❶ T91合金鋼管的T91鋼的焊接工藝
4.1 預熱溫度的選擇
T91鋼的Ms點約為400℃,預熱溫度一般選在200~250℃。預熱溫度不能太高,否則接頭冷卻速度降低,可能在焊接接頭中引起晶界處碳化物析出和形成鐵素體組織,從而大大降低該鋼材焊接接頭在室溫時的沖擊韌性。預熱溫度的下限從哈爾濱鍋爐廠所做過的插銷試驗可得到很好的說明。
插銷試棒採用T91鋼,直徑8 mm,深0.5 mm,底板採用13CrMo鋼,厚20 mm,試驗在不預熱、預熱150℃、預熱200℃、預熱250℃條件下進行。焊條採用J707。焊接電流為165~170 A,電弧電壓為21~267 V,試驗結果如表2所示。
表2 T91插銷試驗結果
試驗
條件 試樣
號 應力水平
/MPa 斷裂時間
/min
不預熱 1 303.8 9 9
2 186 8 237
3 176.4 8.3 1440未斷
預熱150℃ 4 421.4 8.1 1260
5 354.8 120未斷
預熱200℃ 6 465.2 8.6 1440未斷
7 482.7 8.1 438
8 539 7.9 313
預熱250℃ 9 539 8.2 1440未斷
10 600 8.0 1440未斷
由上述試驗結果知,在不預熱條件下,T91鋼焊接接頭的臨界應力為176.4 MPa;預熱150℃時,臨界應力為354.8 MPa,為T91鋼常溫屈服極限415 MPa的85.4%;預熱200℃以上時,臨界應力大於460 MPa,超過了T91鋼常溫屈服極限。由此,為避免T91鋼焊接時產生冷裂紋,預熱溫度必須不低於200℃,德國規定預熱溫度為180~250℃,美國CE公司規定預熱溫度為120~205℃。
4.2 層間溫度的選擇
層間溫度不得低於預熱溫度下限,但如同預熱溫度的選取一樣,層間溫度也不能過高。T91焊接時層間溫度一般控制在200~300℃。法國規定:層間溫度不超過300℃。美國規定:層間溫度可位於170~230℃之間。
4.3 焊後熱處理起始溫度的選擇
T91要求焊後冷卻到低於Ms點以下並保持一定時間再進行回火處理,焊後冷卻速度為80~100℃/h。如果未經保溫,接頭的奧氏體組織可能沒有完全轉變,回火加熱會促使碳化物沿奧氏體晶界沉澱,這樣的組織很脆。但是T91焊後也不允許冷卻到室溫再進行回火,因為其焊接接頭冷卻到室溫時就有產生冷裂紋的危險。對於T91來說,最佳起始溫度為100~150℃,並保溫1h,可基本確保組織轉變完畢。
4.4 回火溫度、恆溫時間、回火冷卻速度的選擇
T91鋼冷裂傾向較大,在一定條件下,容易產生延遲裂紋,故焊接接頭必須在焊後24 h內進行回火處理。T91焊後狀態的組織為板條狀馬氏體,經過回火可變為回火馬氏體,其性能較板條狀馬氏體優越。回火溫度偏低時,回火效果不明顯,焊縫金屬容易時效而脆化;回火溫度過高(超過AC1線),接頭又可能再次奧氏體化,並在隨後的冷卻過程中重新淬硬。同時,如本文在前面所述,回火溫度的確定還要考慮接頭軟化層的影響。一般而言,T91回火溫度為730~780℃。
T91焊後回火恆溫時間不少於1 h,才能保證其組織完全轉變為回火馬氏體。
為了降低T91鋼焊接接頭的殘余應力,必須控制其冷卻速度小於5 ℃/min。T91鋼的焊接工藝可用圖3表示。
①預熱200~250 ℃;②焊接,層間溫度200~300 ℃;③焊後冷卻,速度為 80~100 ℃/h;④100~150 ℃保溫1 h;⑤730~780 ℃回火1 h;⑥以不大於5 ℃/min速度冷卻
5 T91鋼在廣東省內火電廠應用實例
廣東省電力局第一焊接培訓中心曾作過Φ42 mm×5mm的T91小徑管對接的焊接工藝評定。採取的預熱溫度為200℃,焊後冷卻到150℃,保溫1h後進行回火,回火溫度為750~780℃,保溫1h,升降溫速度均小於5℃/min。焊後對試樣進行外觀檢查、斷口檢查、無損檢測、拉伸和彎曲試驗,結果均合格,這也說明上述焊接工藝是行之有效的。
上述焊接工藝已成功應用在沙角A廠、梅州市梅縣區電廠高溫再熱器外圈。T91鋼在這些電廠應用後,由於超溫等造成的事故頻率大大降低。
6 結論
①T91鋼靠合金化原理,尤其是添加了少量鈮、釩等微量元素,高溫強度、抗氧化性較12 Cr1MoV鋼有較大的提高,但其焊接性能較差。
②插銷試驗表明,T91鋼有較大冷裂傾向,選取預熱200~250 ℃,層間溫度200~300 ℃,可有效防止冷裂紋產生。
③T91焊後熱處理前,必須冷卻至100~150 ℃,保溫1 h;回火溫度730~780 ℃,保溫時間不少於1 h。
④以上焊接工藝已應用於200 MW、300MW 鍋爐製造生產實踐中,取得滿意效果,並獲得較大的經濟效益。 鋼管是一種具有中空截面、周邊沒有接縫的長條鋼材。鋼管具有中空截面,大量用作輸送流體的管道,如輸送石油、天然氣、煤氣、水及某些固體物料的管道等。鋼管與圓鋼等實心鋼材相比,在抗彎抗扭強度相同時,重量較輕,是一種經濟截面鋼材,廣泛用於製造結構件和機械零件,如石油鑽桿、汽車傳動軸、自行車架以及建築施工中用的鋼腳手架等。用鋼管製造環形零件,可提高材料利用率,簡化製造工序,節約材料和加工工時,如滾動軸承套圈、千斤頂套等,目前已廣泛用鋼管來製造。鋼管還是各種常規武器不可缺少的材料,槍管、炮筒等都要鋼管來製造。鋼管按橫截面積形狀的不同可分為圓管和異型管。由於在周長相等的條件下,圓面積最大,用圓形管可以輸送更多的流體。此外,圓環截面在承受內部或外部徑向壓力時,受力較均勻,因此,絕大多數鋼管是圓管。合金管重量計算公式:[(外徑-壁厚)*壁厚]*0.02466=kg/米(每米的重量)