T91钢A-TIG焊接接头组织性能研究

1、山东大学 本科毕业论文12002-20061T91 钢钢 A-TIG 焊接接头组织性能研究焊接接头组织性能研究摘摘 要要T91钢以其优异的高温性能，在电站高温过热器、高温再热器乃至主蒸汽管道上得到了广泛的应用。但是在进行TIG焊接时，TIG焊熔深较浅，效率较低。为防止管道背面氧化，管道内部必须进行充氩保护。充氩保护的效果，直接影响该钢的焊接质量。因此，TIG焊接时背面充氩保护成本较高。本文利用金相显微镜等测试方法观察焊缝组织，并测试其拉伸、面弯、背弯的力学性能试验，研究了助焊剂对接头组织和性能的影响。研究结果表明，采用助焊剂可获得良好组织性能的T91钢TIG焊背面无充氩保护的焊接接头，接头的力

2、学性能满足电站热力管道的使用要求。关键词：T91钢 A-TIG焊 组织性能山东大学 本科毕业论文22002-20062Research of the micro-structure and mechanical properties of T91 weld joints in A-TIG weldingAbstractT91 steel has been widely used in the superheaters and reheaters of the power stations， and also in the main steam pipelines. However， durin

3、g the tungsten inert gas welding（TIG）， the interior of the pipeline must carry on the protection of argon .The effect of argon directly affects the welding quality of this steel. And the weld penetration is very shallow with a low efficiency when TIG， and the cost of the protection of argon is high.

4、 The research of activating flux technology (A-TIG) has solved the problems above mentioned efficiently. Metallurgical Microscope and other methods were used in this paper to observe the micro-strucutre of the weld joint， and the performance of face and back bending was also tested. The influence of

5、 the welding flux to the joint organization and the performance was also studied. It was found that the welds with good organization and performance can be obtained without the protection of argon when using the activating flux. The mechanical performance of weld satisfies the operational performanc

6、e of heat-resistant pipeline in the power plant.Key words：T91 A-TIG Organization performance山东大学 本科毕业论文32002-20063目目 录录摘摘 要要.12英文英文摘摘要要.3目目 录录.1第一章第一章 绪论绪论. 141.1 课题背景及来源.41.2 T91 钢的主要性能 .51.3 T91 钢的焊接性分析 .61.4 T91 钢管焊接背面保护 .91.4.1 小径管背面保护全氩弧焊接.91.4.2 大径管焊接时的背面充氩保护技术.101.5 本研究的主要内容.10第二章第二章 实验方法实验方法

7、及及设备设备.112.1 自动 TIG 焊设备 .112.2 高速摄像系统 .112.3 示波器.122.4 金相显微镜.132.5 实验方法.14第三章第三章 试验与数试验与数据据分析分析.153.1 活性剂对熔深的影响.153.2 活性剂对焊缝成型的影响.163.3 T91 钢焊接接头组织分析 .183.4 T91 钢焊接接头性能分析 .21结结 论论.24参参考考文献文献.25致致 谢谢.26山东大学 本科毕业论文12002-20061第一章第一章绪论绪论1.11.1 课题背景及来源课题背景及来源9Cr-1Mo钢(简称T91钢)，具有良好的成型性、焊接性、高温稳定性和优异的热强性，而且导

8、热性好，线膨胀系数小，作为高温承压部件，已在美欧等火力发电厂得到广泛采用，使电厂效率提高5%，标准煤耗降低，建造成本和维修费用低，经济效益显著。近年我国一些火电厂引进了该钢的薄壁管(T91)等部件，用于亚临界和超临界机组的过热器、再热器管道等，取得了良好效果。T91钢是我国电力工业当前和本世纪今后数十年内的主力钢种。T91钢以其优异的高温性能，在电站高温过热器、高温再热器乃至主蒸汽管道上得到了广泛的应用。由于T91钢具有较高的淬硬倾向，对焊接冷裂纹较敏感，在电站安装中，常采用氩弧焊打底、电弧焊盖面( GTAW + SMAW) 的方法。要求焊前预热、焊后热处理，由于该钢具有较高的合金含量，为避免

