A335-P91材料管道焊接参考文档课件.ppt
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1、华夏监理专用课件禁止外传,前言:,?,9Cr,1Mo,(,SA335,P91,SA213,T91,)钢是美国于七,十年代末八十年代初开发的新型马氏体耐热钢,以其热膨,胀系数,弹性模量、蠕变性能以及抗氧化性等多方面的优,胜在许多国家的电站的主蒸汽管道中得以广泛的应用。,?,由于其材料特殊性,焊接工艺、热处理的特点需要在施工,过程中摸索,而且管道对口、安装顺序对焊接质量也起着,关键作用。,?,为保证,P91,钢管道的焊接工艺和焊接质量达到要求,首先,必须制订出,P91,钢焊接工艺、安装要求,做为指导焊接工,艺评定及现场焊接施工的依据,在现场施工过程中严格执,行工艺要求。,一管道材料特性分析,?,P
2、91,合金管钢相当于国标,10Cr9Mo1VNb,。该钢是在,9Cr-1Mo,的基础上,适当地降低了,C,、,S,、,P,含量,添加微量的,V,、,Nb,、,N,元素,其化学成分和常温力学性能见表,1,,表,2.,?,与,P91,钢对应的德国钢号为,X10CrMoVNNb91,,日本钢号为,HCM95,,法国则为,TUZ10CDVNb0901,?,表,1 P91,钢的化学成分(,%,),材质,化学成分,A335-P91,C,Mn,P,S,Si,Cr,Mo,其他,0.18-0.12,0.30-0.60,0.02,0.01,0.02-0.50,8.00-9.50,0.85-1.05,V 0.18-
3、0.25,;,N,0.03,0.07,;,Ni,0.40,;,Al,0.02,;,Ti,0.01,;,Zr,0.01,;,Nb,0.06-,0.10,表,2 P91,钢的常温力学性能,标,准,屈服极限,0.2(,MPa),抗拉强度,b,(MPa),延伸率,5(%),硬度,(,HB,),SA-335 P91,415,585,20,250,?,P91,合金钢管特点:,?,不仅具有高的,抗氧化性,能和抗高温蒸汽腐蚀性能,而且还,具有良好的,冲击韧性,和高而稳定的持久塑性及热强性能。,在使用温度低于,620,时,其,许用应力,高于,奥氏体不锈钢,。,在,550,以上,推荐的设计许用应力约为,P9,和,
4、2.25Cr-1Mo,钢的两倍。,?,P91,合金管在不预热条件下进行焊接时,产生裂纹的机率是,100%,。可以说,P91,合金钢管,具有较大的冷裂纹倾向,一般,认为当预热温度提高到,200,250,时,就可有效避免冷裂,纹的产生。,?,由于,P91,材料焊接工艺特性的要求,往往业主、监理对其焊,接的整个过程严格控制,在对口、预热、点固焊、,GTAW,封,底焊接、,SMAW,焊接、层间温度、层间厚度、根层探伤、外,观检查、最终热处理、无损检验等多道工序进行监控。,?,P91,材料焊接时存在的问题,?,?,1,、,热影响区淬硬组织的产生,?,?,P91,材料,高温下奥氏体十分稳定,要冷却到较低温
5、度,(,约,400,),才能变为马氏体。粗大的马氏体组织脆而硬,接,头又处在复杂应力状态下。同时,焊缝冷却过程中氢由焊,缝向近缝区扩散,氢的存在促使了马氏体脆化,其综合作,用的结果,很容易在淬硬区产生冷裂纹。,?,?,由于热影响区的各种组织具有不同的密度、膨胀系数,和不同的晶格形式,在加热和冷却过程中必然会伴有不同,的体积膨胀和收缩;另一方面,由于焊接加热具有不均匀,和温度高的特点,故而,P91,焊接接头内部应力很大。,?,?,2,、热影响区晶粒长大,焊接热循环对焊接头热影响区的晶粒长大有重大的影,响,特别是紧邻加热温度达到最高的熔合区。当冷却速度,较小时,在焊接热影响区会出现粗大的块状铁素体
6、和碳化,物组织,使钢材的塑性明显下降;冷却速度大时,由于产,生了粗大的马氏体组织,也会使焊接接头塑性下降。,?,总的来说,,P91,钢的焊接,主要需注意两方面的问题,,?,一是防止焊缝和热影响区脆化及裂纹,在热影响区或焊,缝金属中尽量减小粗晶区;,?,二是减少拘束度,从而降低焊接接头残余应力,防止产,生裂纹。,合金元素在,P91,钢中的作用:,1.,碳是钢中固溶强化作用最明显的元素,随含碳量的增加,钢的短时,强度上升,塑性、韧性下降,对,P91,这类马氏体钢而言,含碳量的上升,会加快碳化物球化和聚集速度,加速合金元素的再分配,降低钢的焊,接性、耐蚀性和抗氧化性,故耐热钢一般都希望降低含碳量,但
