《马氏体耐热钢的焊接技术和质量控制ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《马氏体耐热钢的焊接技术和质量控制ppt课件.ppt（66页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、9-12%Cr马氏体耐热钢的焊接技术和质量控制,范长信西安热工研究院有限公司,目 录,第一部分 新型马氏体耐热钢焊接性分析第二部分 P92钢焊接工艺研究 第三部分 焊接质量控制,第一部分 新型马氏体耐热钢焊接性分析,管道钢 F12、F11、P91、P92、P122、P911、NF12、SAVE12日本转子钢TR1100、TR1500、TR1200、HR1200日本转子钢TOS101、TOS107、TOS110欧洲转子钢COST F、COST E、COST B欧洲汽缸材料G-X12CrMoVNb 9 1、G-X12CrMoVNbN 10 1 1日本汽缸材料TOS 301、TOS 302、TOS
2、303,9-12Cr马氏体耐热钢家族,SC/USC用新型耐热钢依靠进口,国内无法生产SC/USC机组所需关键材料从国外引进先进成熟材料是发展我国超超临界发电技术的最快捷和现实的途径,需要解决的问题,新型耐热钢的焊接、热处理等加工工艺；新型电站用钢的使用性能，如高温长时力学性能、疲劳性能、抗蒸汽氧化、烟气腐蚀性能、运行条件下的组织变化规律进行全面研究；金属监督、状态与寿命评估技术研究。-如何获得质量合格的焊接接头，保证工程建设进度，满足机组长期安全运行，成为最为关键的技术难题之一,运行组织稳定性,位错密度的降低；E911、P92、P122由于含W，容易析出Fe2（W 、Mo）Laves相；P12
3、2 中的Cu促进Laves相的析出；蠕变中后期Z相Cr(Nb,V)N析出； 稳定性：P91E911P92P122,马氏体耐热钢的性能特点,以P91为代表的9-12Cr马氏体钢具有良好的综合性能（高温强度、韧性等）；马氏体钢与常规的低合金耐热钢的显著差别是性能对组织异常敏感，制造、安装和运行中导致的组织波动都会导致性能的较大变化。,高温持久强度（ 许用应力 ）,P9260010万小时持久强度 1999年ASME锅炉和压力容器委员会批准将A335P92钢作为规范案例列入ASME A335材料标准（2000版 案例2179-3），持久强度为132MPa。但高温管道（主汽、热段）设计依据的规范ASME
4、 B31.1至今还未将其纳入 2002年德国V&M公司已进行到7万h蠕变试验，外推的持久强度比ASME案例中的值低约10% ECCC2005年持久强度评价值为113MPa，较ASME案例中的值低约14%P122许用应力(MPa) 575 600 625 ASME 107 83 61 METI 100 85 65 SHC 100 68 46,西安会议,超超临界主汽管材料会议纪要,服役期间冲击功的变化,P122：100125JP92： 150JE911：180JP91： 240J,运行1万小时后40J运行后70J运行后60J运行后180J,含W钢的冲击功在一万小时内下降显著，之后趋于稳定，对母材尚
5、能满足使用要求。对焊接接头需要有一定韧性的储备。,新型马氏体耐热钢焊接性分析,焊接接头的脆化 粗晶组织引起 导致接头的韧性降低在焊接过程中应使用较低的焊接线能 量E=60UI/V(J/cm,新型马氏体耐热钢焊接性分析,热影响区的软化 AC1AC3之间部分奥氏体化，沉淀强化相不能够完全溶解在奥氏体中，粗化，强度降低。 软化对短时高温拉伸强度影响不大，但降低持久强度，产生型裂纹。,型蠕变裂纹：发生在焊缝中的蠕变裂纹型蠕变裂纹：发生在焊缝中的蠕变裂纹向焊接热影响区扩展型蠕变裂纹：发生在粗晶区的蠕变裂纹(再热裂纹)型蠕变裂纹：发生在细晶粒软化区的蠕变裂纹型蠕变裂纹：发生在熔合区的蠕变裂纹型蠕变裂纹：发
