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浅谈T91钢的焊接工艺作者：都宏海来源：《中国科技博览》2018年第30期[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。
T9l／P9l钢焊接工艺导则关于颁发《T9l／P91钢焊接工艺导则》的通知电源质[2002]100号各省(市、区)电力公司：近几年来引进机组主蒸汽管道及再热热段管道普遍采用了P91钢，国内300MW及以上机组也普遍开始采用了这种钢材。
为了指导施工，保证火力发电设备安装、检修的焊接工程质量，我部以国家电力公司原火电建设部颁发的T91／P91钢焊接工艺暂行规定为版本，结合近年来的实践经验进行了修订，定名为《T91／P91钢焊接工艺导则》。
现予以颁发，请各单位遵照执行。
附件：T91／P91钢焊接工艺导则国家电力公司电源建设部二OO二年十月三十日1、制订依据本导则是根据电力工业焊接有关规程、规范、技术条件和相关资料，以国家电力公司火电建设部制订的“T91／P91钢管焊接工艺暂行规定”为版本，结合近年来积累的实践经验进行修订。
2、适用范围2．1 本导则适用于火力发电设备，以T91／P91钢管及与其它钢种相连接的各类焊接接头的制作、安装、检修工程的焊接工作。
2．2 适用于手工钨极氩弧焊和焊条电弧焊的焊接方法。
3．总则3．1 T91／P91钢的焊接工艺评定，应遵守SD340—89《火力发电厂焊接工艺评定规程》的规定，并以工艺评定为基础确定焊接工艺，编制作业批导书。
3．2 焊接T91／P91钢焊工技术能力的验证，应按DL／T679—1999《焊工技术考核规程》的规定考核，取得合格证书后，方可参加焊接工作。
3．3 焊接接头质量检验应遵照DL／T820—2002和DL／T821—2002两本检验规程的规定进行，其质量标准应符合DL5007—92规定。
3．4 对国外引进设备的T91／P91钢焊接工作，应按合同规定进行，如无规定时，其焊接工艺评定、焊工技术考核、焊接工程的技术规定和焊接质量检验等均应执行电力工业焊接相关规程和本导则规定。
3．5 焊接T91／P91钢的场所其环境温度和条件以及防护设施应符合DL5007—92的规定。
T91焊接工艺1 T91/P91钢的焊接性能分析1.1 T91/P91钢的组织为马氏体，供货状态一般为正火+回火，属于高合金钢，焊接性较差，易出现冷裂纹、焊接接头脆化、HAZ区软化等问题，必须严格按照工艺规程，方可获得满意的焊接接头。
1.2 应该严格控制焊接和热处理温度，采用较小的参数焊接是应该注意的重点。
1.3 热处理理想保温时间适当延长，有利于焊接接头常温冲击韧度的提高。
2 钢材和焊材该种钢材及其焊材部分国家牌号对照，见表1、表2。
3.1焊接设备选用带衰减的逆变式直流弧焊机3.2焊丝去除表面的油、垢及锈等污物，露出金属光泽焊条进过350℃烘熔1.5-2h,置于80-100℃保温筒内，随用随取。
3.3坡口制备关键注意两点氢弧焊填充时预热温度取160-180℃，温度过高不利于焊工操作，易产生缺陷，还会加重根部氧化。
电弧填充时，道间温度控制在280-320℃之间，因为第一，从工艺上讲，为防止产生热裂纹和减少区的粗晶脆化，需选择小参数，以减少高温停留时间，但采用小参数，焊缝冷却速度快，容易产生淬硬组织而导致冷裂纹、这是个矛盾。
