电力-石化工业P91钢焊接材料及工艺技术指南

电力 – 石化工业P91钢　焊接材料及工艺　技术指南　电力－石化工业Ｐ９１钢焊接材料工艺技术指南　英国曼彻特焊接材料公司　目　录　１．　引言　１　２．　Ｐ９１钢及其焊接材料发展背景　２　３．　焊缝金属化学成分　５　４．　Ｐ９１钢焊接材料技术标准　７　５．　焊接工艺　７　６．　曼彻特Ｐ９１钢焊接材料系列　７　７．　焊缝金属及焊接接头机械性能　１５　８．　焊前预热，　层间温度，　后热及焊后热处理　２４　９．　Ｐ９１钢与异种材料的焊接　２６　１０．　Ｃｒ－Ｍｏ类新型耐热材料研究开发的最新进展　２９　１１．　其它参考材料　３０ 附录一　－　产品数据 　附录二　－　焊接工艺规范 英国曼彻特焊接材料公司图1．　采用P91钢建设的电站工程　1. 引言进入二十一世纪，　满足发达国家和发展中国家不断增加的对提高电站效率的要求将是电力工业面对的主要挑战． 在这一方面，　环境保护法规要求降低二氧化碳排放量的压力，　日益增加的对提高电站的可靠性，　建造和维护的生产率的需求将是主要的推动力． 材料开发的新进展，　特别是适用于高温压力结构的新型抗蠕变钢材的开发及应用，　将会在提高现有电站及新建电站的工作效率方面发挥重要的作用． 目前，　改良型9Cr-1Mo钢（即P/T91钢）已成功地大量应用于电站建设中． 可以预见，　在不远的将来，　P91钢的其它变异型材料，　如P92和E911钢等，　也将很有可能占有一定的市场分额．与传统的Cr-Mo耐热钢相比，　P91钢具有极大的优越性． 通过比较在同样的工作条件下（工作温度，　工作压力和设计服役寿命）的管道，　分别采用P91, P22和X20等不同类型的耐热钢所需的最低设计壁厚，　可以非常清楚地看到这一优越性，　如图二所示．P22, t=115mmP91, t=49mmInternal dia=300mmX20, t=77mm图2． 不同Cr-Mo耐热钢管道所需最低设计壁厚对比(工作条件: 温度 = 60°C; 压力 = 300MPa; 设计寿命 = 100,000小时)P91钢的这种优越性既可以用来减低结构的设计壁厚，　降低结构的整体重量． 也可以用来提高结构的设计工作温度，　从而提高系统的热效率． 当然，　所有这些都只能在相应的焊缝金属能够达到母材合金性能的条件下才能实现．　本技术指南详细介绍曼彻特的P91钢焊接材料系列，　这些焊接材料都是专门为焊接P91钢而设计的． 本指南同时还介绍了焊接P91钢的有关技术规范，　焊接工艺，　焊后热处理规范和P91钢焊缝金属和焊接接头的机械性能及其它有关性能．2. P91钢及其焊接材料的发展背景　″超级9铬″合金最早被试验用于电站锅炉始于五十年代, 但是现在的P91钢, 即9%Cr-1%Mo 加一定量的铌, 钒及氮等元素所得到的合金, 实际上是出自美国的一个新材料开发计划. 1974年, 美国能源部设立了一个工作小组, 为其快速中子增值反应堆计划选择材料. 美国橡树岭国家实验室与燃烧工程公司(Combustion Engineering)联合实施了这个新材料开发计划, 以研究开发一种新的9Cr-1Mo钢, 这种新钢种要求综合早期的9Cr和12Cr钢的性能并具有良好的可焊性.材料的蠕变性能, 可焊性, 韧性及商业性生产的可行性等均是对这种新型9Cr-1Mo钢的主要要求. 到1980年, 该开发计划生产并测试了超过一百种成分的试验样品. 最后选定的改良型9Cr-1Mo钢(即P/T91钢)的成分列于表一. P91钢的各种产品类型, 它们的性能及热处理规范列于表二. 