6、生在母材应力集中处的疲劳裂纹,焊接接头蠕变裂纹的分类, 熔合区裂纹,疲劳裂纹,P91集箱与P91端盖环焊缝焊接热影响区发生型开裂,运 行：3.65万小时冷启动：72次热启动：469次,P91、P92、E911、P122均有IV开裂敏感性；IV型开裂的破坏性很大；设计上考虑余量；焊接工艺优化焊接线能量不宜大，预热温度不能过高等；管系支吊调整、早期诊断可减小风险。,新型马氏体耐热钢焊接性分析,焊接冷裂纹（延迟裂纹） 冷却过程中在Ms点以下或更低的温度范围内形成 三要素：淬硬组织、氢元素、应力 冷裂纹敏感性 T23P22 P122 P91 P22 预热及层间温度 低氢型焊条，严格烘培和保温工艺； 尽
7、量减少拘束度； 消氢或及时热处理 。,焊接接头的化学成分,保证综合性能提高可焊性合金元素的作用和优化控制焊接材料开发商完成,焊接接头的组织,新型马氏体耐热钢的组织包括焊接接头的组织均为马氏体 马氏体板条的位向、大小、原奥氏体晶粒度、碳化物的类型、形状、分布等在BM、HAZ、WM的分布有或大或小的差异,P92焊接接头PWHT（7404h）后的宏观和微观组织 形貌,P92焊接接头焊缝金属的TEM像）焊态 ）PWHT,焊接接头的蠕变性能,焊缝金属的蠕变断裂强度低于母材 随着持久断裂时间的增加，焊缝金属的蠕变断裂强度与母材的差距越来越大 高温蠕变试验的失效位置多在HAZ的外侧，即靠近母材的HAZ ，软
8、化区焊接接头的失效模式受控于HAZ,第二部分P92钢焊接工艺研究,马氏体耐热钢的焊接,F11、F12本身成分设计上有缺陷，导致焊接困难；后续的9-12Cr马氏体钢通过合金成分优化焊接性能有较大幅度的改善；P91国内已经应用10余年，在其焊接方面已经积累了丰富的经验；T91/P91钢焊接工艺导则是国内P91钢的焊接技术的里程碑。,P91基础上开发的P92、P911、P122等新钢种在焊接上没有本质的区别；国内对这类钢的焊接还存在什么问题？ 特殊性在哪里？,新型马氏体需要什么样的焊接接头？,没有焊接缺陷；组织以回火马氏体为主，合理的析出相数量、尺寸、分布；异常组织的控制（delta铁素体、过度回火
9、组织等）；与母材的合理的强度匹配；足够的韧性储备，以应对运行中的脆化。,关注焦点焊接接头的性能,随着技术进步，大多数的高温焊接接头中已不存在影响使用安全性的宏观缺陷 中间探伤规定是否合理？ 关注组织的不均匀性和由此引起的性能不均匀性 存在强度或大或小、塑性或高或低的区域，在使 用过程中发生早期失效 强度或塑性不足 不同的蠕变速率，导致接头中应力的错配,P92钢由于W的加入，抗回火能力有所提高，焊缝冲击功更难以提高，而运行中冲击功的降低又更明显，合理的韧性值和韧性储备是必要的，同时又要考虑蠕变性能，二者兼顾，不能一味追求高冲击功P92钢焊缝Ak不得低于41为宜,影响焊缝金属韧性的因素,焊接方法的
10、影响（氧含量） 通常GTAWSMAW SAW化学成分的影响 预热、层间温度的影响焊接线能量的影响焊后热处理的影响,焊接材料的选择,与母材的成分匹配;质量的稳定（AC1的波动等）；焊接工艺性能与母材的物理性能的匹配(如相变点);杂质(S、P、As、Ab等）的控制；长期蠕变数据的多寡；合金元素的过渡方式；,焊接材料的选择,伯乐蒂森Themanit MTS 616 钢芯过渡 英国曼彻特Chromet 92 药皮过渡 法国液化空气AL Cromocord 92 药皮过渡 日铁住金 Niffefsu N616,焊接材料的选择,进行了如下试验焊接工艺性能比较回火参数与冲击功的关系力学性能试验AC1相变温度
11、的测试宏观和微观金相组织分析各有千秋对P92等的焊接材料如果合金元素过渡方式不同，建议分别进行工艺评定,W,-Ferrite,焊缝：回火马氏体,焊接工艺的探讨,工艺1：焊道宽、焊接电流偏上限、焊接速度高；工艺2：焊道偏窄、薄、焊接电流偏下限，但焊接速度低。（相对1而言）,焊接过程中的自回火,国内倾向于采用第二种工艺，实践证明能明显提高焊缝韧性，但熔敷金属试验表明，容易导致3.2、2.4mm焊条的焊缝金属强度达不到要求，说明反复“回火”降低了强度；国外多采用第一种工艺，由于焊接速度高，线能量也不高，冲击韧性也较高；建议国内对两种工艺进行系统的对比研究。,1,2,3,4,5,6,7,Holding