9、合金元素的烧损和氧化，焊接时，管道内部必须进行充氩保护。充氩保护的效果，直接影响该钢的焊接质量。通常背面气体保护采用整体充氩或局部充氩。在电站主蒸汽管道、过热器管安装时，由于管道长、高空作业的特点，给焊接带来难度，特别是预热、后热及热处理的要求，不可能采用在焊口两侧塞可溶性纸进行局部充氩保护的方法；又由于主蒸汽管道直径较大，管线较长，管道内穿堂风较大，采用整体充氩保护的方法效果不好。因此如何进行有效的背面保护是施工时要解决的难题。A-TIG 焊接技术是由乌克兰的巴顿焊接研究所于上世纪60年代研究开发出来的一种基于TIG. 焊技术的焊接新工艺。它既继承了TIG焊焊接质量良好，可以大幅度地增加焊缝

10、熔深，提高焊接生产率的优点，又克服了TIG焊因单道焊熔深小，焊接生产率低，而使其应用场合大受限制的缺点。据报道，在不开坡口，不使用填充材料的情况下，采用A-TIG焊可将12mm厚的碳锰钢一道焊透，实现单面焊双面成形。分别对采用TIG焊及A-TIG焊工艺焊接的试板进行各项性能测试，测试结果表明，A-TIG焊中的活性焊剂对焊缝中主要成分的含量影响极小，并且采用A-TIG焊工艺焊接的焊缝接头在强度、韧塑性、抗晶间腐蚀性能等各方面均等同于或优于TIG焊焊接的接头。这说明山东大学 本科毕业论文22002-20062A-TIG焊在大幅度增加焊缝熔深提高焊接生产率的同时，仍可以保证良好的焊缝质量。常规TIG

11、焊生产效率低、熔深小，在应用活性剂后，在相同的参数下，同传统TIG相比，活性剂能够大幅度提高不锈钢、铝合金和钛合金的焊缝熔深。同时，活性剂对铝合金焊接背面能够起到保护作用。对于钛合金，活性剂除了增加焊缝的熔深外，还能够大幅度的消减焊缝产生的气孔。 1.21.2 T91 钢的主要性能钢的主要性能1.2.11.2.1 化学成分（如表化学成分（如表 1-11-1）表表 1-11-1 T91T91 钢化学成分钢化学成分牌号化学成分（/wt%）CMnPSSiCrMoVNNbT91钢0.08-0.120.30-0.600.015 0.0150.20-0.508.00-9.500.85-1.050.18-0

12、.250.03-0.070.101.2.21.2.2 金相组织金相组织T91钢在正火并经 730760 回火热处理后 ，金相组织呈典型的马氏体组织结构(如图1-1所示)，导致M23C6铬碳化物沉淀在马氏体骨架的边缘 ，并形成MX形V/Nb碳氮化物。在较粗的 M23C6 碳化物及内部较细的沉淀转换成细箔之后，会发现次晶粒内较大的位错密度 ，这种具有高位错密度的细次晶粒结构是 T91钢高蠕变强度的决定因素。 图图 1-1T91 钢金相组织钢金相组织山东大学 本科毕业论文32002-200631.2.31.2.3 物理性能物理性能电站所用的钢种，最关心的物理性能是材料的热膨胀系数和导热性。T9l钢的

13、弹性模量、线膨胀系数、热传导系数等主要物理性能数据列入下表1-2。钢的物理性能与化学成分和晶体结构有关而与微结构无关。X20和T91有相似的物理性能， 而T22和TP304H 则由于化学成分和晶格结构不同造成它们与T9l的物理性能有较大的差异。特别是与不锈钢相比，T9l具有低的热膨胀系数和良好的导热性，是一种物理性能较好的管道用热强钢。使用T91钢可以减少膨胀应力和由温度梯度(仅对厚壁P9l管件而言)产生的热瞬态应力。表表 1-21-2 T91T91钢的热物理性能钢的热物理性能温度热传导系数w(mK)1弹性模数10 MPa3由室温至指定温度的热膨胀系数K5101202621810.650262

