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耐热钢材料P91实芯焊丝的试验应用

2014-06-06   金属加工热加工作者:中石化第十建设有限公司唐元生

  主要产品及常用焊材
  我公司为施工建设单位,主要从事化工石油设备、锅炉、罐塔类、管道及结构等安装工程施工。由于施工性质的限制,常用的焊接方法主要为焊条电弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气保焊、埋弧焊及气电立焊等,所以焊接材料主要为焊条和各类实芯和药芯焊丝。涉及材料也较为广泛,如铬钼耐热钢、低温钢、不锈钢、镍合金、钛合金及铝合金等。目前,由于焊条电弧焊、钨极氩弧焊在野外施工灵活机动、普及率高,故应用最为广泛;而高效率的熔化极气保焊、埋弧焊及气电立焊等由于种种条件限制,应用有限。据不完全统计,焊条应用量占到工程总量的50%以上,熔化极气保焊焊丝占30%以下,其余占20%。
  耐热钢材料P91实芯焊丝熔化极气体保护焊的试验应用
  目前,随着施工焊接技术的发展,熔化极气保焊、埋弧焊等焊接方法逐渐在施工现场应用和普及,如熔化极气保焊在合金管道的应用、埋弧横焊在储罐工程中的应用等。
  马氏体耐热钢材料T/P91具有良好的高温力学性能及耐高压性能,在石油石化蒸馏和裂化设备及精炼厂中,T/P22级和T/P5级钢材的管子和钢板正在被T/P91的管道和板材所替代。但其焊接性能较差,易出现冷裂纹、焊接接头脆化、HAZ区软化等问题,焊接时必须严格按照工艺规程,方可获得满意的焊接接头。所以,目前常用的焊接工艺为氩弧焊丝打底、焊条电弧焊填充、盖面,焊材主要依赖进口。
  P91材料大多为厚壁产品,氩电联焊的低效率工艺难以满足近几年短平快工程工期的需求。我公司针对P91材料特性,近几年加大了P91材料管道熔化极气保焊、埋弧焊等高效率的焊接工艺及材料的研发力度。
  为此,我们跟踪焊材生产厂家,并对P91管道实芯焊丝熔化极气体保护焊进行了大量的试验。通过筛选后,实验人员采用某焊材厂提供的P91MIG实芯焊丝反复进行了几种保护气体配比的焊接试验,如附图所示。
  第一,采用100%Ar气体保护无法实现焊接,电弧漂移严重,几乎没有熔池熔深,熔池铁液和母材不能良好熔合。
  第二,采用95%Ar+5%CO2气体配比,电弧漂移减弱,但熔池熔深较浅,铁液和母材熔合不良,焊工较难操作。
  第三,采用85%Ar+15%CO2气体配比,电弧基本稳定,焊接完成焊缝成形良好,焊缝表面污物较少,焊缝明亮。但熔池熔深较浅,铁液和母材熔合不良,焊工通过手把灵活操作,尚可实现焊接,但自动焊不能实现焊接。
  第四,最终确定采用80%Ar+20%CO2气体配比形式进行焊接。电弧基本稳定,焊接完成焊缝成形良好。熔池熔深适中,铁液和母材熔合良好,焊工手把操作、机动焊焊接都可以。
  焊接过程中重点是焊接层间一定要薄,一般≤3mm,注意两边要停顿,填充饱满,保证熔合良好,避免形成死角,造成未熔合缺陷。由于是气体保护,所以需加强防风措施,避免因为流动风影响保护气形成气孔。
  同时严格控制焊接热输入,钨极氩弧焊≤15kJ,熔化极气体保护焊≤30kJ。填充盖面层间温度控制在210~230℃内。焊接完成后,降温到120℃/1h,后热350℃/1h,进行热处理。
  焊接完成试件接头按照相关标准进行了焊接工艺评定,评定结果,常温弯曲、拉伸、冲击试验数据合格。为了慎重起见,还对接头进行了高温拉伸、高温蠕变等试验,试验数据同样满足规范要求。结合试验数据,形成焊接工艺评定2份。基于P91材料熔化极气体保护焊的成功经验,我们正在进行管道埋弧焊的相关试验,以满足公司下一步进行的P91材料管道焊接需求。


  对未来焊接材料发展的一些想法
  现代炼化工程出现焊接结构、容器设备、管道钢结构的成套大型化;超大、超重、超长、超高、超厚结构的不断涌现,同时需要满足承受高温、高压、耐腐蚀等特性要求;材料应用呈现多元化:即耐热钢、低温钢、不锈钢、双相钢、有色金属等合金材料比例增高及种类的复杂化。
  上述的炼化工程特点,对焊材及工艺提出了更新更高的要求。高效、环保、人性化、野外适应性强的焊接工艺、焊接材料的研发应用迫在眉睫。
  (1)钢结构焊接努力减小或摒弃效率低下、综合成本高的焊条电弧焊,熔化极气体保护焊或熔化极自保护焊是目前取代焊条电弧焊最佳方法,但熔化极气体保护焊野外适应能力差,焊工全位置焊接较难操作,希望通过改善焊接材料性能提高焊工可操作性,熔化极自保护焊焊丝能够实现国产化,降低成本,将大有市场。
  (2)设备管道方面,工厂化预制时,埋弧焊无弧光、污染小、效率高、焊工操作性好,无疑是最佳选择,但现在随着一些特种材料的出现,如耐热钢P91材料、低温钢9%Ni钢材料,目前这方面的埋弧焊焊丝、焊剂研发试验还没有跟上,影响了这些材料的焊接应用。
  (3)随着化工产品深加工的需求,有色金属材料大量应用,如钛合金、铝合金、镍合金等,但焊接方法和焊接材料比较单一,如镍合金熔化极气体保护焊丝还没有实现国产化,铝合金国产焊丝焊接质量不稳定,钛合金局限钨极氩弧焊等,需要进一步对焊接材料研发,以改善焊接质量和提高焊接效率。

关键词:埋弧焊,焊条电弧焊,焊接材料, | 作者 :

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