P92相同化學(xué)成分的焊材將會(huì)導(dǎo)致焊接接頭韌性和蠕變強(qiáng)度的降低，尤其對(duì)SAW，這種情況更為嚴(yán)重。這樣以來(lái)必須對(duì)每種合金元素的作用以及合金元素之間的相互作用進(jìn)行研究，以確定合適的焊材成分，同時(shí)最為重要的是對(duì)N、Ni、Mn、Co和B含量進(jìn)行優(yōu)化。C、N化合物的形成以及元素B對(duì)蠕變斷裂強(qiáng)度有著重要的影響，它們的加入增加了材料的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，但降低了塑性和韌性。Mn和Ni對(duì)強(qiáng)度的影響不大，但是，Mn和Ni的含量超過(guò)基體金屬的上限能夠顯著改善焊接接頭的韌性，同時(shí)降低Ac1，一般它們的極限值由Ac1來(lái)確定。Mn和Ni的含量一般＜1.5%，同時(shí)可以用Co來(lái)代替部分Ni。為了避免δ鐵素體的生成，應(yīng)適當(dāng)控制W的含量。B能夠提高蠕變強(qiáng)度，但降低焊接接頭的韌性，成分含量應(yīng)控制在基體金屬下限左右。V、Nb、Co對(duì)韌性不利，同時(shí)易導(dǎo)致熱裂紋，因此其含量也應(yīng)控制在下限左右。除了這些元素的影響，也應(yīng)考慮Ti、Al氮化物的影響。2.2.3 E911和T/P122鋼[5]

E911鋼的化學(xué)成分和T/P92鋼相似，其焊接接頭化學(xué)成分的分析可參照T/P92鋼的成分分析。對(duì)于T/P122鋼，由于其合金元素含量較高，焊接時(shí)，容易在焊接接頭中產(chǎn)生δ鐵素體。這兩種鋼焊接接頭成分的分析均可借鑒T/P91鋼和T/P92鋼的分析方法。Nb元素對(duì)沖擊韌性的影響較大，Ni對(duì)沖擊韌性的改善有利，但同時(shí)Ni還降低Ac1，故其含量不易太大。Mn和Si是有效的脫氧劑，合適的含量對(duì)于改善焊接接頭的性能有利。2.3 新型馬氏體耐熱鋼焊接接頭的組織

這些新型馬氏體耐熱鋼顧名思義可知其組織包括焊接接頭的組織均為馬氏體。焊接接頭是一個(gè)不均勻體，對(duì)于不同的區(qū)域，因經(jīng)歷的熱過(guò)程不同，導(dǎo)致微觀組織不同，例如馬氏體板條的位向、大小、原奧氏體晶粒度、碳化物的類(lèi)型、形狀、分布等在BM、HAZ、WM的分布有或大或小的差異，當(dāng)然其力學(xué)性能也有區(qū)別，如WM和BM的硬度、強(qiáng)度高于FG、ICHAZ，長(zhǎng)期運(yùn)行容易在FG、ICHAZ形成IV型損傷等。下面以T/P92鋼為例介紹一下這種馬氏體耐熱鋼焊接接頭的組織。

圖1給出了T/P92焊接接頭的宏觀和微觀組織形貌。宏觀形貌為均勻的多層焊縫金屬和回火的HAZ組成，HAZ寬度為2~3mm。

圖2給出了T/P92焊接接頭焊縫金屬的TEM像，可以看出在焊態(tài)下，組織為典型的回火

[8]

316 馬氏體＋M23C6顆粒在原奧氏體晶界和亞晶界處的彌散分布，偶爾可以看到島狀的δ鐵素體，這種δ鐵素體處在M23C6顆粒的包圍之中。PWHT后，組織發(fā)生了相當(dāng)大的回復(fù)，但馬氏體結(jié)構(gòu)和M23C6顆粒在焊縫晶界的分布清晰可見(jiàn)，如圖2b所示。

在T/P92焊接接頭的細(xì)晶熱影響區(qū)（FGHAZ），焊態(tài)下，發(fā)現(xiàn)了薄弱的回火馬氏體組織，馬氏體板條不清晰，M23C6顆粒的分布也不夠均勻，如圖3a所示。PWHT后可以觀察到亞晶以及低密度位錯(cuò)的存在，其中部分亞晶已發(fā)生了多邊化，如圖3b所示。