14、1610.61002721310.91502721011.12002820711.32502820311.53002919911.73502919511.84002919012.0450301861235503017512.46003016812.66503016212.7山东大学 本科毕业论文42002-200641.2.41.2.4 力学性能力学性能1.2.4.11.2.4.1 室温力学性能室温力学性能T91 钢和几种常用钢材的室温力学性能列于表1-3。可以看出， T91 钢的抗拉强度和屈服极限高于T22、TP304H 和12Cr1MoV ，但低于X20 ，与EM

15、12 钢相当。在法国标准NFA49. 213 中，T91 钢的室温抗拉强度最大值可达770 MPa ，从表中还可看出T91 钢的塑性也比较好。表表 1-3 T91 和几种常用钢的力学性能和几种常用钢的力学性能标准牌号屈服极限/MPa2 . 0抗拉强度/MPab延伸率/%硬度HBASIM A213T9141558520250AFNOR AF49213BM12390590-74020DIN17175X20CrMoV121490690-84017ASIM A213TP304H20551535192ASIM A213T2220541530163GB5310-9512Cr1MoV205471-63821

16、1.2.4.21.2.4.2 冲击韧性冲击韧性T91 和EM12、X20 钢的冲击功与温度关系见图1-2。T91 钢具有相当高的抗拉强度和细微晶粒结构，它的冲击韧性和脆性温度均明显优于同类的X20和EM12 钢。 图图1-21-2 T91T91钢冲击韧性钢冲击韧性山东大学 本科毕业论文52002-200651.2.4.31.2.4.3 高温蠕变持久强度和许用应力高温蠕变持久强度和许用应力T91钢比常用的T22钢有更高的持久强度和许用应力，试验表明在550/ 10万h的持久强度值，T91是T22的2倍。从出了T91钢与T22、X20、TP304H和12Cr1MoV 钢在不同温度下的许用应力。可以

17、看出，在540610范围内T91钢的许用应力明显高于T22、TP304H和X20 钢，但在600以上，随着温度的升高，T91 钢的许用应力下降速度要比TP304H快，因此，目前只用于温度在640以下工作条件的锅炉管。1.31.3 T91T91 钢的钢的焊接性分析焊接性分析1.3.11.3.1 冷裂纹冷裂纹T91类中合金耐热钢，因其Cr、Mo等合金含量较高，淬硬倾向较大，冷裂倾向也较大:从91钢的焊接CCT图上也可以看出，在不进行焊后热处理的条件下，焊缝的金相组织为马氏体，容易导致产生冷裂纹。因此，T91钢焊接时，在焊缝区扩散氢与焊接残余应力的共同作用下，在焊缝金属及热影响区极容易产生冷裂纹。这

18、些裂纹可在焊后几小时、甚至数天内产生，呈现出氢致延迟裂纹的特征。1.3.21.3.2 热裂纹热裂纹热裂纹产生的主要原因是低熔点的硫、磷共晶物和低熔点的金属共晶物(如VFe2、NbFe2等)在晶界区的析出形成液态膜残留下来，由于焊接收缩应力的作用下而发生开裂的。据成分分析，该试验用钢的磷、硫杂质含量并不高，产生热裂纹的倾向并不显著，但也应考虑因合金元素的偏析及焊接材料成分可能带来的不利影响，在焊接材料选择及焊接规范控制上应予以注意。1.3.31.3.3 消除应力裂纹消除应力裂纹( (再热裂纹再热裂纹) )消除应力裂纹倾向主要取决于钢中碳化物形成元素的特性及其含量，它也总是产生于焊接热影响区的粗晶