常用的产品类型主要有以下几种:T91 – 91合金小直径管材; P91 – 91合金大直径管材: F91 – 91合金锻件表1. 技术标准规定的P91钢母材化学成分 C Mn Si S P Cr Ni Mo Nb V N下限　0.08 0.30 0.20 - - 8.00 - 0.85 0.06 0.18 0.03上限　0.12 0.60 0.50 0.010 0.020 9.50 0.40 1.05 0.10 0.25 0.071980年5月，　第一套改良型9Cr-1Mo钢试验管线被安装于电站锅炉的过热炉部分，　该套管路取代了原来的321类不锈钢管线． 1983年，　P91钢被美国材料试验学会(ASTM)和美国机械工程师学会(ASME)正式接受为锅炉管道用材料，　其材料级别被确定为ASTM/A213-T91，　ASTM和ASME/A/SA-335-P91．　进入80年代中期, 英国电力工业界开始关注P91类材料的开发及应用. 当时的英国国家电力公司(CEGB, 私有化后现分为英国国家电力公司, 即National Power plc, 和英国电能公司, 即PowerGen plc等多家独立的公司)专门设立了P91钢应用计划, 并于1989年成功地在西伯顿(West Burton)热电厂安装了英国第一套P91钢换热器.与材料的应用相同步, P91钢焊接材料的研究开发工作开始于1986年. 曼彻特早在1987年便为电力工业部门提供了第一批焊接材料供测试. 1988年, 曼彻特正式开始P91钢焊接材料的商业化批量生产. 到2000年, 曼彻特P91钢焊接材料的研究开发和生产应用已经历了14年的历程, 形成了完整的P91钢焊接材料系列.在过去的十多年里, 曼彻特已向世界各地的电力工业部门提供了近千吨的P91钢焊接材料. 这些焊接材料被广泛应用于已有电站的升级换代, 维修和新建电站的各种有关结构中. 目前, 曼彻特P91钢焊接材料的研究开发工作仍然在继续进行中, 以不断引入新的产品, 如目前刚刚投入商业化批量生产的全位置焊P91钢药芯焊丝(Supercore F91). 与此同时, 曼彻特也非常重视对P91钢焊接材料, 焊缝金属及接头性能的基础研究工作, 这极大地提高了我们对P91钢焊接技术, 材料及其冶金问题的理解和认识.图三是一个典型的现代化燃煤电站的组成示意图. 图中所示的许多部件和结构都可以采用P91钢材料来制造.图3. 现代化燃煤电站工作流程示意图现代化的联合循环机组(CUU′s)能够以很高的热效率工作. 在这种机组中, P91钢被越来越多地应用于高温和过热蒸汽管道的建设. 联合循环机组的基本原理是由天然气燃烧驱动燃汽轮机发电, 同时利用其排放出的高温气体通过一个余热锅炉产生蒸汽, 再驱动一台蒸汽轮机发电.根据不同的设计, 这种机组可以是单轴的也可是多轴的. 在单轴机组中, 燃气轮机和蒸汽轮机共用一个轴. 在这种机组中, 管道的直径一般在14英寸(壁厚: 28mm)到20英寸(壁厚: 13mm)之间. 图四是一个单轴联合循环机组的简化示意图. 这里请注意, 这种机组的各种管线结构均可采用P91钢来制造.图4. 单轴联合循环机组的简化示意图3. 焊缝金属化学成分P91钢母材的基本成分为: 0.1%C, 9%Cr, 1%Mo加上一定量的铌, 钒及氮等元素. 这样的成分提供了优良的长期高温蠕变强度. P91钢总体的化学成分平衡保证了其全马氏体(或加极少量的铁素体)的显微组织.与P91钢母材相似, 其焊缝金属的显微组织也是全马氏体(或加极少量的铁素体). 图五是P91钢焊缝的典型组织. P91钢焊缝熔敷金属的化学成分设计原则是: 尽可能地接近P91钢的母材成分, 同时保证最佳的机械性能和可焊性. 