圖1 P92焊接接頭在PWHT后的宏觀和微觀組織形貌

2.4 新型馬氏體耐熱鋼焊接接頭的力學(xué)性能

T/P91、T/P92（NF616）、E911、T/P122（HCM12A）焊接接頭合金元素含量較高，這些合金元素具有固溶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化的作用，焊接接頭的力學(xué)性能水平較高。在室溫橫向焊接

317 圖2 P92焊接接頭焊縫金屬的TEM像ａ）焊態(tài) ｂ）PWHT

圖3 P92焊接接頭HAZ的TEM像ａ）焊態(tài) ｂ）PWHT 接頭拉伸試驗(yàn)時(shí)斷裂發(fā)生在母材上，可以認(rèn)為室溫下母材的強(qiáng)度低于焊接接頭。高溫下的蠕變性能有所差別，下面給出了母材和焊縫金屬的高溫蠕變性能。2.4.1 母材的蠕變性能

圖4給出了不同鋼種在100MPa下運(yùn)行100000h的使用溫度范圍?？梢钥闯鲂滦婉R氏體耐熱鋼的使用溫度已超過(guò)了600℃，且這些新型高Cr鋼的蠕變斷裂強(qiáng)度與奧氏體鋼相當(dāng)。圖中雖然沒(méi)有給出T/P122鋼在同一條件下的使用溫度，但是相關(guān)資料已證實(shí)這種鋼的使用性能優(yōu)于T/P92鋼，其抗氧化性較好，T/P122鋼的使用溫度也可在600℃以上。這些新型馬氏體耐熱鋼優(yōu)越具有很好的抗蠕變性能和耐蝕性，能夠減少部件的厚度，提高使用溫度。2.4.2 焊縫金屬的蠕變性能

許多試驗(yàn)業(yè)已證明這些新型耐熱鋼焊接接頭的高溫失效位置主要在焊接接頭的熱影響區(qū)，熱影響區(qū)是焊接接頭的薄弱區(qū)域，這主要與其所經(jīng)受的熱過(guò)程有關(guān)。對(duì)于焊縫金屬，一些試驗(yàn)結(jié)果表明采用匹配焊接材料使得焊縫金屬的高溫（600℃、650℃）蠕變斷裂強(qiáng)度均低于母材。對(duì)于T/P91、T/P92、E911鋼采用匹配焊接材料焊接時(shí)可以得出以下結(jié)論：

1)焊縫金屬的蠕變斷裂強(qiáng)度低于母材。

2)隨著試驗(yàn)持久時(shí)間的增加，焊縫金屬的蠕變斷裂強(qiáng)度與母材的差距越來(lái)越大。新型馬氏體耐熱鋼的橫向焊接接頭高溫蠕變?cè)囼?yàn)的失效位置在HAZ的外側(cè)，即靠近母材的HAZ，一般稱(chēng)之為細(xì)晶熱影響區(qū)和臨界熱影響區(qū)。這一區(qū)域在焊接過(guò)程中發(fā)生部分奧氏體化，大多數(shù)C、N化合物沉淀析出，PWHT時(shí)發(fā)生再結(jié)晶。由于缺少C、N等晶內(nèi)強(qiáng)化元素，從而使這一區(qū)域的馬氏體組織發(fā)生軟化。在這一軟化區(qū)域經(jīng)常發(fā)生IV型損傷，以前的經(jīng)驗(yàn)表明在

[5][9]

318 圖4 不同材料在100MPa/100000h下的最大使用溫度

所有的CrMo耐熱鋼中均存在這種現(xiàn)象。由焊接接頭的硬度測(cè)量也可知道這一區(qū)域的硬度比母材和焊縫金屬也低許多，一般情況下這種差距約在30HV左右。

橫向焊接接頭在高溫低應(yīng)力下發(fā)生的IV型損傷是CrMo鋼的一個(gè)典型特征，然而在低溫高應(yīng)力短時(shí)持久試驗(yàn)下，焊接接頭的失效發(fā)生在母材處。從目前的電站使用經(jīng)驗(yàn)看這種焊接接頭的主要損傷還是IV型損傷，可見(jiàn)焊縫金屬的蠕變性能對(duì)焊接接頭的壽命影響不大，除非它和IV型損傷區(qū)共同作用。一些專(zhuān)家接受了這個(gè)觀點(diǎn)。同時(shí)，也存在其它兩種關(guān)于焊縫金屬對(duì)焊接接頭性能影響的觀點(diǎn)，特別是焊縫金屬的優(yōu)化可以延遲IV型損傷的發(fā)生，這兩種觀點(diǎn)都認(rèn)為焊縫金屬的蠕變強(qiáng)度將影響蠕變量在焊接接頭不同區(qū)域的分布。一種觀點(diǎn)是降低焊縫金屬的強(qiáng)度，使其與IV型區(qū)的強(qiáng)度相當(dāng)。另一種觀點(diǎn)是擴(kuò)大焊接接頭熔合區(qū)的寬度，這一區(qū)域的強(qiáng)度和母材相當(dāng)，以減少I(mǎi)V型區(qū)的蠕變量，延長(zhǎng)使用壽命。

