1、P92 钢焊接性能及工艺研究摘 要P92 钢是采用 M23C6、MX、Laves 相析出、固溶原子等多种强化手段强化的新型马氏体耐热钢，有着在超临界压力锅炉管道中广泛应用的趋势。对此，文章从焊接性能和工艺两个方面对 P92 钢进行了研究。 关键词P92 钢 焊接性能 焊接工艺 中图分类号：TM46 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）10-0279-01 P92 钢是作为 P91 钢的替代品出现的，对一种新材料来说，在材料开发的过程中，对材料的化学成分、物理及力学性能都要进行较全面的测试。焊接材料制造商一般根据原材料的化学成分及力学性能，来开发相应的焊接材料并进行焊缝金属化
2、学成分及常规的力学性能试验分析。而对于材料的焊接性及焊接接头的使用性能的研究，往往需要使用厂根据自身的工艺特点和产品的运行条件结合材料本身的特点来完成。随着 P92钢材在我国电力建设超（超）临界机组中的投入而且有被广泛使用的趋势，电力建设工程界迫切需要一套相对比较合理成熟的 P92 钢焊接工艺。一、P92 钢焊接性能分析 焊接接头缺陷中，裂纹缺陷是最大的隐患，尤其是 P92 钢的合金元素含量高，室温组织为马氏体组织，会给 P92 钢焊接带来一些问题，下面分别从 P92 钢焊接的冷裂纹敏感性、热裂纹敏感性进行分析。 1.1 冷裂纹敏感性 冷裂纹大多数具有一定的延时性，一段时间后萌生出裂纹，然后是
3、裂纹的扩展，最后发生脆性断裂，危害性很大。P92 钢产生冷裂纹的影响因素主要有：焊接接头含氢量、材质的淬硬倾向的影响等。 1.氢是导致 P92 钢产生冷裂纹的主要原因 当 P92 钢焊接时，焊接材料中的水分、电弧周围空气中的水蒸气、焊丝和母材表面上的铁锈油污等杂质，在施焊时经电弧热分解而将氢带入焊缝。在高温条件下，大量的氢溶解在溶池中，在随后的冷却过程中，由于溶解度的急剧降低，氢将极力逸出，但因焊接时冷速过快，氢来不及逸出而保留在焊缝金属中，焊缝中处于过饱和状态的氢，扩散到周围金属中，随着放置时间的增加，部分氢从焊缝表面逸出，部分扩散到钢微缺陷处，成为残余氢，在这些残余氢聚集部位形成很高的氢分
4、压，成为 P92 钢产生冷裂纹的罪魁祸首。 2.材质的淬硬倾向是 P92 钢产生冷裂纹的重要原因 钢的淬硬倾向主要决定于其化学成分、板厚、焊接工艺和冷却条件等。钢焊接时，近缝区的加热温度高，奥氏体晶粒严重长大，当快速冷却时，粗大的奥氏体转变为马氏体。由金属强度理论可知，马氏体是一种脆硬组织，发生断裂时只消耗较低的能量。因此，焊接接头有马氏体存在时，裂纹易于形成并扩展。而 P92 钢本身的淬硬倾向较大，导致易产生冷裂纹。 1.2 热裂纹敏感性 P92 钢的合金含量高，成分复杂存在结晶裂纹倾向，一般出现在焊接过程中的熄弧点，特别是在埋弧自动焊中常见。当电弧燃烧形成熔池后，突然熄弧熔池快速冷却，易产
5、生弧坑裂纹，这种裂纹在应力的作用下会向前扩展。P92 钢与其它钢种比较，产生结晶裂纹倾向处于中等水平。其液化裂纹倾向比其它钢种小，为避免焊接过程中产生热裂纹，应降低焊材的 C、Nb、S 元素含量，并在工艺上采用小线能量焊接规范，严格控制层间温度，提高焊件表面的清洁度。 二、P92 钢焊接工艺研究 2.1 焊接方法的选用 火力发电建设施工常用的焊接方法有 TIG、SMAW、SAW 等。 1.TIG（钨极氩弧焊） TIG 主要用于小直径管的焊接及中、厚壁管的根层打底焊。TIG 是在钨极与工件之间产生电弧，用氩气保护，焊丝填充的一种焊接方法，因为它没有焊条药皮，焊接材料中氢含量低，焊接线能量相对小，