早期的研究工作发现, 当焊缝金属成分与母材成分完全一致时, 其冲击韧性反而较低, 特别是采用较经济的焊后热处理规范时更是如此, 例如750-760°C保温2-3小时. 因此, 为了充分优化焊缝金属的蠕变性能和冲击韧性, 相对于P91钢母材, 焊缝的合金成分作了如下调整:图5. P91钢焊缝金属典型显微组织铌: 美国早期的研究工作发现: 当铌含量减少到低于母材的含量水平时(母材的规定含铌量为0.06-0.1%), 可有效地提高焊缝金属的韧性. 但是为了不牺牲组织的抗蠕变性能,0.04-0.07%被认为是铌含量的最佳范围. 不过也有一些技术标准允许铌含量可以低到0.02%, 而有些则要求焊缝铌含量必须与母材一致(即不低于0.06%).镍: 镍的加入有利于提高焊缝金属的冲击韧性. 这主要是因为镍能够降低材料的Ac1温度, 从而提高组织对回火的反应程度. 同时镍还能降低δ铁素体形成的敏感性, 而δ铁素体的存在对焊缝金属的性能是有害的.但是, 过高的镍含量(如>1%)则会过分降低焊缝金属的Ac1温度, 使其可能低于焊后热处理的温度, 这将会导致冷却后新的未回火马氏体的生成. 过高的镍含量还会影响材料的抗蠕变性能. 因此, 焊缝的镍含量一般控制在0.4-1.0%之间. 但也有个别的机构要求镍的含量必须低于0.4%, 即与母材的镍含量一致.锰: 一般认为, 适当地比母材高一些的锰可以促进焊缝的脱氧从而确保焊缝金属的质量.但是, 有些机构则限制焊缝金属中Mn+Ni的总含量不超过1.5%, 甚至不超过1.0%,以避免在最高的焊后热处理温度下重新形成奥氏体.硅: 硅是一种重要的脱氧剂, 且在与铬同时存在时还可以提高合金的抗氧化性能. 而适当低的硅含量则有利于提高焊缝金属的韧性. 因此, 根据一些早期的研究结果, 美国的一些技术标准规定焊缝的硅含量需低于0.30%(即低于母材的0.20%至0.50%的范围)钒, 碳, 氮: 这些元素都对韧性有程度较小的影响. 一般情况下, 除了因为不正确的化学成分组成而导致δ铁素体形成的情况以外, 焊缝的钒, 碳, 氮的含量都控制在与P91钢母材相同的水平, 以确保最佳的焊缝金属蠕变性能.4. P91钢焊接材料技术标准表三列举了不同的技术标准中有关P91钢焊接材料的化学成分规定. 表四则列出了对焊缝金属机械性能的有关要求. 就焊缝金属化学成分而言, 欧洲和美国的标准均与母材的成分规范相似. 但锰和硅的含量范围被适当地放宽以满足不同工业制造部门的设计思想. 这在欧洲的EN 标准中表现得尤其突出. 镍含量的规定反映了其对焊缝韧性的有利作用. 因此, 在所有标准中都规定了其最高含量为0.8%甚至1.0%. 而在英国的BS EN标准中还界定了其最低含量不得低于0.4%. 对强化性元素如铌, 钒及氮的最低含量, 则低于母材的最低含量限度. 这主要是考虑到较低的铌, 钒甚至氮的含量将有利于提高焊缝金属的韧性, 同时焊缝的强度也不需要设计得高于母材的强度. 对焊缝金属机械性能的要求, 一般来说与对P91钢母材的要求一致, 例外的情况是允许稍低的拉伸延伸率. 对焊缝金属的冲击韧性, BS EN标准有具体的要求, 而美国焊接学会(AWS)的标准则规定具体的韧性值可由焊接材料的供需双方自行商议决定.对用于机械性能测定的焊接试板的准备, 不同的标准对不同的焊接工艺方法的预热和层间温度有不尽相同的规定. AWS A5.23标准规定TIG焊的预热和层间温度范围为205±55°C, 而对手工电弧焊则规定为260±28°C. 这种规定上的差别主要是考虑到不同的焊接工艺可能产生的焊缝扩散氢含量的不同. 