普遍認(rèn)為焊接接頭的失效模式受控于HAZ，但是目前關(guān)于焊縫金屬的選擇是否能夠延遲損傷或延長(zhǎng)部件的使用壽命并沒(méi)有統(tǒng)一的觀點(diǎn)。2.5 焊縫金屬的韌性

新型馬氏體耐熱鋼焊接時(shí)如果焊接參數(shù)選用不當(dāng)，很容易產(chǎn)生粗大的馬氏體、沒(méi)有回火的馬氏體，還有可能形成δ鐵素體等，這些組織都對(duì)焊接接頭的韌性不利。雖然高溫時(shí)接頭的脆性斷裂是不可能的，但考慮水壓試驗(yàn)、檢修等因素，通常對(duì)焊接接頭的室溫沖擊韌也有要求。影響焊接接頭的室溫沖擊韌性的因素如下： 2.5.1 接方法的影響

焊接方法將對(duì)焊接接頭的韌性有著重要的影響。采用GTAW氬氣保護(hù)焊，以及使用固體焊絲和金屬芯焊絲（MCW）可是使焊接接頭在PWHT后獲得較高的室溫沖擊韌性。韌性與氧含量有關(guān)，GTAW(氧含量100～200ppm)＜SMAW、SAW(氧含量400～800ppm),TIG焊的韌性比SMAW和SAW的好。[5]

319 2.5.2 化學(xué)成分的影響

一般情況下，能夠改善蠕變性能的元素均惡化焊縫金屬的韌性，例如Nb、V、N和Si等，其中N和Si的影響較小。能夠抑制δ鐵素體形成，保證獲得全馬氏體組織的合金元素對(duì)焊縫金屬的蠕變性能和韌性均有利。2.5.3后熱處理的影響

焊后熱處理的目的是降低焊接殘余應(yīng)力和改善組織性能。為了保證焊接接頭的韌性，焊后熱處理的回火作用是非常重要的，它可以使焊接接頭獲得完全回火的馬氏體組織。實(shí)際應(yīng)用時(shí)涉及到回火溫度和時(shí)間的選擇。2.5.4 其它因素的影響

焊接過(guò)程中發(fā)生的晶粒細(xì)化對(duì)焊接接頭的韌性也有一定的影響。此外，焊層厚度、焊接時(shí)的對(duì)口以及焊接環(huán)境等也對(duì)接頭的韌性有一定的影響。焊層厚度薄，韌性較高。

對(duì)于焊縫金屬，不同的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其室溫（＋20℃）沖擊韌性有著不同的要求。對(duì)于T/P91鋼焊縫金屬，AWS沒(méi)有對(duì)其室溫（＋20℃）沖擊韌性做出要求，但在非強(qiáng)制性的附錄A5.5-96中建議這種鋼焊接接頭的沖擊韌性可由廠商和顧客協(xié)商確定。在歐洲的EN 1599:1997中規(guī)定了這種鋼焊縫金屬的室溫（＋20℃）沖擊韌性最小值不得低于38J，平均值不得低于41J。這些值與專(zhuān)家們提出的PWHT后室溫（＋20℃）沖擊韌性在35~50J之間是一致的。超超臨界機(jī)組鍋爐用新型奧氏體耐熱鋼的焊接[10-11]