19、区，并与焊接热规范及由此引起的焊接应力有关。由于T91中合金耐热钢中含有Cr、Mo、V、Nb等强烈的碳化物形成元素，从而使焊接接头过热区存在着产生消除应力裂纹的不利因素。然而，T91钢中的这些强碳化物形成元素又都是为了提高其高温强度与高温蠕变性能以及改善钢的转变特性而加入的。因此，除了控制钢中的合金成分在一合适的范围内之外，严格控制焊接规范和焊后热处理规范以及尽量缩短在再热裂纹敏感温度区间的山东大学 本科毕业论文62002-20066时间也是非常必要的。1.41.4 T91T91 钢管焊接背面保护钢管焊接背面保护1.4.1 T91 钢小径管背面保护全氩弧焊接钢小径管背面保护全氩弧焊接1.4.1

20、.11.4.1.1 气体保护具体方法气体保护具体方法组合前在坡口两侧100 mm处分别塞人厚30 mm的可溶纸，坡口用高温胶带粘住一部分，形成密封气室(注意气室过小可溶纸会被熔化，且背面保护气使熔滴过渡困难；气室过太则保护气逸失过快，起不到保护效果) 喷嘴用砸扁的薄壁小径铜管制成，端部两则开出0.5 mm的数个小孔。引弧前先通氩气3 min(流量为1 5 Lrain)，驱赶出管子内部的空气，利用气室达到背面保护的效果。从另一侧引弧(施焊过程中氩气流量为8 Lrain)，打底焊道完成34时把喷嘴抽出，完成封底焊接。须注意，对垂直固定的管子，保护气流的方向要偏下，利用氩气密度大于空气的特点形成覆盖

21、坡口的气室，达到保护熔池的作用。1.4.1.21.4.1.2 检验结果检验结果a 外观检查焊缝成形美观，饱满，过渡圆滑，无超标缺陷。结论：合格。b 硬度检查热处理后，母材、热影响区、焊缝的硬度平均值分别为HB130、HB171、HB230，均符合部颁标准。结论：合格c 射线探伤未见缺陷，评片等级：l级符合DL5069一l 996火力发电厂施工及验收规范射线篇的规定。结论：合格。d 断口检查断面没有裂纹、未熔合、未焊透等缺陷，符合DL500792火力发电厂施工及验收规范焊接篇)的规定。结论：合格e 金相微观检查放大400倍(侵蚀剂：硝酸酒精)。组织：回火索氏体+少量铁素体。晶粒度：78级。结论：

22、合格。山东大学 本科毕业论文72002-200671.4.2 大径管焊接时的背面充氩保护技术大径管焊接时的背面充氩保护技术主蒸汽管道焊接时，使用特制的背面充氩保护装置（如下图1-3），可以达到有效的背面保护。该装置具有以下特点:(1) 耐高温，制作简单，成本较低。由于管道要进行焊前预热、焊接、后热及热处理，充氩保护装置在整个过程中，应保持完好，直到无损检验合格。这就要求充氩装置必须耐高温。该装置在管道对口前装入，无损检验合格后撤出。因为在氩弧打底时及焊接第二、三、四层焊道时，均需要背面充氩保护；考虑到有可能在焊缝根部或近根部位置出现缺陷，返修时，仍需做充氩保护。(2) 较好的密封性。由于主蒸汽

23、管道直径较大，内部穿堂风也较大，如密封性不好，会影响充氩保护效果；另外，较好的密封性，可起到阻止内部气流流通，具有保温、减小管道内外壁温差的效果。(3) 易于安装及撤出，定位要牢固。管道及管子的焊接多在高空完成，存在各种位置的焊口，如定位不牢固，可能造成该装置沿管子滑落。主蒸汽管道与主汽门相连接的焊口，由于不能撤出该装置，而只能采用其它气体保护措施。由于主蒸汽管道上具有各种管孔，通过管孔可以将气囊(如气球) 放在距焊口较远的管道内部，在焊接开始前，将气囊充气封堵在管道内部而形成封闭气室。这时通过管孔向管道内充氩气，可达到有效的保护。图图1-3 大径管道焊口背面充氩保护装置大径管道焊口背面充氩保