但是这种规定在欧洲的EN标准中则被反过来了, 而且也看不出有任何明确的理由.总的来说, 在实际施工中, 预热和层间温度一般都控制在200-300°C的范围内. 对焊后热处理的要求, 相对于温度和时间的配合也有一些差别. 但一般认为AWS标准的最低保温时间一小时在实际施工中是不足以取得理想的效果的, 这一点在第八节中将要详细讨论到.5. 焊接工艺在P91钢结构的建造中, 具体焊接工艺的选择取决于以下几个因素:• 被焊结构的尺寸和厚度;• 实际施工的环境和条件: 如是工厂内施工还是现场施工;• 拥有的焊接施工设备能力;• 焊接工程师及焊工的技术水平和经验;• 具体能选用的焊接材料的种类和质量;• 对焊缝金属机械性能, 特别是焊缝韧性的要求.表五列举了电站施工中可选择的各种电弧焊接工艺方法. 其中所列举的各种结构均可在图三中找到.6. 曼彻特P91钢焊接材料系列表六列出了曼彻特生产提供的各种P91钢焊接材料. 本节将简要介绍每一种焊接材料的具体特点及其所采用的典型焊接工艺规范. 第七节则将介绍它们的焊缝金属机械性能. 这些焊接材料的详细″产品数据″列在附录一中, 附录二则介绍了各种具体的焊接工艺规范.表5. 电站施工中P91钢结构常用焊接工艺选择结构接头类型可选择的焊接工艺锅炉镶板(小尺寸管道) 现场焊接/修补手工TIG焊, 手工电弧焊;手工或转动TIG焊, 手工电弧焊过热炉/再热炉/节热器(小尺寸管道) 管与管对接隔板及附件现场焊接固定或转动TIG焊手工TIG焊, 手工电弧焊手工TIG焊, 手工电弧焊手工TIG焊, 手工电弧焊转动TIG焊蒸汽管道和集气管对接焊缝管道端部与集气管对接焊缝现场焊接TIG焊, 手工电弧焊, 埋弧焊手工TIG焊, 手工电弧焊自动TIG和MIG焊手工TIG焊, 手工电弧焊转动TIG焊, 药芯焊丝MIG焊压力容器(如蒸汽包等) 对接焊缝TIG焊, 手工电弧焊, 埋弧焊阀门室对接焊缝主要是TIG焊, 手工电弧焊, 有些情况下也可能采用埋弧焊环形管道对接焊缝现场焊接主要是TIG焊, 手工电弧焊, 有些情况下也可能采用埋弧焊TIG焊, 手工电弧焊, 药芯焊丝焊接6.1 手工电弧焊条手工电弧焊不论是在工厂内制造还是现场安装中都是电弧焊方法中最简单和最方便的一种工艺, 因此仍然被广泛用于P91钢结构的制造中. 其典型的应用领域已在第五节中作过介绍.正如前面已经讨论过的, 基本上在所有冷却条件下, P91钢焊缝均将转变成全马氏体组织, 其焊态硬度相当高(~450HV). 这意味着须特别注意防止焊缝氢致裂纹的产生. 在可采用的预防措施中, 焊前预热, 层间温度的控制等方面将在第八节中讨论. 对于手工电弧焊条来说, 药皮含水量及相应的焊缝扩散氢含量的控制是非常重要的. 为确保足够低的药皮含水量, 曼彻特的P91钢手工电弧焊条都采用特殊设计的粘结剂系统制造. 所有焊条都包装在密封的金属听内(如AWS A5.5标准第22条第二款所规定的). 包装内焊条药皮的含水量均低于0.15%. 因此, 根据AWS的定义, 这些焊条可归入H4R类. 如果需要, 所有曼彻特的P91钢焊条还可以现场用小包装供货. 根据焊条直径的不同, 这种小包装的一般重量为1-2公斤, 其焊缝金属扩散氢含量低于5ml/100g.表6. 