T91/P91钢的MS点转变温度大约在380℃左右，预热温度选在280-320℃，即MS点温度附近，既能保证高温停留时间短，又能使马氏体转变时冷速缓慢，并形成自回火马氏体，解决了既要采用小参数，又不能让焊接冷速太快的矛盾。
第二，从手工操作上讲，该种钢的焊条在300℃左右的预热温度下，有最佳操作性能，熔滴过渡及铁水流动性和飞溅都明显改变。
4. TIG打底焊4.1 为防止T91/P91钢焊缝根部氧化，焊前在管内冲氩保护。
冲氩保护范围以坡口轴向中心为基础，各侧各250-300mm处贴上两层可溶纸（可用报纸代替）。
用浆糊粘住，做成密封气室。
利用细钢管把头敲扁插入焊缝内（有探伤孔控的管道可从探伤孔充氩），大管流量为20-30L/min，小管流量一般为10-15L/min，冲氩时，当感觉氩气从焊缝间隙轻微返出时（也可用打火机是否熄灭来判断）。
T91、P91焊接工艺卡
预
热
焊前必须预热至250—300℃。
焊接
氩
弧
焊
焊接电源直流正接
焊丝CM-9ST（日）、C9MV-1G（德）、TIG-R71
手工
电弧
焊
焊条焊接电源烘干CM-9Cb（日）、
E1-9Mo-15(R707)
直流反接350℃左右烘干1小时焊条直径(mm) 2.0 2.5 3.2 4.0 5.0
焊接电流（A）75~100 100~130 135~180
焊后热处理温度730——780℃
壁厚≤12.5 12.5—25 25—37.5 37.5—50 50—75 75—100 恒温
时间
0.5h 1h 1.5h 2h 3h 4h
T91、P91在焊后热处理前，必须将焊接接头自然冷却至100-150℃以下，(在壁厚较大、有角焊缝存在及几何尺寸不好的情况下，冷却温度不要低于100℃)，再进行热处理。
备注1、焊前必须严格清理焊件及其坡口表面的铁锈、油污、水等。
2、采用氩弧焊打底时，预热温度可按下限温度降低50℃。
3、施焊过程中，层间温度应不低于预热温度下限。
4、根部对口间隙一般为1.5--2.5mm之间。
5、热处理过程的升、降温速度规定如下：≤250×（25/δ）℃/h，且≤300℃/h降温过程中，温度在300℃以下可不控制
6、管子焊接过程中要进行充氩气保护。
T91／P91钢焊接工艺T91／P91钢焊接工艺导则关于颁发《T9l／P91钢焊接工艺导则》的通知电源质[2002]100号各省(市、区)电力公司：近几年来引进机组主蒸汽管道及再热热段管道普遍采用了P91钢，国内300MW及以上机组也普遍开始采用了这种钢材。
为了指导施工，保证火力发电设备安装、检修的焊接工程质量，我部以国家电力公司原火电建设部颁发的T91／P91钢焊接工艺暂行规定为版本，结合近年来的实践经验进行了修订，定名为《T91／P91钢焊接工艺导则》。
现予以颁发，请各单位遵照执行。
附件：T91／P91钢焊接工艺导则国家电力公司电源建设部二○○二年十月三十日1.制订依据本导则是根据电力工业焊接有关规程、规范、技术条件和相关资料，以国家电力公司火电建设部制订的“T91／P91钢管焊接工艺暂行规定”为版本，结合近年来积累的实践经验进行修订。
2.适用范围2.1 本导则适用于火力发电设备，以T91／P91钢管及与其它钢种相连接的各类焊接接头的制作、安装、检修工程的焊接工作。
2.2 适用于手工钨极氩弧焊和焊条电弧焊的焊接方法。
3.总则3.1 T91／P91钢的焊接工艺评定，应遵守SD340—89《火力发电厂焊接工艺评定规程》的规定，并以工艺评定为基础确定焊接工艺，编制作业指导书。