24、护装置山东大学 本科毕业论文82002-20068第二章第二章 实验方法及设备实验方法及设备2.12.1 自动自动 TIGTIG 焊设备焊设备本试验需要采用TIG焊焊接设备，需要稳定的焊接速度，为了保证取得稳定的焊接速度，采用自动TIG焊焊接设备。此设备是在原等离子喷涂试验机的基础上经过改进而成。将焊枪固定在原喷嘴下方，启动设备后，通过电机带动使焊枪能够自动匀速左右运动，完成焊接过程。 2.22.2 高速摄像系统高速摄像系统在活性焊剂的实验过程中，需要观测加入活性剂前后焊接电弧的变化，因此试验中采用了高速摄像设备，该设备能连续记录焊接电弧形态的变化，纪录速度范围很广，可以由30帧/秒到1000

25、0帧/秒。摄像中所使用的高速摄像机为FASTCAM SUPER 10KC彩色高速摄像机。该设备通过CCD摄像头直接转化为数字化图像，然后就可以随时存储，同时由监视器显示，工作结束后即可及时重放，这样可以及时发现拍摄中存在的问题，然后即使处理，减少无畏的浪费，节约试验所需要的时间。对于纪录下的图像可以立刻转存至与之相连的计算机中或者消去原有纪录重新记录数据，对于记录下的数据可以立刻通过软件完成数据分心和计算得到结论。本实验对电弧图像采用连续图片形式存取，采用同时启动摄像和信号波形纪录方式实现了图像和数据的同步采集。高速摄像机摄取成像屏的电弧图像，这样不但实现了摄取电弧图像的目的，也避免了强烈的电

26、弧光直接射入高速摄像机，损坏机器。由于高速摄像能够拍摄的时间间隔有限，因此在实验中必须严格控制高速摄像拍摄进行的时间，应当保证拍摄到焊接电弧由无活性剂区域进入活性剂区域这个阶段的过渡过程，以保证继续研究的可能性和准确性。实验中所采用的拍摄光路示意图如图21所示：山东大学 本科毕业论文92002-20069 图图2 21 1 电弧形态高速摄像实验光路简图电弧形态高速摄像实验光路简图2.32.3 示波器示波器在活性焊剂的实验过程中，需要观测加入活性剂前后电弧电压的变化。因此试验中采用了示波器进行数据和波形采集。本试验所采用的示波器是Agilent 54624A型示波器。此示波器利用高清晰显示与2M

27、B MegaZoom深存储器相结合，能发现有关信号的大量信息，能够采集数据和图像等。它提供了实现深存储器的独特方法，可在每个通道上捕获多达2M的信号采样，并具有较高的持续采样率和响应迅速的显示。可找到隐匿于复杂信号中的细节，揭示导致触发事件的异常现象，同时观察高速和低速的信号。仪器照片如下图22所示。 图图2-22-2 AgilentAgilent 54624A54624A型示波器型示波器山东大学 本科毕业论文102002-2006102.42.4 金相显微镜金相显微镜在实验过程中，需要观察焊接接头组织。因此实验中采用了金相显微镜观察组织形貌。本实验所采用的金相显微镜是 XJL-02A 型立式

28、金相显微镜（如图 2-3）。光学系统中采用了负焦距（f=-33m），照相目镜与双目观察系统同时采用了平场设计视场，具有平坦，清晰的优点本产品有明视场、偏光、投影、摄影、晶粒度比等功能，可供一般科研单位、工厂及学校做金属学与金相实验之用。主要技术参数：暗场套圈10X，25X大视场目镜10X，12.5X，16X放大倍数40X-1000X放大镜6X分划目镜10X光源12V50W 钨丝灯泡摄影倍数32X-800X摄影幅面82.5*120mm图图 2-3 XJL-02A 型立式金相显微镜型立式金相显微镜山东大学 本科毕业论文112002-2006112.52.5 实验方法实验方法实验过程中取一定的活性剂