鑒于高溫過(guò)熱器（SH）和高溫再熱器（RH）的蒸汽參數(shù)較高，在設(shè)計(jì)時(shí)必須充分考慮其煙氣側(cè)腐蝕和蒸汽側(cè)氧化的性能。一般的鐵素體耐熱鋼雖然強(qiáng)度上能夠滿足SH/RH的要求，但其抗煙氣側(cè)腐蝕和蒸汽側(cè)氧化的性能較差，不利于機(jī)組的安全可靠的運(yùn)行，所以在SH/RH設(shè)計(jì)時(shí)，一般可采用奧氏體不銹鋼。目前超超臨界機(jī)組SH/RH的主要設(shè)計(jì)材料為T(mén)P347HFG、Super304、HR3C等。這些材料的合金含量如Cr、Ni等較鐵素體耐熱鋼有著很大的提高。為了保證焊接接頭和母材具有較佳的匹配性，焊接材料的選取也必須為奧氏體型焊接材料。奧氏體耐熱鋼由于熱膨脹系數(shù)大，導(dǎo)熱性能差，在焊接和使用過(guò)程中易出現(xiàn)下列問(wèn)題： 3.1 晶間腐蝕

晶間腐蝕是奧氏體耐熱鋼一種極其危險(xiǎn)的破壞形式。它的特點(diǎn)是沿晶界開(kāi)始腐蝕，從表面上看，一般不容易發(fā)覺(jué),但它使承壓管道焊接接頭的力學(xué)性能顯著下降和容易發(fā)生早期破壞。根據(jù)“碳化物析出造成晶間貧鉻”理論,在450～850℃范圍內(nèi)，C和Cr易在奧氏體晶粒邊界處形成碳化鉻,使得晶粒邊界處局部貧鉻。晶界處的含Cr量被降低到小于12%，鋼材因此喪失了耐腐蝕性能。另外，F(xiàn)e－Cr合金在400～550℃長(zhǎng)期加熱時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種特殊的脆性,其硬度顯著提高，沖擊韌性嚴(yán)重下降,稱(chēng)為475℃脆性。而在實(shí)際焊接過(guò)程中經(jīng)過(guò)測(cè)量發(fā)現(xiàn)，焊接接頭往往是在400～550℃這個(gè)溫度區(qū)間停留的時(shí)間最長(zhǎng)，所以對(duì)475℃脆性這個(gè)問(wèn)題需要多加關(guān)注。3.2 應(yīng)力腐蝕裂紋

應(yīng)力腐蝕裂紋（stress corrosion cracking 簡(jiǎn)稱(chēng)SCC）是應(yīng)力和腐蝕聯(lián)合作用引起的一種低應(yīng)力脆性裂紋。奧氏體不銹鋼線膨脹系數(shù)大，導(dǎo)熱性差，在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、剛度較大的情況下，焊接變形受到約束，焊后構(gòu)件特別是焊接接頭存在較大的焊接殘余應(yīng)力，而奧氏體耐熱

320 鋼的組織特征和腐蝕介質(zhì)的存在，滿足了產(chǎn)生SCC的充要條件，從而使奧氏體不銹鋼產(chǎn)生SCC的傾向較大。奧氏體耐熱鋼的SCC有晶間、晶內(nèi)和晶間/晶內(nèi)混合等三種形式，但是以晶間SCC最常見(jiàn)。3.3 熱裂紋

熱裂紋主要有結(jié)晶裂紋和液化裂紋兩種形式，結(jié)晶裂紋是在結(jié)晶后期，由于低熔點(diǎn)共晶形成的液態(tài)薄膜消弱了晶粒間的聯(lián)系，在拉應(yīng)力作用下發(fā)生開(kāi)裂的裂紋；液化裂紋是指近縫區(qū)或多層間部位在熱循環(huán)的作用下被金屬重新熔化，在拉伸力的作用下，沿奧氏體晶界開(kāi)裂的裂紋。3.4 再熱裂紋

由于奧氏體不銹鋼熱膨脹系數(shù)大，導(dǎo)熱率低，故在焊接時(shí)接頭附近的溫度場(chǎng)和變形量極不均勻，導(dǎo)致很大的殘余應(yīng)力。在隨后的PWHT（SR）或者高溫服役時(shí)，殘余應(yīng)力的釋放以及應(yīng)力集中會(huì)使晶界的塑性變形較大，從而產(chǎn)生裂紋。這種裂紋一般出現(xiàn)在粗晶HAZ區(qū)，屬沿晶裂紋，在粗晶區(qū)易于擴(kuò)展，擴(kuò)展一旦遇到細(xì)晶組織即停止。

奧氏體不銹鋼焊縫熱影響區(qū)的劃分不像鐵素體鋼，盡管微觀組織的變化如晶粒長(zhǎng)大、溶質(zhì)的析出以及距熔合線０－５ｍｍ區(qū)域的碳化物分布的變化，但是并沒(méi)有相變發(fā)生，由于大的熱膨脹系數(shù)和低的熱傳導(dǎo)率，在與焊縫連接的母材中存在較大的塑性變形。這個(gè)應(yīng)變影響區(qū)SAZ（strain affected zone）與焊接參數(shù)（如焊條直徑、電流/電壓以及電極的擺動(dòng)幅度等）有關(guān)，能夠擴(kuò)展到距熔合線約２５ｍｍ處。

