（中国电建集团核电工程公司 山东省济南市 250000）
摘要：大型电站锅炉过热器、再热器及主蒸汽管道广泛采用T91／P91耐热钢，经过多年对其进行焊接工艺评定测试，国内其焊接工艺已基本成熟，焊接工艺及参数通过优化和总结，施工、检修质量得以进一步提高。本文对T91／P91钢焊接工艺进行浅析，积累了一定经验。
关键词：T91／P91钢；焊接工艺；研究
1 T91／P91钢的焊接性能
T91／P91钢是在9Cr-1Mo钢基础上通过加入Nb、V、N等合金元素而形成的新型耐热钢，具有良好的抗蒸汽氧化能力，疲劳性能，蠕变强度和运行温度下组织稳定性好等特点。该钢焊接性的主要问题是冷裂纹敏感性较强，以及一定的热裂纹倾向，同时也不可忽视接头性能的弱化（焊缝区韧性恶化和热影响区的软化），易出现冷裂纹、焊接接头脆化、HAZ区软化等间题，合理的焊接工艺是控制和改善该钢焊接性的重要技术手段。焊接时应该严格控制预热和层间温度，采用较小的焊接线能量和多层多道焊，焊后热处理的保温时间适当延长，有利于焊接接头常温冲击韧度的提高。
2 T91／P91钢的焊接要点
焊接工艺主要采用两种方法：一是全氩弧焊（TIG打底＋TIG填充）；二是氲弧焊（TIG）打底＋焊条电弧焊（GTAW）填充。其焊接工艺要点如下：
2.1采用正确的坡口外形和尺寸。
2.2选用合理的焊接材料（TIG焊丝和填充电焊条）。
2.3选用正确的焊接规范（包括焊丝及电焊条牌号和直径、钨极直径、焊接电流、氩气流量、电源极性、焊缝层数及道数等）。
2.4选用正确的工件预热温度、焊缝层间温度。
2.5选用合理的焊后热处理规范（包括升降温速度、回火温度及保温时间等）。
2.6坚持正确的接头装配定位焊和熟练、高超的手工操作技能等。
3 施焊前准备工作
3.1 焊丝去除表面的油、垢及锈等污物，露出金属光泽。焊条经过 35O℃烘焙 1.5-2 h，置于 8O-10O℃保温筒内，随用随取。
3.2 坡口制备关键注意两点：钝边厚度不超过2mm，以防铁水流动性差而造成根部未熔合；坡口及其内外两侧 15-2O mm 范围内打磨至露出金属光泽。
3.3 焊接设备选用带衰减的逆变式直流弧焊机。
3.4 对口
3.4.1 T91／P91钢在不预热条件下焊接裂纹可达10O％，所以不得在管道上焊接任何临时支撑物，不得强行对口，以减少附加应力。
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3.4.2 小口径管道对口间隙控制在1-2mm之间，大口径管道对口间隙控制在3-4 mm之间；间隙太大，不易操作，容易产生未熔焊接接头，间隙太小，易产生未焊透的焊接缺陷。
3.4.3对口方法：利用夹具固定焊口时，焊前预热温度需比所定参数提高50℃。
4 焊接方法浅析
4.1 焊接方法：常采用TIG＋SMAW。
4.2 焊前预热
4.2.1氩弧焊打底时预热温度取160-180℃，温度过高不利于焊工操作，易产生夹丝、未焊透缺陷，还会加重根部氧化。
4.2.2电弧焊填充时，道间温度控制在280-320℃之间，T91／P91钢的MS点转变温度大约在380℃左右，预热温度选在28O-320℃，即MS点温度附近，既能保怔高温停留时间短，又能使马氏体转变时冷速缓慢，并形成自回火马氏体，解决了既要采用小参数，又不能让焊缝冷速太快的矛盾。该种钢的焊条在300℃左右的预热温度下，有最佳的操作性能，熔滴过渡及铁水流动性和飞溅都明显改变。
4.3 TIG打底焊
4.3.1 为防止T91／P91钢焊缝根部氧化，焊前在管内充氩保护。充氩保护范围以坡口轴向中心为基础，每侧各25O-30Omm处贴上两层可溶纸。用浆糊粘住，做成密封气室。利用细铜管把头敲扁插人焊缝内（有探伤孔的管道可从探伤孔充氩），大管流量为 20-30 L／min，小管流量一般为10-15 L／min。充氩时，当感觉氩气从焊缝间隙轻微返出时（也可用打火机是否熄灭来判断），用石棉条将焊口间隙堵住，此时将氩气流量减少1／3，流量过大会产生内凹的缺陷。焊一段石棉条拔开一段。
4.3.2 采用两层 TIG打底，通过减少热输入，可有效地降低根部焊缝氧化程度，保证打底质量。
4.3.3 操作上应特别注意收弧质量，收弧时先将焊接电流衰减下来，填满弧坑后移向坡口边沿收弧，以防产生弧坑裂纹。
4.3.4 TIG 焊工艺参数：钨极选用WCe-2250，焊接电流95-115A，焊接电压9-11V。
4.4 SMAW 焊
4.4.1 SMAW焊应注意道间温度的控制，采用小参数、多层多道焊。
4.4.2焊层厚度以等于焊条直径为宜，焊道宽度以焊条直径的3倍为宜，严格控制焊接热输入，中间填充层宜采用Φ3.2mm的焊条，最后两层使用Φ4.0mm的焊条。焊接热输人对焊缝冲击韧度有很大影响，切忌使用大参数。每根焊条收弧都用衰减电流，待熔地填满后再收弧，以防产生弧坑裂纹。
4.4.3 用角磨机或钢丝刷彻底清理道间焊渣及飞溅，特别是焊缝接头处和坡口边缘处；清理时不可用榔头、錾子过重敲击焊缝。
5 焊接及焊后热处理
5.1 T91焊后热处理温度为760±10℃，热处理升降温速度当δ＜25 mm时为150℃／h、δ≥25mm时为100℃/h。
5.2 恒温时间：当δ＜12.5时恒温1h，当12.5≤δ＜25时恒温2h，当25≤δ＜37.5时恒温3h。
5.2.1 焊接完毕需在 100-120℃的温度下恒温1h，将残余奥氏体（A）全部转变为马氏体（M）后，才能进行升温热处理。
5.2.2 恒温时间按壁厚的不同在各范围内取值，壁薄的取下限，壁厚的取上限。
5.2.3 上述恒温时间比一般参数延长，试验证明，恒温时间的适当延长，有利于冲击韧度的明显提高，通过延长恒温时间可解决T91／P91钢焊接接头常温冲击韧度低的问题。
5.3 回火温度 热处理为高温回火，最佳回火温度为760±10℃。
6 结论
T91／P91钢焊接性的主要问题是冷裂纹敏感性较强，以及一定的热裂纹倾向，焊接方法和焊接材料确定以后，获得优质接头的关键措施是焊前预热、控制层温，以及“及时有效”的焊后热处理等，合理的焊接工艺是控制和改善该钢焊接性的重要技术手段。该焊接工艺主要应用于电厂主蒸汽管道、过热器和再热器管道的焊接，各项技术指标完全符合要求。随着T91／P91钢的大量使用，制定出符合钢材性能的最优焊接工艺和规范，直接用于电力行业的安全生产建设，避免各生产单位重复性的工艺评定试验和避免锅炉爆管事故，具有很好的经济效益和社会效益。
论文作者:董文强
论文发表刊物:《电力设备》2016年第22期
论文发表时间:2017/1/21
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