新型耐热钢焊接及新技术.ppt
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1、新型耐热钢焊接接头可靠性及焊接新技术,伯乐蒂森(上海)上海贸易有限公司,新型耐热钢的常见焊接质量问题,焊接缺陷冷裂纹-焊缝微裂纹,低匹配裂纹,低硫钢裂纹热裂纹-火口裂纹,焊道中心裂纹(面状缺陷)再热裂纹-T/P22,T/P23,T/P24,G102热应力裂纹-根部裂纹,焊缝中心裂纹,返修焊裂纹(补焊裂纹)气孔-氩弧打底焊气孔,焊缝气孔焊缝冲击韧度比较低,而且不稳定ASME,EN冲击标准不统一,焊缝易脆化-焊材成分、应变脆化,回火脆化,相变脆化、焊接工艺(预热、层温、线能量、热处理、操作技术)3 异种钢焊接易发生裂纹及早期失效焊材匹配、碳迁移、蠕变强度、蠕变裂纹4 焊接接头蠕变断裂强度大大低于母
2、材比母材低20-40%,40-60%5 高温长期运行寿命降低,易发生早期失效蠕变强度,附加应力,碳迁移,热处理,AC1温度,氧化疲劳,、型蠕变裂纹,型疲劳裂纹,发生早期失效蠕变裂纹的实例,美国P91集葙环缝运行早期失效调查结果:一 共调查14条集葙环焊缝:未发生早期失效的环焊缝有9条,占65。发生集葙环焊缝型开裂早期失效的有5条,占35。二 发生环焊缝型开裂早期失效集葙的分类:过热器集葙有2条环焊缝失效。再热器集葙有3条环焊缝失效。三 发生集葙早期失效的制造公司:B&W公司有3条环焊缝失效。FW公司有2条环焊缝失效。,高温再热管焊接区蠕变损伤案例,有100多个管座角焊缝在P91集箱焊接热影响区
3、发生断裂,运行时间6万小时,P91集箱与P91端盖环焊缝焊接热影响区发生型开裂,运行-3.65万小时冷启动-72次热启动-469次,T23集箱与T23管座角焊缝搭接处易发生微裂纹,P91弯头因热处理不当发生开裂,P91集箱上的T23管座运行后发生焊接热影响区脆断,异种钢焊接接头早期失效实例,异种钢焊接接头早期失效实例,P91P22异种钢低匹配焊接接头的早期失效裂纹,运行2000小时后外表面开裂 1接管裂纹长38mm,4#接管裂纹分别长76mm及114mm,异种钢焊接接头运行早期失效实例,内壁发现焊接 热 影响区裂纹,P91+P22异种钢低匹配焊接接头的 焊缝根部裂纹,异种钢焊接接头运行早期失效
4、实例,集葙上异种耐热钢大管座焊口运行裂纹的返修,异种钢环焊缝运行早期失效实例,焊接接头早期失效的特征、原因及影响,焊缝和焊接接头中出现细晶粒软化区(低硬度区)发生、型蠕变(疲劳)裂纹高温、低应力条件下蠕变断裂强度和塑性显著降低焊接接头蠕变断裂强度比母材降低20-40,40-60电厂高温运行条件下易发生焊口开裂,即早期失效,美国焊接钢管纵焊缝上发生的蠕变裂纹,焊缝中细晶粒软化区(图中黑线区)-型蠕变裂纹,发生在焊缝中的型蠕变裂纹和熔合区中型蠕变裂纹,发生在焊接热影响区的型蠕变裂纹,发生在融合区的型蠕变裂纹,先在晶界或夹杂物产生孔穴,然后连接成裂纹,焊接接头蠕变断裂强度比母材降低40-60%,蠕变
5、-疲劳交互作用使P91接头寿命降低到P22水平,蠕变-疲劳交互作用降低寿命75%以上,单純熱模拟不能正确反映焊接接头真实的蠕变断裂强度,焊缝硬度大大高于母材,AC1-AC3加热区的硬度最低,Hardness profiles of creep samples;welded joint(P911/Thermanit MTS 911),VALLOUREC&MANNESMANN TUBES,850-950温度区间加热后蠕变断裂强度(断裂时间)显著降低,蠕变集中-蠕变脆化-蠕变寿命显著降低,P92焊接接头蠕变断裂强度大大低于母材P92钢中增加W,Co,B含量之后,焊接接头的蠕变断裂强度显著提高,P92
6、钢中添加硼元素可以显著提高细晶粒软化区的蠕变断裂强度,Fracture location of crossweld sample;P911/SMAW Thermanit MTS 911;650C,70 MPa,4295 hrs,Base,metal,HAZ,Weld,metal,HAZ,VALLOUREC&MANNESMANN TUBES,焊接材料和焊接工艺优化,马氏体耐热钢焊接冷裂纹敏感性,马氏体耐热钢焊接的突出特点是焊缝和热影响区会发 生马氏体相变马氏体相变会改变氢的分布马氏体相变会发生体积膨胀,降低焊接应力马氏体相变会发生组织细化,有利于提高焊缝及焊接热影响区的冲击韧度焊接过程的自回火作
7、用有利于恢复马氏体组织韧性所以,马氏体钢焊接冷裂纹顷向比较低,可以显著降低焊接预热温度,低匹配焊条焊接F11或T91钢产生的焊接热影响区冷裂纹,R407焊条打底焊HAZ裂纹,R407焊条焊接管座HAZ裂纹,R407焊条焊接角焊缝HAZ裂纹,R317焊条焊接管座HAZ裂纹,图 6 高匹配焊缝对焊接接头氢分布的影响,图3 低匹配焊缝产生高氢带,相变氢致裂纹原理,HAZ,相变低应力(压应力)焊接原理,采用高强匹配焊接材料可以降低焊接应力、提高疲劳强度,降低焊接冷裂纹敏感性,硫含量对氢的影响,回火参数(P)对高铬马氏体耐热钢硬度的影响,如何提高焊缝冲击韧度,优化焊接材料化学成分-C,Mn,Ni,Nb,
8、N焊芯过渡的高碱度焊条高碱度焊剂降低焊接输入热量降低焊接预热温度降低层间温度多层多道焊薄层焊,宽摆焊提高焊后热处理温度和保温时间焊缝必须完全转变马氏体组织之后才能进行热处理,H_011123,Heat control during welding and PWHT-condition for P 911 and P 92,Influence of the PWHT-condition to the toughness of the all weld metal for P92,VALLOUREC&MANNESMANN TUBES,1,2,3,4,5,6,7,Holding time h,0,1
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