3.2 焊接T91／P91钢焊工技术能力的验证，应按DL／T679—1999《焊工技术考核规程》的规定考核，取得合格证书后，方可参加焊接工作。
3.3 焊接接头质量检验应遵照DL／T820-2002和DL／T821—2002两本检验规程的规定进行，其质量标准应符合DL5007—92规定。
3.4 对国外引进设备的T91／P91钢焊接工作，应按合同规定进行，如无规定时，其焊接工艺评定、焊工技术考核、焊接工程的技术规定和焊接质量检验等均应执行电力工业焊接相关规程和本导则规定。
3.5 焊接T91／P91钢的场所其环境温度和条件以及防护设施应符合DL5007—92的规定。
T91/P91钢的焊接性及其焊接工艺介绍了T9l/P91钢的研发过程，分析了该钢焊接性主要问题，探讨了该钢焊接工艺要点及其应用。
结果表明，T9l/P91新型钢种以其一系列优良的使用性能，在高参数火力发电机组高温管道上获得了广泛的应用。
该钢焊接性的主要问题是冷裂纹敏感性较强，以及一定的热裂纹倾向，同时也不可忽视接头性能的弱化(焊缝区韧性恶化和热影响区的软化)；合理的焊接工艺是控制和改善该钢焊接性的重要技术手段。
焊接方法和焊接材料确定以后，获得优质接头的关键工艺措施是：焊前预热、控制层温，以及“及时有效”的焊后热处理等工艺。
不同的接头组合类型(同种钢或异种钢)，不同规格尺寸的T91/P91钢管焊接，其匹配的焊接工艺各具特色；采用专用药芯焊丝填充TIG打底新工艺，将该钢种的焊接工艺推向一个新的发展阶段。
一、概述T91/P91钢以其良好的高温持久强度、热稳定性和高温抗蠕变能力等综合性能，在电站锅炉的过热器、再热器及主蒸汽管道上获得越来越广的应用。
虽然说T91/P91钢在我国使用和研究已有十多年的历史，一些单位在掌握该钢焊接工艺方面积累了一些经验，并且由国家电力公司电源建设部下发了《T91/P9l 钢焊接工艺导则》指导性文件，但在施工现场施焊时，该钢的焊接质量问题仍时有发生。
这表明，一方面是对该钢焊接性的理解不够深人；另一方面对配套焊接工艺关键技术的控制尚不到位。
换言之，对引进钢种及其焊接工艺的消化、吸收以及国产化工作仍须继续进行。
关于T91/P91钢焊接的研究文献逐年增多，电厂机组成功应用的范例无一不与其采用的焊接工艺密切相关。
由于接头的组合类型、管子的规格尺寸(直径和壁厚)不同，焊接所匹配的工艺各异，因而继续开展T9l/P91钢焊接性及其配套工艺的研究，对探寻工艺控制接头性能机理，以及创新工艺核心技术很有必要。
为此，本文特意将典型焊接工艺与该钢焊接性问题相联系，综合评述该钢焊接工艺的特点及其应用。
该项工作对推动T91/P91钢焊接工艺的进一步完善，提高锅炉使用寿命，具有积极的意义和参考价值。
T91焊接工艺
令狐采学
1 T91/P91钢的焊接性能分析
1.1 T91/P91钢的组织为马氏体，供货状态一般为正火+回火，属于高合金钢，焊接性较差，易出现冷裂纹、焊接接头脆化、HAZ区软化等问题，必须严格按照工艺规程，方可获得满意的焊接接头。
1.2 应该严格控制焊接和热处理温度，采用较小的参数焊接是应该注意的重点。
1.3 热处理理想保温时间适当延长，有利于焊接接头常温冲击韧度的提高。
2 钢材和焊材
该种钢材及其焊材部分国家牌号对照，见表1、表2。
表1 部分国家的钢材牌号的对照
表2 部分国家焊材牌号的对照
3 焊前准备
3.1 焊接设备选用带衰减的逆变式直流弧焊机