7、含碳,太低,钢的强度将降低。,P91,钢与,12Cr1MoV,钢相比,含碳量降低,20%,,,这是综合考虑上述因素的影响而决定的。,2.,P91,钢中含微量氮,氮的作用体现在两个方面。一方面起固溶强化作,用,常温下氮在钢中的溶解度很小,,P91,钢焊后热影响区在焊接加热和,焊后热处理过程中,将先后出现,VN,的固溶和析出过程:焊接加热时热,影响区内已形成的奥氏体组织由于,VN,的溶入,氮含量增加,此后常温,组织中的过饱和程度提高,在随后的焊后热处理中有细小的,VN,析出,,这增加了组织稳定性,提高了热影响区的持久强度值。另一方面,,P91,钢中还含有少量,A1,,氮能与其形成,A1N,,,A1
8、N,在,1 100,以上才大量溶入,基体,在较低温度下又重新析出,能起到较好的弥散强化效果。,。,3.,加入铬主要是提高耐热钢的抗氧化性、抗腐蚀能力,,含铬量小于,5%,时,,600,开始剧烈氧化,而含铬量达,5%,时就具有良好的抗氧化性。,12Cr1MoV,钢在,580,以下具有,良好的抗氧化性,腐蚀深度为,0.05 mm/a,,,600,时性能,开始变差,腐蚀深度为,0.13 mm/a,。,P91,含铬量提高到,9%,左右,使用温度能达到,650,,主要措施就是使基体中溶,有更多的铬。,4.,钒与铌都是强碳化物形成元素,加入后能与碳形成细小,而稳定的合金碳化物,有很强的弥散强化效果。,5.
9、,加入钼是为了提高钢的热强性,起到固溶强化的作用。,6.P91,钢靠合金化原理,尤其是添加了少量铌、钒等微量,元素,高温强度、抗氧化性较,12 Cr1MoV,钢有较大的提高,,但其焊接性能较差。,P91,焊后热处理前,,必须冷却至,100,150,,保温,1 h,;回,火温度,730,780,,保温时间不少于,1 h,。,二、现场施工要求,?,1,、对,P91,钢的管道系统施工采用单方向施工,即至少总保持一端为自,由伸缩端,以便于减小管道系统的应力,防止焊接是产生裂纹。,?,2,、对口装配要求采用机械对口卡具,不建议采用门型块电焊固方法进,行焊口点固。,?,3,、严禁在坡口及管道上任意引弧和电
10、弧擦伤,严禁损伤母材。,?,4,、,P91,钢焊接时最低环境温度应在,5,以上为宜,环境温度低于此,温度时,严禁焊接,必要时一定要采取特殊措施。采取有效的防风、,防雨措施,严禁在雨、雾等不良天气条件下进行焊接及热处理工作,,以防止冷裂纹产生,提高焊接质量。,?,5,、必须保证焊接、热处理的连续性,避免由于以外断电导致焊接及热,处理非正常中断。现场配备两路专用电源,其中一路为备用。,?,6,、充氩装置需要耐高温,要有较好的密封性,并且易于取出和安装。,在整个预热、焊接、热处理过程中,保留充氩装置,即可防止管道内,穿堂风,又可在焊接区域形成封闭气室,起到保温和减小内外壁温差,的作用。若出现不合格焊
11、口,而且缺陷出现在根部或近根部,则焊缝,进行返修时,仍需充氩保护。,2.1,焊接方法选择,?,目前,,P91,钢管道的焊接一般采用,GTAW+SMAW,和,GTAW+GMAW,的焊接方法;,?,要求焊前预热及焊后热处理,均采用远红外电加热;,?,为防止根部氧化,要求背部充氩保护;,?,焊接完成后焊缝要求进行,100%,无损探伤(通常,RT,),,另做,100%,表面探伤(,PT,)检验。,2.2,坡口形式选择及加工,?,坡口一般采用,V,型或,VU,坡口,其间隙、钝边、坡口,角度如图:,?,坡口的制备应以机械加工的方法进行。严禁使用热加,工方法(火焰、等离子切割)下料。,2.3,焊口组对及点固