12、 time h,0,10,20,30,40,50,60,70,CVN J,Influence of bead formation on impact properties at pwht 760C,weavedbeads,stringerbeads,焊后热处理,焊后热处理温度的确定母材 AC1焊材 AC1母材最终热处理温度试验结果在接头性能满足要求的前提下，宜低,PWHT温度,厂家推荐的760+0-10不符合中国国情提出现实的、安全的P92焊后热处理工艺参数,焊后热处理,建 议P92钢PWHT温度60010对每批焊接材料的AC1温度进行测定，适当调整热处理温度，至少根据Mn+Ni含量进行适当调
13、整；,H_011123,Heat control during welding and PWHT- condition for P 911 and P 92,第三部分焊接质量控制,焊接质量控制包括焊接材料焊接工艺焊后热处理任何一个环节的失误都会导致质量的失控,对P92焊接的几点认识,P92、P122钢从根本上来说与P91属于同类材料，有国内多年焊接P91的经验，P92的焊接同样可以成功实现；P92焊接与P91相比还是有一定难度，回旋的余地比较小，技术上应当采取更严格的措施；日本出现的超超临界机组管道事故提醒我们更应当重视焊接质量，重视高温管道的金属监督。,采取措施,让一线工作人员（焊工、热处理
14、工）理解每一个每一个质量控制点的重要性，施工单位要严格按工艺施工，将评定通过的工艺正确无误地移植到施工中；业主、监理、监督单位要加强过程质量监督管理，除了工艺执行情况，还要重点检查热处理设备表计的检定情况，并进行适当的抽检；在正式施工前的焊工考试过程中安排试验，进一步提高接头的性能；重视焊后热处理的技术水平提高。,目前的现场热处理存在的问题,施工单位对热处理工的工作重要性缺乏认识；电厂的运行采用了最先进的控制系统，但国内电厂建设中热处理却采用了落后的设备和技术,减小内外壁的温差；减小热应力和弯曲变形；减小轴向温度梯度；,人员方面,辅助工种；协助工；培训不到位；对热处理工作重要性认识不够。,设备
15、方面,热处理控制柜没有温度自动补偿系统；表计校准不够甚至不校；,热电偶安装及接线,铁丝绑扎热电偶补偿导线接线问题,建议对P91、P92管道表面压焊热偶丝进行可行性评估推荐采用ASTM方法焊接热偶表面的有效隔热。,规程方面,DL升温、降温速度，一般可按250X25/壁厚(/h)计算，且不大于300 /h。 6.0.7 热处理的加热宽度，从焊缝中心算起，每侧不小于管子壁厚的3倍，且不小于60 mm。 6.0.8 热处理时的保温宽度，从焊缝中心算起，每侧不得小于管子壁厚的5倍，以减少温度梯度。 6.0.9 热处理的加热方法，应力求内外壁和焊缝两侧温度均匀，恒温时在加热范围内任意两测点间的温差应低于5
16、0,国外 考虑壁厚、管径上海交大 5RT,规程中对P91焊接接头的硬度要求（Min（350，母材硬度100）是否合理？试问有谁在工艺评定中的P91焊缝硬度高达HB300以上又同时满足冲击功和弯曲的要求？,焊缝的P-V曲线,当R样焊缝的硬度达到270HB时，焊缝的冲击功仅为19J，同时断裂韧度试验的P-V曲线在直线段最大载荷点时突然断裂，呈明显的脆断。断裂韧度的低下必然导致焊缝容限裂纹尺寸的减小。,再热器连接管弯头 HB350 400,过热器三通 HB120150 400,过热器连接管弯头 HB160 400,过热器连接管弯头 HB165 400,金相照片及硬度（P91）,P92钢硬度HB260
17、-302金相、弯曲、拉伸均合格焊缝冲击功18-28J（29),华能股份公司有关P91焊接、热处理、质量验收的导则已经在玉环电厂P91、P92管道安装中应用，并在华能其它工程逐步推广。,宽松的验收标准掩盖了热处理中存在的问题；只有现场焊接接头能接近工艺评定接头的性能指标，工艺评定才具有意义。热处理不到位对低合金钢的影响也许不大，对于应用在亚临界机组中的P91影响也可能不大，但对于超临界、超超临界机组中的9-12%Cr马氏体钢却可能带来致命的问题；国内目前电力建设行业目前最突出的问题如何解决热处理质量，需要有一次热处理技术的革命！相关人员的观念要改变，9-12%钢的焊接技术控制要求与低合金钢有质的差别，几十年来习惯的干法不一定都是正确的。工艺评定不能暴露焊材、工艺中的一些细节问题，国内还需要进行一些专项研究进一步改进焊接工艺。,谢 谢！,