3.2 焊丝去除表面的油、垢及锈等污物，露出金属光泽焊条进过350℃烘熔1.52h,置于80100℃保温筒内，随用随取。
3.3 坡口制备关键注意两点
氢弧焊填充时预热温度取160180℃，温度过高不利于焊工操作，易产生缺陷，还会加重根部氧化。
电弧填充时，道间温度控制在280320℃之间，因为第一，从工艺上讲，为防止产生热裂纹和减少区的粗晶脆化，需选择小参数，以减少高温停留时间，但采用小参数，焊缝冷却速度快，容易产生淬硬组织而导致冷裂纹、这是个矛盾。
T91/P91钢的MS点转变温度大约在380℃左右，预热温度选在280320℃，即MS点温度附近，既能保证高温停留时间短，又能使马氏体转变时冷速缓慢，并形成自回火马氏体，解决了既要采用小参数，又不能让焊接冷速太快的矛盾。
第二，从手工操作上讲，该种钢的焊条在300℃左右的预热温度下，有最佳操作性能，熔滴过渡及铁水流动性和飞溅都明显改变。
4. TIG打底焊
为防止T91/P91钢焊缝根部氧化，焊前在管内冲氩保护。
冲氩保护范围以坡口轴向中心为基础，各侧各250300mm处贴上两层可溶纸（可用报纸代替）。
用浆糊粘住，做成密封气室。
利用细钢管把头敲扁插入焊缝内（有探伤孔控的管道可从探伤孔充氩），大管流量为2030L/min，小管流量一般为1015L/min，冲氩时，当感觉氩气从焊缝间隙轻微返出时（也可用打火机是否熄灭来判断）。
用石棉条将焊口间隙堵住，此
时将氩气流量减少1/3，流量过大会产生内凹的缺陷，焊一段石棉条拨开一段。
采用两层TIG打底，通过减少热输入，可有效地降低根部焊缝氧化程度，保证打底质量。
操作上应该特别注意収弧质量，收弧时先将焊接电流衰减下来，填满弧坑后移向坡口边沿收弧，以防产生弧坑裂纹。
TIG工艺参数见表3
表3 T91/P91 钢TIG焊接工艺参数
4.5.1 SMAW焊应注意道间温度的控制，采用小参数、多层多道焊。
其工艺参数见表4。
表4 T91/P91 钢SMAW焊接工艺参数
4.5.2注意焊条的摆动，焊层厚度以等于焊条直径为宜，焊道速度以焊条直径的3倍为宜。
严格控制焊接热输入，中间填充宜采用Φ3.2mm的焊条，最后两层使用Φ4.0mm的焊条。
因为焊接热输入对焊缝冲击韧度有很大的影响，切忌使用大参数。
每根焊条收弧都用衰减电流，待熔地填满后再收弧，以防产生弧坑裂纹。
4.5.3 用角磨机或钢丝刷彻底清理道间焊渣及飞溅，特别是焊缝接头处和坡口边缘处。
清理时不可用榔头、錾子过重敲击焊缝。
5 焊接及焊后热处理
5.1 图2为焊接过程中温度曲线示意图
图2 焊接过程中温度曲线示意图
热处理升温速度当δ＜25mm时为220℃/h1 δ≥25mm时为150℃/h。
降温速度当δ＜25mm时为150℃/h1 δ≥25mm时为100℃/h.
5.2 恒温时间（见表5）
表5 恒温时间
5.21焊接完毕需在100120℃的温度下恒温1h,将残余奥氏体(A)全部转变为马氏体(M)后，才能进行升温热处理。
5.22 恒温时间按壁厚的不同在各范围内取值，壁薄的取下限，壁厚的取上限。
5.23 上述恒温时间比一般资料的参数稍长，实验证明，恒温时间的适当延长，有利于冲击韧度的明显提高，通过延长恒温时间可解决T91/P91锅炉焊接接头常温冲击韧度低的问题。
5.3 回火温度
热处理为高温回火，最佳回火温度为760土10℃
6 结论
该工艺参数用于热电厂主蒸汽管道、过热器和过负荷导管道的焊接，各项技术指标符合要求。