12、,?,管件对口时一般应做到内壁齐平,如有错口,其错口,量应符合下列要求:对接单面焊的局部错口值不应超,过壁厚的,10%,,且不大于,1 mm,。焊口禁止强力对口(冷,拉口除外),更不允许热膨胀法对口,以防引起附加,应力。,?,点固对接焊缝时必须预热,点固焊时采用坡口内侧搭,桥点固或加紧固板的方式,选用焊材与母材相同,且,采用氩弧焊点固。,2.4,焊缝背面焊接保护,?,焊口组对后,必须经过焊接质检员(或焊接技术人员)检,查认可,并在工序交接单签字确认后,才能进行氩弧焊打,底焊接。,?,氩弧打底背部充氩,:,?,由于,SA335-P91,为高铬合金钢,焊接时根部焊缝易氧化,,因此在对口前必须做好根
13、部充氩保护的措施。,?,在坡口两侧约,300-500mm,的位置封堵,形成气室,封堵物,用一铁丝系牢,焊接结束后,从管道开口端取出;可采用,如下图方法加工堵板;焊缝坡口内用岩棉撕成条状封堵,,以减少氩气的溢出。,?,焊接前预先通入氩气,515,分钟,以排尽管道内空气。开始,流量可为,20-30L/min,以排尽气室内空气,施焊过程中流量,应保持,8-10L/mi,。,?,a,背面充气装置简图,b,现场应用效果图,?,焊缝充氩保护焊接装置示意图,?,管内保护氩气的检验:,?,焊接前首先要对管内氩气纯度进行检验。检验方法:焊丝放在坡口内,处在氩气保护下,用电弧将焊丝端部加热至变红后迅速将焊丝伸到管
14、,内并将电弧熄灭,待焊丝端部温度降到室温后抽出观察焊丝端部的颜,色来判断管内氩气的纯度。,?,焊丝端部为银白色,说明管内气体为纯氩;金黄色说明管内氩气不太,纯净,但也可以满足焊接需要。焊丝端部为蓝、灰、白等颜色说明管,内氩气纯度不够,需要继续置换。,钨极端部磨制,焊丝端部合格,焊丝端部不合格,?,a,打底过程中温度测量,b,填充过程中温度测量,?,图,3,焊前预热,三,.,焊接过程,?,3.,焊接预热及热处理采用微电脑程序控温柜,预热前检查,设备是否完好,仪表件是否能正常使用,加热片、热电偶、,线路、打印纸、墨水是否完好齐全。焊接过程中,氩弧焊,预热温度,200,,焊接两遍。气保焊预热温度,2
15、00-250,,,达到预热温度后用测温枪检测预热温度。,预热时应在坡口,两侧均匀进行加热,预热范围应为坡口中心两侧各不小于,壁厚的,5,倍,要防止局部过热,加热区以外,100mm,范围予,以保温。,?,3.2,氩弧焊焊接(,GTAW,)打底须进行,2,层,施焊中,应特别注,意接头和收弧的质量,收弧时应将熔池填满,多层多道焊的,接头应错开,如下图;焊口打底效果如图,5.,?,焊接层道示意图,?,封底焊接效果图,3.3,焊工打底完毕后,经检查无裂纹或其他缺陷方可使用焊条,电弧焊焊接,采取对称焊法,如下图。,?,焊工对称焊接,?,3.4,手工电弧焊时采用分道分层焊接,焊肉厚度不得,超过,3mm,,宽
16、度不得超过所使用焊条直径的,3,倍,焊条,直径,3.2mm,且采用回火焊道,焊件达到预热温度后及,时进行焊接。,?,3.5,每道焊缝尽可能一次焊完。当中断焊接时对焊接,接头采取,300,350,、,2h,后热处理措施。恢复焊接时,,检查接头无裂纹后再按焊接工艺要求重新预热、焊接。,?,a,水平口外观成型(中间道为回火焊道),b,横口外观成型,?,焊缝外观成形,?,3.6,焊接时应严格遵守焊接工艺卡规定的工艺参数,焊,缝外形尺寸、焊缝表露缺陷和焊接角变形应符合,DL/T869-2004,规程要求:,?,3.7,对接接头:焊缝余高,3mm,(平焊位置不大于,2mm,),,余高差,2mm,,焊缝表面
17、不允许有深度大于,1mm,的尖锐,凹槽,且不允许低于母材表面;焊缝每侧增宽,2mm,;,角接接头:坡口角焊焊脚为,2mm,,焊脚尺寸差,3mm,?,3.8,焊缝边缘应圆滑过渡到母材,表面不允许有未熔合、,气孔、夹渣等缺陷;焊缝根部不允许有未焊透情况,,内凹,1.5mm,。咬边深度,0.5mm,;焊缝两侧总长度,焊缝全长的,10%,,且,40mm,。焊接角变形,3/200,。,?,3.9,由于,P91,钢焊接时,熔池铁水粘度大,流动性差,,要求焊接规范较小,因而容易出现夹渣、层间未熔合,等焊接缺陷。为避免焊接缺陷产生及保证焊接接头的,综合机械性能,必须采用多层多道、小规范进行焊接,,每层厚度尽量
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