T91P91钢的焊接性及其焊接工艺

都宏海

[摘 要]T91钢可焊性差，空淬倾向大，快速冷却容易产生冷裂纹，冷却速度过慢会使综合机械性能下降。因此，该钢的焊接工艺和过程控制非常重要。其焊接工艺为预热温度小于450℃，在冬季，预热温度200-250℃的效果良好；层间温度为250-350℃；热处理为经1050℃正火与740-760℃回火，1h的回火恒温时间；升、降温度速度小于150℃/h。为保证焊缝的质量，施工中进行了严格的过程控制。这包括焊前做准备工作；制作可靠的焊接和充氩方案；制定并遵守适当的作业程序、方法和内容等。施工中由于焊接工艺得当，过程严格控制，使T91钢小径管焊缝获得良好的焊接组织及优良的机械性能。

[关键词]T91钢；焊接工艺；过程控制

中图分类号：G118 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）30-0074-01

正文：

一、T91钢的成分及焊接要点

1.1 钢的化学成分及性能

T91钢是单相铁素体的马氏体钢，它具有良好的蠕变性能，热强性、抗氧化性较好，能用于工作温度为500-630℃的设备。但是它可焊性差，空淬倾向大，焊后空冷到370℃时，焊缝金属的奥氏体开始转变为马氏体，快速冷却很容易产生冷裂纹。如果冷却速度过慢，在370℃之前，部分奥氏体已转变成非马氏体组织，致使综合机械性能下降。

1.2 焊接时存在的问题

T91钢焊接时，主要有以下问题：焊缝冲击值，特别是手工焊焊缝冲击值偏低；焊缝热影响区细晶区软化；如不采取特殊保护措施，焊接时焊口根部和焊接区域易氧化；热传导性低于低合金钢；预热不足和未进行焊后热处理时，焊缝易产生裂纹；未经热处理冷却后，材质极为坚硬；易产生氢致裂纹，在焊后热处理前，裂纹易扩展，部件容易断裂；焊接熔池粘度很大，流动性差，焊接时必须防止粘合、夹丝、未熔合等缺陷的产生；地线与管子接触不良容易打伤管壁，地线应采用螺丝紧固装置和钳式夹持装置。

二、T91钢焊接工艺

2.1 预热温度的选择

T91钢的预热温度不超过450℃.预热温度越高，焊接接头的冷却速度越慢，当它超过450℃时，可能在焊接接头中引起晶界碳化物析出和形成铁素体组织，大大降低焊接接头的冲击韧性。如果焊缝含碳量偏低时，更易出现上述情况。这种铁素体加碳化物的组织，只用高温回火是不能改善的，必须进行调质处理才能消除。另外T91钢含铬量高达9%，在475℃有明显的脆性，如预热温度超过450℃，则焊接接头在475℃附近冷却很慢，易引起475℃脆性。

2.2 层间温度的选择

焊接层间温度对该钢焊接接头的冲击韧性有较大的影响，层间温度过高，会导致产生大量的球状碳化物，将严重损害接头的冲击韧性。冷却过程会发生奥氏体向马氏体的转变。在温度为1200℃的区间内，加热过程进行不完全，碳化物粗大化较严重。因此焊接工艺选择了250-350℃的层间温度。

2.3 后热处理温度的选择

焊缝冷却到120℃以下，如不能及时进行热处理，应立即升温到350℃，恒温1h。

2.4 回火温度的选择

T91钢管必须经正火加回火热处理，正火温度1040℃以上，回火730℃以上。在实际使用中，还须寻找最佳的温度范围，使钢管性能达到最佳状态。T91钢焊后回火温度为720-780℃，温度偏低时回火效果不明显，焊缝金属易时效而脆化，回火温度过高，焊接接头可能再次奥氏体化，并在随后的冷却过程中重新淬硬。同时，回火温度越高，焊接热产生的软化层趋于更严重。当在720-750℃回火时，焊缝硬度有所降低，但应具有较高的水平，回火温度提高到750-780℃，则硬度进一步降低，冲击韧性得到了改善。在施工时选择740-760℃的回火温度，因为在这个温度下回火，焊缝不但有足够的强度，而且韧性也比较好。

2.5 回火恒温时间的选择

T91钢焊后组织稳板条状马氏体加少量块状铁素体及弥散分布的碳化物，板条状马氏体组织比较稳定，回火时须用较长的时间，才能保证使其组织充分分解，实际采用1h回火时间。

2.6 升降温度的选择

升、降温速度应小于或者等于150℃/h。冷却速度太快，马氏体转变不完全，造成碳化物分布不均匀。冷却速度太慢，容易形成粗大的碳化物，促使解理断裂裂纹的扩展，有可能成为解理断裂裂纹的形核点。

三、T91钢焊接过程的控制

对于T91钢的焊接，在遵守工艺评定的基础上，施工中进行了严格的过程控制，以保证T91钢小管焊缝的焊接质量。

3.1 作业前须具备的条件

（1）母材的准备。对坡口处表面进行检查，如发现裂纹应立即处理。

（2）焊接材料准备。焊丝选用TGS-9CB焊丝，规格为2.4mm。氩气、氩弧焊丝（20MVW-1G）必须具备出厂合格证书，氩气纯度不低于99.99%。

（3）施工技术资料的准备。

（4）施工现场的准备。动力电源，照明，ZX7-400ST逆变焊机。

（5）充氩的准备。T91钢小径管的焊接施工中，根层焊接需要充氩保护。

3.2 作業程序、方法和内容

（1）作业程序与方法。坡口加工及检查（机械加工）→预置充氩区→坡口装配及检查→预热到200-250℃→充氩保护→点焊固定→打底层焊接→盖面层焊接→焊工自检→无损探伤→质量验收评定→移交。

（2）作业内容。

a.坡口加工及检查。坡口制备用机械加工的方法，不允许火焰切割。

b.预置充氩区。用可溶纸将管内部隔离出密闭区。

c.坡口装配及检查。焊前应将坡口表面及附近母材清理至发出金属光泽，坡口间隙应修整到规范尺寸。

d.用远红外将焊件预热到200-250℃.

e.充氩。充氩一秒后可进行焊接。

f.点焊固定。进行根层点固焊接，点焊焊缝长15-20mm，厚3mm。

g.打底层焊接。点焊自检合格后进行打底层焊接，打底层焊接采用氩弧焊方法，充氩位置和焊接位置应协调。

h.盖面焊接。认真清除层间焊道熔渣，检查焊接质量，如发现缺陷应及时处理，合格后，在进行下一步焊接，施焊过程中应注意焊接接头和收弧的质量，收弧时应将弧坑填满。

i.焊工自检。焊工自检应贯穿与整个焊接过程。自检时，发现缺陷应及时修理或补焊，补焊须在热处理前完成。

j.焊后热处理。要求焊口焊后冷却到5-120℃，并进行高温回火，采用电加热。高温回火的温度为760℃，时间60min。

结束语

T91钢小径管焊接施工中，通过制定正确的焊接工艺，并经试验，用严格的管理、严格的质量保证措施，保证了T91钢小径管焊口获得良好的机械性能。通过严格执行焊接工艺规范，进行过程控制，执行热处理工艺，使综合机械性能能达到优秀的指标。