穩(wěn)定化奧氏體鋼如TP321和TP347中的再熱裂紋是一個(gè)長(zhǎng)期形成的過(guò)程。焊后冷卻過(guò)程中碳化物在母材位錯(cuò)處的沉淀析出，導(dǎo)致晶內(nèi)強(qiáng)化，晶界區(qū)域的蠕變集中以及后來(lái)形成的低塑性晶間裂紋。TP316由于沒(méi)有強(qiáng)碳化物形成元素和相對(duì)高的蠕變塑性，一度被認(rèn)為對(duì)于再熱裂紋是免疫的?？墒牵赟AZ中存在復(fù)雜的多軸殘余應(yīng)力，與單軸應(yīng)力相比，塑性大量下降。在英國(guó)能源電站的TP３１６鋼焊接接頭中曾出現(xiàn)過(guò)再熱裂紋。以上提及的再熱裂紋部分地歸因于大零件的壁厚，其具有大的拘束。

對(duì)于奧氏體鋼，再熱裂紋發(fā)生在接近熔合線到距熔合線幾毫米范圍內(nèi)，經(jīng)常出現(xiàn)在最后一層焊道之下。可是對(duì)于厚壁或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的部件，再熱裂紋也存在于SAZ中。3.5 疲勞裂紋

由于機(jī)組的頻繁啟停，容易在設(shè)備的高應(yīng)力區(qū)域出現(xiàn)疲勞裂紋，疲勞裂紋很難被發(fā)現(xiàn)，但其危害性極強(qiáng)。焊接接頭存在缺陷（氣孔、夾渣、夾鎢、未熔合等）的區(qū)域容易形成疲勞源。

通過(guò)對(duì)奧氏體不銹鋼焊接接頭的大量等溫疲勞試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)奧氏體鋼存在兩個(gè)奧氏體－鐵素體脆性轉(zhuǎn)變溫度范圍：350－550℃及550－950℃，Broek認(rèn)為產(chǎn)生疲勞裂紋的因素主要有兩點(diǎn)，即碳、氮、鉻磷化物、鉻氧化物、σ相和其它中間相的共同沉淀作用；無(wú)任何沉淀相，但有復(fù)雜鉻化物的形成，容易造成晶格扭曲和晶間硬化作用。

碳化物和脆性沉淀相的含量低于6%時(shí)，疲勞裂紋的擴(kuò)展速度不會(huì)超過(guò)正常狀態(tài)下的兩倍；但當(dāng)Laves相、σ相和碳化物的含量超過(guò)7%時(shí)，疲勞裂紋的擴(kuò)展速度會(huì)超過(guò)正常狀態(tài)下的五倍，；當(dāng)σ相和碳化物的含量高于6%時(shí)，疲勞裂紋的擴(kuò)展速度不是很穩(wěn)定。

321 4 結(jié)束語(yǔ)

電站高溫焊接接頭的完整性對(duì)于電站的安全運(yùn)行有著重要的影響，由于焊接接頭的組織性能不均勻，導(dǎo)致焊接接頭在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生應(yīng)力的再分配和蠕變應(yīng)變?cè)谲浕瘏^(qū)域的集中，使得這一區(qū)域有著早期失效的傾向。

1)有焊接接頭的HAZ性能較差，相對(duì)來(lái)說(shuō)它們是安全的薄弱部位。

2)對(duì)于馬氏體耐熱鋼主要存在的問(wèn)題有焊接接頭的脆化、熱影響區(qū)的軟化、焊接冷裂紋和長(zhǎng)時(shí)服役時(shí)產(chǎn)生的IV型裂紋等。

3）對(duì)于奧氏體耐熱鋼主要存在的問(wèn)題有焊接接頭中的晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕、熱裂紋、再熱裂紋和疲勞裂紋等。

超超臨界機(jī)組鍋爐中的一些新型耐熱鋼在我國(guó)沒(méi)有使用經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)引起重視，在下面幾個(gè)方面加強(qiáng)研究，以保障我國(guó)超超臨界機(jī)組鍋爐的制造、安裝質(zhì)量，確保超超臨界機(jī)組的安全運(yùn)行。