29、，加入丙酮调成糊状，用刷子均匀地涂在焊接试板上，厚度以遮住试板的底色为准。丙酮挥发后在同一焊接规范下，控制焊枪以均匀的速度移动，使电弧从无活性剂的区域逐渐进入有活性剂的区域。同时采集电弧图像和电弧电压。TIG焊接完成后，将试样进行空冷，然后将试样锯开，用砂轮打磨横截面，使截面水平且划痕沿同一方向，然后依次用200、400、600、1000目的砂纸打磨，将试样打磨成水平镜面后再用抛光机抛光，以看不到划痕为准，最后用王水进行腐蚀，即可在截面上显示出焊缝形态，然后用金相显微镜进行组织观察，包括母材、焊缝、熔合区、热影响区等。将TIG焊接完成的试样加工成标准试样后进行焊接接头的力学性能测试，包括拉伸及

30、弯曲实验等。山东大学 本科毕业论文122002-200612第三章第三章 试验结果分析试验结果分析3.1 活性剂对焊缝熔深的影响活性剂对焊缝熔深的影响实验采用 80205mm 不锈钢板，焊接电流 100/120A，弧长 3mm，焊接速度 200mm/min，氩气流量 9L/min.。焊后将采用不同的活性剂的工件在焊缝相同位置处将其锯开，经砂轮、砂纸打磨，抛光后用王水对其进行腐蚀。观察并测量焊缝熔深。 图图 3-1 加入加入 SiO2 前后熔深变化前后熔深变化TIG 焊接完成后，采用活性剂的试板焊缝变窄，焊道弯曲，脱渣性较好，熔深显著增加。 图图 3-2 加入加入 TiO2 前后熔深变化前后熔深

31、变化TIG 焊接完成后，采用活性剂的试板焊缝稍变窄，成型较好，脱渣性较差，熔深有增加。 图图 3-3 加入加入 NaF 前后熔深变化前后熔深变化山东大学 本科毕业论文132002-200613TIG 焊接完成后，采用活性剂的试板焊缝变化不明显，成型较差，脱渣性差，熔深有增加。图图 3-4 加入加入 Al2O3 前后熔深变化前后熔深变化TIG 焊接完成后，采用活性剂的试板焊缝变窄，成型较好，熔深变化不明显。 图图 3-5 加入加入 MnO2 前后熔深变化前后熔深变化TIG焊接完成后，采用活性剂的试板焊缝变窄，成型较好，脱渣性好，熔深变化不明显。3.2 活性剂对焊缝成形的影响活性剂对焊缝成形的影响

32、 图图 3-6 加入加入 SiO2/TiO2 前后焊缝成型变化前后焊缝成型变化使用活性剂TIG焊后的T91钢板，可看到涂有SiO2的焊缝明显变窄，且脱渣性好，而涂有TiO2的焊缝连续性不好，基本无变窄，脱渣性不好。山东大学 本科毕业论文142002-200614 图图 3-6 加入加入 NaF 前后焊缝成型变化前后焊缝成型变化使用活性剂TIG焊后的T91钢板，可看到涂有NaF的焊缝成型较好，无变窄，脱渣性不好。 图图 3-7 加入混合焊剂加入混合焊剂前后焊缝成型变化前后焊缝成型变化使用混合活性剂TIG焊后的T91钢板，可看到涂有混合焊剂的焊缝成型较好，且变窄明显，通过弧坑看出其熔深有明显增加。

33、在T91钢板实验过程中，将壁厚为5mm的T91耐热钢管切割成4份，试件首先采用砂纸打磨，然后使用丙酮擦洗表面以去除油污等有机物，并烘干以防止水分对实验结果产生影响。试验过程中，焊接规范等同于不锈钢板，将钢板扣在实验台上并在试样的表面打磨出一小平台，这样有利于涂敷焊剂和保持焊接过程中的电弧稳定。通过实验可以看出，活性剂对不锈钢和T91钢的影响基本相似： (1) 对于涂敷了 SiO2 活性剂的焊缝焊道宽度变窄，弧坑变长变窄变深，熔深显著增加。所有活性剂中，SiO2 对焊缝成形作用效果最大。(2) 活性剂NaF对焊道成形的影响不明显。与无活性剂的焊缝相比，焊道宽度也没有明显的变化，但熔深增加，弧坑比

