超临界钢、超超临界和超高温钢的焊接性分析

2023-06-28 理论教育版权反馈

【摘要】：过大的焊接热输入、过高的预热温度和过高的层间温度都会增大焊缝金属在800～500℃的冷却时间，导致低劣的焊缝冲击韧度降低。因此，合理的焊接工艺，对确保焊缝冲击韧度至关重要。E911、T92／P92钢的冷裂纹敏感性比T91／P91钢略低。表22 超超临界材料铸钢件各种焊接方法预热温度（续）表23 焊接方法及焊接材料选择①日本神户焊条。采用CO2气体保护焊时，焊道宽度不得超过15mm。

1.焊接性

w（Cr）=9%～12%的超临界（T91／P91）钢及超超临界（E911、T92／P92）钢和超超临界、超高温钢同属于马氏体耐热钢，材料的焊接性较差，铸钢件焊接或补焊过程有相当高的冷裂倾向，特别是易出现焊接接头脆化、HA2区软化等问题，焊缝及热影响区易产生硬脆的马氏体组织，在焊接热循环的作用下，经过高温过热，焊缝及熔合线附近晶粒急剧长大，焊缝和热影响区韧性降低，加上焊接应力的作用，极易形成冷裂纹，由于铸钢件裂纹大多数在R圆角处出现，此处为高应力区，冷却时易产生较大应力而使焊缝或热影响区开裂。此外，这类钢因为含有一定量导致热裂敏感性提高的Nb，因此有热裂倾向，但由于碳和杂质含量低，热裂倾向还是比较低的。

2.铸钢件焊接和缺陷补焊的主要问题

（1）缺陷清除采用碳弧气刨、机械加工、砂轮或金属磨头打磨等方法清除缺陷。对于点状气孔、渣孔、夹渣、浅表线性等铸造缺陷应尽可能采用金属磨头或砂轮打磨清除缺陷；对于UT检测发现的超标缺陷、面积较大黑皮缺肉部位以及采用打磨方式无法清除的缺陷可选择使用碳弧气刨消除缺陷，消除缺陷前需对缺陷区域进行火焰局部预热，当缺陷较多、面积较大时可选择整体进炉预热，预热温度参照补焊预热温度，尤其在清除冒口下疏松性或线性缺陷时，必须保证预热的温度及范围，冒口下线性缺陷如图2-2所示。

图2-2 冒口下线性缺陷

对于存在可能扩展的裂纹或碳弧气刨清除困难的密集型疏松缺陷（见图2-3），由于深度较深，碳弧气刨操作困难，且UT检测发现超标时，如果条件具备，可采用机械加工的方式清除缺陷。机械加工消除缺陷前要求对缺陷位置以及深度进行标注，当缺陷加工到标注深度后，进行PT现场检测，若还有缺陷，继续加工时，每加工5～10mm深度，进行一次PT检测，直至缺陷清除干净。加工后的坡口要求内壁平滑，坡口角度为10°～15°，坡口根部R大于10mm。

（2）坡口制备采用碳弧气刨和打磨后的坡口形状呈U形，坡口随形制备，并要求圆滑过渡，坡口表面渗碳层和氧化渣等必须清理打磨干净，并露出金属光泽（至少打磨1.5mm），采用加工方法制备的坡口形状如图2-4所示，坡口必须经MT或PT检测确认。

（3）加热焊前预热、焊接过程温度、焊后去应力处理温度等的控制及要求如图2-5所示。

预热一般采用整体进炉预热，采用天然气火焰局部预热时，预热范围为补焊区及坡口周边250mm；对于铸钢件的焊接或补焊，只需要200℃左右的预热就可以防止裂纹，整体进炉预热出炉后或局部预热过程中，需采用保温棉对补焊区周围300mm进行覆盖保温；焊接过程的温度也必须保持在预热温度范围，层间温度应控制在300℃以下。过大的焊接热输入、过高的预热温度和过高的层间温度都会增大焊缝金属在800～500℃的冷却时间，导致低劣的焊缝冲击韧度降低。因此，合理的焊接工艺，对确保焊缝冲击韧度至关重要。焊接后，将温度缓冷到80～100℃（不含100℃），以实现向马氏体完全转变。然后尽快进行热处理，因为这样高硬度的马氏体在潮湿的环境下，形成应力腐蚀裂纹的敏感性极高。E911、T92／P92钢的冷裂纹敏感性比T91／P91钢略低。超超临界材料铸钢件各种焊接方法焊前预热温度见表2-2，焊接方法及焊接材料选择对应见表2-3。