新型耐热钢焊接及新技术

1、新型耐热钢焊接接头可靠性及焊接新技术,新型耐热钢的常见焊接质量问题,焊接缺陷 冷裂纹-焊缝微裂纹，低匹配裂纹，低硫钢裂纹 热裂纹-火口裂纹，焊道中心裂纹(面状缺陷) 再热裂纹-T/P22，T/P23，T/P24，G102 热应力裂纹-根部裂纹，焊缝中心裂纹，返修焊裂纹（补焊裂纹） 气孔-氩弧打底焊气孔，焊缝气孔 焊缝冲击韧度比较低，而且不稳定 ASME，EN冲击标准不统一， 焊缝易脆化-焊材成分、应变脆化，回火脆化，相变脆化、 焊接工艺（预热、层温、线能量、热处理、操作技术 ） 3 异种钢焊接易发生裂纹及早期失效 焊材匹配、碳迁移、蠕变强度、蠕变裂纹 4 焊接接头蠕变断裂强度大大低于母材 比母

2、材低20-40%，40-60% 5 高温长期运行寿命降低，易发生早期失效 蠕变强度，附加应力，碳迁移，热处理，AC1温度，氧化疲劳，、型蠕变裂纹， 型疲劳裂纹,发生早期失效蠕变裂纹的实例,美国P91集葙环缝运行早期失效调查结果： 一 共调查14条集葙环焊缝： 未发生早期失效的环焊缝有9条，占65。 发生集葙环焊缝型开裂早期失效的有5条，占35。 二 发生环焊缝型开裂早期失效集葙的分类： 过热器集葙有2条环焊缝失效。 再热器集葙有3条环焊缝失效。 三 发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个热电偶温差20,Possible locations for temp. measuring,thermocouple,9Cr-1Mo钢回火参数对冲击韧性的影响,采用比较低的焊接预热温度即使不热处理冲击值也比较高

4、,AC1,AC3,MS,MF,400,350,300,250,1,2,3,1,4,5,焊道间的自回火作用,时效对焊缝冲击韧度的影响,时效后焊缝冲击韧度大大低于母材,E911,P122母材时效后冲击韧度显著降低,铁素体异种钢焊接,蒂森公司异种钢焊接经验,铁素体钢与奥氏体钢焊接 大口径管：先在铁素体钢堆焊镍基过渡层热处理用镍基焊条焊接不预热，不热处理 小口径管：直接用镍基焊条焊接热处理 铁素体钢与铁素体钢的异种钢焊接焊接 碳迁移与焊接接头早期失效无关 可用高、中、低匹配焊材焊接 焊后热处理温度应符合两种母材要求,我国铁素体异种耐热钢焊接经验,过去经验 选焊材：低、中匹配 焊后热处理应符合两种母材要

5、求 碳迁移是早期失效的主要原因 采用钢102作为T22，12Cr1MoV与T91，T92，T122异种钢焊接接头的过渡段 新经验 采用高匹配焊材可以实现不预热焊接 高匹配焊接接头的焊接热影响区冲击韧度好 焊态没有碳迁移，热处理之后出现了天球仪碳迁移，高温运行1万小时之后脱碳层逐渐消失，所以，碳迁移不降低焊接接头10万小时蠕变断裂强度 异种铁素体耐热钢焊接接头运行早期失效的主要特征是、型蠕变开裂，而不是脱碳层 采用T23作为T22，12Cr1MoV与T91，T92，T122异种钢焊接接头的过渡段,异种钢焊接接头焊态没有碳迁移 热处理之后产生脱碳层和增碳层 用低匹配焊材不预热焊接，易产生HAZ裂纹

6、 用高匹配焊材不预热焊接，不产生焊接裂纹,发现异种钢接头的型开裂（熔合区界面开裂，氧化疲劳裂纹,提高焊接接头蠕变断裂强度新技术,F11+P22异种钢焊接接头,580,十万小时蠕变断裂强度 R407 (化学成分低匹配，蠕变断裂强度低匹配) R507 (化学成分中匹配，蠕变断裂强度低匹配) R817(化学成分高匹配，蠕变断裂强度高匹配,焊接接头蠕变断裂强度减弱系数,40,100,1000,10000,100000,时间(小时,20,200,设计许用应力,100,P91异种耐热钢焊接接头脱碳层 对蠕变断裂强度影响示意图,应力 Mpa,60,80,98MPa,57MPa,45MPa,90MPaa,12

7、0,180,140,77MPa,母材,同种接头,异种接头,环缝横向应力,设计许用应力,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,耐热钢焊接新技术,新型耐热钢可以实现不预热焊接 部分耐热钢可以实现焊后不热处理 焊

8、接热裂纹可以通过改进焊接坡口和排道方法消除 采用高匹配焊材焊接异种钢，焊接冷裂纹倾向小 异种耐热钢焊接接头中碳迁移不降低十万小时蠕变断裂强度 采用焊接新技术可以避免异种耐热钢焊接接头早期失效 焊缝冲击韧度可以接近或达到母材冲击韧度水平 焊接接头蠕变断裂强度接近或达到与母材同水平 采用特殊焊接新技术焊接F11钢，安全运行30年无失效,管道打底焊焊接新技术,无内充氩保护打底焊 药芯焊丝打底焊 坡口表面涂特殊焊剂的打底焊 蒂森公司E9018-B9焊条正接打底焊 无内充氩的TIG打底焊 自动TIG打底焊 TIG打底焊裂纹 焊缝中心裂纹改进焊接坡口和焊道排列操作技术 热应力裂纹改进焊接工艺和降低拘束度

9、气孔 TIG打底焊时必须内充氩保护三道以上 改进焊条烘干,新型耐热钢管道SMAW焊接新技术,采用焊芯过渡焊条 真空包装焊条可以开包即用 降低的焊接总热输入(单道热输入,多道焊总热输入) 降低焊接预热温度，建议150-200，不预热无裂纹焊接新技术 降低层间温度，建议200-250 ，100J 推荐蒂森焊条采用770-780焊后热处理 降低焊后热处理温度及保温时间,7304h，Akv27J 焊缝不热处理的冲击韧度27J 提高焊接接头蠕变断裂强度与熔敷金属或母材等强 无蠕变裂纹和早期失效,防止焊接接头(同种及异种)早期失效新技术,推荐采用特殊的高匹配焊接材料 采用特殊的热处理 晶粒粗化热处理 晶粒均匀化热处理 尽可能提高焊接接头的蠕变断裂强度 改善、型开裂区组织，提高蠕变断裂强度 降低工作温度和应力 降低许用应力和热强系数，增加设计壁厚余量 采用9Cr-3W-3Co-VNbB新钢材，不会出现细晶粒软化区，不会发生早期失效,结论： 新型耐热钢焊接冷裂纹倾向小，可以降低预热温度 焊接产品中发现的特殊焊接微裂纹，无损探伤无法发现 高匹配焊接有以下优点： 氢致裂纹敏感性降低，可实现耐热