1）新型耐熱鋼的合金化原理、冶金特點(diǎn)； 2）新型耐熱鋼的常溫及高溫性能；

3）新型耐熱鋼的焊接性及焊接工藝、焊后熱處理工藝和異種鋼焊接工藝； 4)新型耐熱鋼的熱加工性能及工藝；

5)新型耐熱鋼服役后組織、性能的變化規(guī)律及壽命評(píng)估。

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范長(zhǎng)信，1962年出生，研究生，碩士，教授級(jí)高工，國(guó)際焊接工程師。長(zhǎng)期從事電站金屬技術(shù)監(jiān)督、電站材料焊接研究和電站鍋爐壓力容器檢驗(yàn)工作。

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第五篇：中國(guó)電力行業(yè)的現(xiàn)狀

中國(guó)電力行業(yè)的現(xiàn)狀 從對(duì)2012年經(jīng)濟(jì)形勢(shì)與電力供需的分析，今年我國(guó)將“穩(wěn)中求進(jìn)”的工作總基調(diào)和更有效的宏觀調(diào)控將確保經(jīng)濟(jì)繼續(xù)保持平穩(wěn)較快發(fā)展，經(jīng)濟(jì)和電力增長(zhǎng)速度將有所回落，可能呈現(xiàn)出“前低后高”發(fā)展態(tài)勢(shì)。

2012年我國(guó)社會(huì)用電量將或同比下降2.2個(gè)百分點(diǎn)至9.5%，過(guò)去幾年我國(guó)在經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)較快的宏觀環(huán)境下其社會(huì)用電量均在10%以上，這表明在今年社會(huì)用電量穩(wěn)中求進(jìn)的主基調(diào)下，電力增長(zhǎng)速度或?qū)㈦S著宏觀經(jīng)濟(jì)增速的放緩呈正相關(guān)變化。

從我國(guó)當(dāng)前電力裝機(jī)建設(shè)的總規(guī)模與結(jié)構(gòu)狀況分析，且結(jié)合一次能源建設(shè)與配送，針對(duì)綜合能源輸送體系建設(shè)發(fā)展展望，預(yù)計(jì)在“十二五”中后期將是國(guó)內(nèi)電力經(jīng)濟(jì)運(yùn)行比較困難的時(shí)期。

中國(guó)電力行業(yè)的特點(diǎn)

電力行業(yè)具有明顯的周期性。電力行業(yè)的循環(huán)周期與宏觀經(jīng)濟(jì)的循環(huán)周期基本相同。影響電力行業(yè)周期的主要因素包括：GDP 增長(zhǎng)速度、電力設(shè)備裝機(jī)容量（產(chǎn)能）、能源價(jià)格的變化（成本）、城市化和工業(yè)化帶動(dòng)電力需求彈性系數(shù)上升等因素。

電力供需具有地域性。盡管目前我國(guó)的電力供需整體上基本達(dá)到平衡，但是部分地域的需求相對(duì)旺盛，比方說(shuō)東部沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的電力市場(chǎng)需求相對(duì)旺盛，而該區(qū)域的電力供應(yīng)又相對(duì)不足，這就存在著“西電東送”的要求。

電源項(xiàng)目具有個(gè)體性、周期長(zhǎng)、受外部條件約束多等特點(diǎn)，電源項(xiàng)目的建設(shè)受自然環(huán)境及資源的影響較大，同時(shí)又對(duì)生態(tài)環(huán)境有著重要的影響。水電站的建設(shè)受制于河流、地貌等因素的影響，不同的地貌環(huán)境下，水電站的建設(shè)模式和施工方案就會(huì)有差別；河流在不同季節(jié)的流量不同決定著水電站的發(fā)電量有著季節(jié)性的特點(diǎn)?；鹆Πl(fā)電廠受制于環(huán)保、燃料等因素的影響，發(fā)電廠使用原料的充足、便利的供應(yīng)，直接影響到發(fā)電廠的成本及供電的穩(wěn)定性。風(fēng)電場(chǎng)受制于風(fēng)資源、電網(wǎng)條件等因素的影響，只有風(fēng)力穩(wěn)定、充足，同時(shí)滿足電網(wǎng)覆蓋條件的地方才適合建設(shè)風(fēng)電場(chǎng)，目前來(lái)看，相比較于火電廠、水電站，風(fēng)力發(fā)電的上網(wǎng)電量的不均衡性最為明顯。