34、无活性剂的要大。(3) 活性剂TiO2 对焊道外观变化不大，弧坑没有明显变化，与无活性剂时相似。但所形成的焊缝表面比较平整规则，没有出现咬边现象，比无活性剂的焊道成形要好。(4) 活性剂 Al2O3 和 MnO2 熔深增加不是很明显，但焊缝表面光洁，成型较好。山东大学 本科毕业论文152002-2006153.33.3 T91T91 钢管焊接接头组织分析钢管焊接接头组织分析母材的显微组织：T91钢合金元素含量较高，1040 正火后的基体组织即为低碳板条马氏体.再经780 回火，则获低碳回火马氏体组织. 其光学显微组织仍保持板条马氏体形态特征. 图图 3-8 T91 钢母材金相组织钢母材金相组织

35、焊缝区的显微组织：尽管T91钢碳含量较低，但分析结果表明该钢中仍有微量碳化物(MC)存在。各种焊接接头的焊缝化学成份与焊接工作者熟知的利用Schaeffler 图估算钢焊缝的成份大致相当，稀释率虽有差异，但都落于马氏体组织区域中，故各焊接接头焊缝区的基体组织均为回火马氏体，形貌与T91钢基体组织相似，只是焊缝区的晶粒相对粗大，同时从铬含量略高的试样焊缝的局部视域中观察到少量铁素体的存在。 图图 3-9 T91 钢钢无活性剂时焊缝组织无活性剂时焊缝组织山东大学 本科毕业论文162002-200616 图图 3-10 T91 钢钢加入活性剂后焊缝组织加入活性剂后焊缝组织熔合区显微组织：在金相显微镜

36、下观察，T91钢焊接熔合区组织很不均匀.其中靠近焊缝一侧组织仍保持原有的奥氏体边界，在奥氏体晶界处有铁素体析出，内部存在少量的珠光体；而靠近过热区一侧，没有明显的奥氏体晶界，组织主要为粒状珠光体。 图图 3-11 T91 钢钢无活性剂时熔合区组织无活性剂时熔合区组织图图 3-12 T91 钢钢加入活性剂后熔合区组织加入活性剂后熔合区组织山东大学 本科毕业论文172002-200617热影响区显微组织：T91钢焊接热影响区显微组织主要由晶粒细小的索氏体(S) 、块状铁素体(F) 和少量珠光体(P)组成，焊接线能量越大，奥氏体冷却后得到的索氏体含量越多，但块状铁素体的含量也会随着焊接热输入的增加而

37、增多，降低了焊接接头的抗裂性能，恶化其韧性。但焊接线能量过小，热影响区中珠光体来不及转变成索氏体，也会影响焊接热影响区的力学性能。图图 3-13 T91 钢无活性剂时钢无活性剂时 HAZHAZ 组织组织图图 3-14 T91 钢加入活性剂后钢加入活性剂后 HAZHAZ 组织组织山东大学 本科毕业论文182002-2006183.43.4 T91T91 钢焊接接头性能分析钢焊接接头性能分析（1）硬度测试在焊接电流为120A，电弧长度为3mm，焊接速度为150mm/min，钨极直径为3.2mm，氢气流量为10L/min时，下表3-1为普通TIG焊与涂有复合活性剂的A-TIG焊不锈钢试样的硬度值（H

38、V） 。表表3-1 硬度分布表硬度分布表焊缝 距熔合线位置（mm） 焊缝-1.6-1.2-0.8-0.400.30.657916TIG焊151149154156181195196185173176180A-TIG焊172176174173192198187182179181178A-TIG焊焊缝的硬度要高于普通TIG焊焊缝的硬度，TIG焊焊缝的硬度在150HV左右，而A-TIG焊焊缝的硬度却达到了170HV左右，这说明活性剂使焊缝的硬度有所提高。TIG焊和A-TIG焊都是在热影响区处硬度达到最大值，TIG焊焊缝的硬度低于母材的硬度，而A-TIG焊焊缝的硬度基本上与母材相当在TIG焊接完成后将采