6、热输入量小，焊接缺陷少，对防止冷裂纹、热裂纹均有利。但是 TIG 焊接方法生产效率低，所以在厚壁管焊接中用于打底焊。TIG 焊背面需要充 Ar 气保护来防止焊缝根部氧化。 2.SMAW（手工电弧焊） SMAW 是电弧焊中最简单、灵活和方便的一种工艺方法，仍被广泛用于新型铁素体等耐热钢工厂内制造及现场安装施焊。电焊条要控制药皮中含水份量以防止氢致裂纹的产生。SMAW 对焊缝金属性能的影响类似于TIG 焊。但 SMAW 比 TIG 焊缝金属韧性较差，对焊接工艺措施要求严。 3.SAW（埋弧自动焊） SAW 是一种高效率的焊接方法，使用焊丝作填充金属，颗粒状焊剂作保护，适用于平焊位置，在管道焊接中，
7、管道可以边焊接边转动，在现场应用场地受到了限制。另外 SAW 焊接线能量相对大，热输入量大，焊缝的韧性较差，焊接接头的热影响区也较宽。 综上所述，用于新型铁素体等耐热钢的焊接方法其焊接接头性能优劣顺序为：TIGSMAWSAW。考虑到现实条件，本焊接工艺采用 TIG 打底焊，SMAW 填充和盖面的焊接方法更切合实际。 2.2 焊接材料选择 焊条中合金元素的过渡有两种形式：一种为焊芯过渡，即焊芯为高铬合金钢成分与母材相当。采用这种焊条焊缝中没有金属夹渣缺陷，熔敷金属的组织为完全的回火马氏体，但焊芯电阻比较大，焊至焊条长 2/3以后，焊条药皮容易发红，因焊条的药皮中没有合金元素，所以不会影响焊缝的化
8、学成分和质量。另一种为药皮过渡，即合金元素通过药皮熔化、冶金反应后过渡到焊缝中，由于 W 的熔点比较高，焊缝中容易引起夹钨的缺陷，同时还会产生 铁素体组织，会影响焊缝的蠕变性能和韧性。因此，通常选用德国蒂森公司生产的 MTS616 焊接材料进行试验，其焊条为焊芯过渡。 2.3 焊前准备 焊接试件可选择 30626 管对接，焊接位置采用 6G 位置。选取适当的坡口形状和尺寸进行加工，坡口修整时，可使用角向砂轮机等轻便工具，要求坡口表面平整，不得有裂纹、分层、夹杂、坡口破损及毛刺等缺陷。坡口及其内外壁两侧 1520mm 范围内应将水、油、漆、垢和氧化皮等杂物清理干净，直至露出金属光泽。为防止根层焊
9、缝金属氧化，氩弧焊打底及焊条填充第一层焊道时，应在管子内壁充氩气保护。充氩保护范围以坡口中心为准，每侧各 200300mm，在对口之前用可溶纸，用耐高温胶带粘牢，焊口两侧各贴两层，做成密封气室，并检查粘贴是否严密。充氩气体流量 2030L/min，氩气纯度应在 99.95%以上。 2.4 TIG 和 SMAW 焊接工艺 焊接过程采用 TIG 焊打底，SMAW 焊盖面的多层多道焊。P92 钢为防止焊接冷裂纹必须焊前预热。TIG 由于其非常低的焊缝扩散氢含量，P92钢预热温度可以降低到 100150左右，最高层间温度一般限制在250。管内充气（Ar 气）保护是防止根部氧化的重要措施，一般应对根部
10、23 层焊接时充气保护。内部充保护气体流量 2030L/min，氩气纯度应在 99.95%以上，以保证充气量的充足和纯度。SMAW 为了避免焊接P92 钢时冷裂纹的危险，预热和层间温度应最低保持 200（一般200250，当焊件较簿时也可预热到 150） ，最大层间温度应限制在 300以下。 焊接过程中影响焊接线能量的主要因素是焊接电流和焊接速度，因此这 2 个参数应协调变化。焊接线能量的选择，应是控制焊接电流在保证熔池铁水流动性良好、熔池清晰和熔合良好的前提下，再来调节焊接速度，以此来降低焊接线能量。直观表现为在保证工艺质量的前提下通过降低焊层厚度来降低焊接线能量，而且相对较薄的焊层可使后一层焊道对前一层焊道的回火效应更加明显。采用较低的焊接线能量有利于提高焊缝金属的韧性，因此 P92 钢焊接时焊接线能量应不超过 20kJ/cm。 参考文献 1 李新梅，张忠文，杜宝帅，彭宪友.P92 钢的微观组织和硬度J.金属热处理.2012（05）. 2 刘福广，李太江，王彩侠，梁军，刘立营，姚兵印，肖德铭，史文渊.焊后热处理温度对 P92 钢焊缝显微组织和力学性能的影响J.动力工程学报.2011（10）. 3 张红军，周荣灿，于在松.P92 钢时效过程中冲击性能和硬度变化的试验J.动力工程学报.2010（07）.
