P92钢焊接工艺性能试验全过程万芳二手塔吊

2020-02-14 12:01

目前电力工业面临着巨大的挑战,既要满足国民经济发展对电力需求的超常速度增长,又要承受世界范围内的能源危机,以及自然环境问题带来的压力。因此需要尽可能地提高电站的运行工作效率(取决于工作温度和压力),降低电力成本。如图1所示,新材料的开发运用与电站的运行工作效率有直接关系,P92钢正是在这种背景下研制出来的新型铁素体耐热钢,其高温600℃许用应力较P91钢相比提高了近35%,且与传统不锈钢相比,P92钢具有线胀系数小、价格便宜等优点,现已被用于超临界及超超临界新建电站高温压力结构,包括锅炉汽包、主蒸汽管道和汽轮机箱体等。

通过多次试验优化得到了P92钢试验工艺以及相应的试验结果,包括拉伸性能、室温冲击性能、弯曲性能和硬度试验。

1试验材料及方法

1.1试验材料试验钢材为美国进口的P92钢管道,规格为图1材料发展与电站的运行效率的关系

355×42mm,供货状态为正火加回火,组织为回火马氏体。

焊接材料的选择应符合以下基本条件,并满足Aws有关标准要求:(1)熔敷金属的化学成分以及常温和高温力学性能应与母材相当。(2)熔敷金属的AC1和Mf温度应与母材相当。(3)施焊性能优良,工艺性能良好。根据这个原则,在进行P92焊接工艺试验前期,针对使用工艺性和施焊工艺性方面对国外几种焊接材料进行了焊接性能试验,目的是选择较为理想的焊接材料。通过性能试验对比,最终选择了Metrode公司生产的焊接材料。

本次P92钢焊接工艺性能试验所用的焊接材料规格和牌号有直径φ2.4的9CrWV焊丝,直径φ2.5和φ3.2的Chromet92焊条。母材和焊材的化学成分见表1,室温机械性能见表2。

1.2P92钢斜Y坡口冷裂纹敏感性试验分析为了评估P92钢的冷裂纹敏感性,进行了P92钢的斜Y坡口冷裂纹敏感性试验。分别采用焊前预热100℃、150℃和200℃的试验条件,来确定P92钢热影响区不出现冷裂纹的最低预热温度。试件形状尺寸及试验条件按照GB4675.1《斜Y坡口焊接裂纹试验方法》的规定进行。试验材料:δ=40mm的P92钢板锯切并刨制。焊接规范:I=(110±5)A,U=(23±2)V,υ=(150±10)mm/min。试验条件及结果见表3。

试验焊缝完成72h,检测焊缝表面裂纹,然后解剖制断面,用40倍放大镜观测断面裂纹。从试验结果看,预热温度为150℃时可以有效地防止焊接裂纹的产生。

1.3焊接工艺参数P92钢属于低碳高合金马氏体耐热钢,试验过程中,为了防止焊接过程中焊接接头出现冷裂、软化以及脆化等缺陷,应实施小线能量、小摆幅、薄焊层和多层多道焊。由于P92钢为高合金钢,熔池粘度较大,流动性相对较差,如果焊接过程中选择较小的焊接规范,接头容易出现夹渣、层间未熔合等缺陷。因此,焊接过程中的电流应当适中,小线能量的控制最主要通过提高焊接速度来实现,焊接过程的线能量保持在9~12kJ/cm。焊接前按图3预制坡口,具体工艺参数如表4所示。

图4为典型的焊接期间和焊后热循环。预热温度在150℃、层间温度最高不超过250℃。焊接后,为了实现向马氏体的完全转变以及防止接头冷裂纹,需要将材料冷却到80~100℃。随后进行的焊后热处理温度选择760~770℃,热处理时间5~6h。升、降温速度如图4所示。

2试验结果

依据标准DL/T868-2004从焊接接头的各项力学性能包括拉伸、冲击、弯曲和硬度,金相等方面验证焊接工艺的可靠性,焊接接头机械性能试样取样方法参考标准GB2649-89。

2.1焊接接头金相检验

对试样焊接接头的金相进行宏观分析,经过王水侵蚀剂侵蚀的焊接接头焊缝金属与热影响区呈现清晰界限,试样焊缝金属与母材均熔合良好,焊缝金属和热影响区无裂纹、未熔合,符合标准要求。试样经磨光、抛光处理后,用盐酸苦味酸酒精溶液侵蚀,对试样进行微观金相组织分析。检验位置如表5所示,组织形貌如图6所示。由于焊接过程中热输入控制比较严格,从金相照片观察,试样的热影响区宽度很窄。

2.2显微硬度分析及结果经过焊接热处理的焊接接头各区域的硬度曲线分布如图7所示,显微硬度载荷为200g,保载时间10s。各区域的平均硬度值见表6。从曲线可以看到,经过热处理后的硬度各区域差别不大,沿过热区向母材过渡硬度值逐渐下降,不完全正火区的硬度基本与母材相似。经过热处理后的焊接接头没有发现明显的软化带存在。

2.3冲击试验及结果焊接接头的冲击试样尺寸符合V型缺口冲击试样标准,热影响区的缺口位置距熔合线1mm,冲击试验结果

焊接接头冲击值:、跟层焊缝48、45、48、热影响区44、48、58),符合要求。

结论

随着机组容量的提高,对耐热钢提出了更高的要求。在国外P92钢已经应用于超临界和超超临界机组,但在国内尚属首次。因此,其焊接性备受关注,继而直接决定了以后在国内运用的前景。本方案是在多种试验优化方案下进行的P92钢工艺试验较成功的1种,并且得到了较为理想的试验结果。

(1)采用斜Y型坡口焊接裂纹试验方法评价了P92钢的焊接性,确定了焊缝表面、截面以及跟部不出现冷裂纹的临界温度为不小于150℃。试验过程中严格控制层间温度处于150~250℃,焊后热处理温度760~770℃,热处理时间5~6h。

(2)焊接接头的室温抗拉强度为720MPa,断裂位置出现在母材。

(3)焊接接头的侧弯试样表面没有出现超过3mm的开口缺陷。

(4)焊接接头的冲击韧性大于41J,满足ASME对耐热钢冲击韧性的要求。

(5)金相试验没有出现过热、过烧不正常组织。

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