39、用活性剂的T91试板用手锯锯开的时候，其焊缝处明显比母材难锯，推测其接头处硬度比母材要升高，锯开后，用肉眼观察其端面，可看到焊缝处组织较母材组织细密且光亮，用洛氏硬度计测量其硬度。测量结果表明其焊缝洛氏硬度为36.1HRC（平均值） ，热影响区洛氏硬度为41.7HRC(平均值)，T91钢焊缝中及热影响区中形成粗大的马氏体组织是引起硬度增加的主要原因。添加活性剂后，焊缝的硬度均高于母材和无活性剂的焊缝硬度，可以认为，加入活性剂有助于提高焊缝的硬度。（2）活性剂对焊缝抗拉强度的影响在焊接电流为120A，电弧长度为3mm，焊接速度为150mm/min，钨极直径为3.2mm，氢气流量为10L/min时

40、，普通TIG焊与涂有活性剂的A-TIG焊不锈钢试样的抗拉强度、断面收缩率、接头延伸率。山东大学 本科毕业论文192002-200619表表3-23-2 试样拉伸性能试样拉伸性能项目抗拉强度（MPa）b延伸率（%）收缩率（%）断口位置TIG焊56838.565.1焊缝A-TIG焊59231.262.5焊缝从表可以看出，TIG焊和A-TIG焊两种拉伸试样的断口位置均出现在焊缝处，A-TIG焊焊缝的抗拉强度为592MPa，较普通TIG焊焊缝的568MPa有所提高，而A-TIG焊焊缝的断面收缩率、接头延伸率较普通TIG焊焊缝有所下降。实验可以得出：各种活性剂对钢的拉伸性能都产生明显的影响，同无活性剂的

41、焊缝相比，最大抗拉强度都有很大程度的提高，涂敷SiO2 焊缝的最大抗拉强度提高最大 ，而活性剂TiO2 几乎没有任何提高. 因此，如果需要焊缝的强度较高，所应用的活性剂中应适当增加SiO2 的比例。活性剂CaF2 中的钙元素具有良好的脱氧和脱硫的效果，可以改善焊接中可能存在的夹杂物的形态和分布，这对改善板材的性能特别有利。经过加钙处理以后可使钢液中的含硫量降低，从而提高材料的拉伸性能。Cr2O3 的加入也可以提高抗拉强度，其原因之一是铬也是形成铁素体的有利元素，可以提高材料强度。（3）活性剂对焊缝塑性的影响对涂有活性剂的试样进行塑性实验，它们的变形特征首先是弹性变形，然后是均匀的塑性变形，出现

42、颈缩后，在局部发生塑性变形，最后断裂。 几种活性剂的弯曲曲线与此类似。材料的塑性也可以通过延伸率来反映。下表3-3为涂有几种活性剂的不锈钢试样的延伸率对比。山东大学 本科毕业论文202002-200620表表 3-3 几种活性剂延伸率对比几种活性剂延伸率对比从上表可以看出，涂敷SiO2 试件的延伸率最大，相对于无活性剂试件提高了63. 2 %。 Cr2O3 提高了26. 2 % ，影响最小的是TiO2 ，仅提高了10. 6 %。 由此可见，当焊缝需要塑性比较高时，所选择的活性剂中应适当增加SiO2 的比例。010203040506070母材无CaF2SiO2TiO2NaF延伸率山东大学 本科毕业论文212002-200621结论结论(1) 首先在不锈钢上进行单一和复合焊剂的实验，同无活性剂焊缝相比，在相同的规范下，Al2O3、CaF2和 SiO2都能够很大程度的提高焊缝熔深。 在T91 耐热钢上进行 TIG 焊实验同样取得了较好的效果，能够较明显的加深熔深，减小焊缝宽度。因此可以认为，这些焊剂有助于加深焊缝熔深。(2) 涂敷了活性剂的焊缝的最大抗拉强度均高于无活性剂的焊缝，其中活性剂SiO2 提高的最大，