曼彻特P91钢焊接材料一览产品名称产品类型适用标准Chromet 9MV-N 手工电弧焊条AWS A5.5/ASME SFA 5.5E9015-B9BS EN 1599E CrMo91 BChromet 9-B9 手工电弧焊条AWS A5.5/ASME SFA 5.5E9015-B9Chromet 9MV 手工电弧焊条AWS A5.5/ASME SFA 5.5E9015-B99CrMoV-N TIG焊丝AWS A5.28/ASME SFA 5.28ER90S-B9BS EN 12070W CrMo91埋弧焊丝AWS A5.23EB9BS EN 12070 (S CrMo91)Cormet M91 供MIG焊用的金属芯焊丝AWS A5.28/ASME SFA 5.28ER90C-G(B9)Supercore F91 药芯焊丝AWS A5.29/ASME SFA 5.29E101T1-B9LA491 埋弧焊焊剂BS EN 760 SA FB 2 55 AC9CrMoV-NLA491 埋弧焊丝 + 焊剂配合AWS A5.23 (F62 PZ-EB9-B9)所有曼彻特的P91钢手工焊条都是碱性低氢型的, 并具有特殊的抗潮药皮, 焊缝金属扩散氢含量很低.这些焊条均为直流电源(DC+)或交流(开路电压70伏)型, 但首选工作条件为直流电源. 这些焊条都是全位置焊的, 所有焊条都可用于固定管道接头(如ASME 5G/6G)位置的焊接.以化学成分来分, 曼彻特现有三大类P91钢手工电弧焊条, 它们分别具有不同的化学成分(见表七). 下面简要介绍它们之间的差别和原因.6.1.1 Chromet 9MV这是曼彻特设计生产的第一种P91钢焊条, 除了锰含量外, 其成分非常接近母材的成分(低镍, 高铌).这种焊条是曼彻特与前英国国家电力公司(CEGB)合作研制的, 因此被大量用于英国国家电力公司(National Power plc)和英国电能公司(PowerGen plc)的电站建设项目中.Chromet 9MV焊条满足AWS E9015-B9规范的要求, 同时也满足GEC-阿尔斯通公司规定的化学成分要求(例如: Mn+Ni<1.5%, Nb 0.040-0.080%,见表三)6.1.2 Chromet 9MV-N这是曼彻特的标准P91钢焊条, 符合BS EN标准的E CrMo91 B规范(见表三). 这种焊条的焊缝金属含有0.7%的镍, 可应用于绝大多数P91钢结构的焊接, 并满足有些机构对Mn+Ni总含量须低于1.5%的附加限制(例如GEC-阿尔斯通公司). 这种焊条同时也满足AWS E9015-B9规范的要求.6.1.3 Chromet 9-B9这种焊条是由Chromet 9MV-N变异而来的, 最先主要是供应美国市场. 它满足AWS标准的E9015-B9规范(见表三), 但对锰和镍的含量有附加限制, 因此被执行ASME标准的工程项目所青睐. 在ASME 1X QW-432规范中, 这种焊条的F-号码(即熔敷金属号码)为4; 在QW-442中, 它的A-号码(即合金号码)为5.表7. 曼彻特P91钢手工电弧焊条熔敷金属典型成分产品名称 C Mn Si Cr Ni Mo Nb V N Chromet 9MV 0.1 1 0.3 9 0.1 1 0.08 0.2 0.05 Chromet 9MV-N 0.1 0.8 0.3 9 0.7 1 0.05 0.2 0.05 Chromet 9-B9 0.1 0.5 0.3 9 0.3 1 0.04 0.2 0.05 如表七所示, 为了满足不同国际标准的要求, 这三种焊条有着不尽相同的焊缝金属化学成分, 其详细的成分范围可参考附录一. 如果采用相同的焊后热处理规范, 这些化学成分上的不同将会导致焊缝机械性能方面的微小差别, 其中不同合金元素含量的影响已在前面讨论过了, 焊缝金属的机械性能将在第七节中介绍.6.2 TIG焊丝TIG焊工艺在P91钢的焊接中有着重要的用途, 尤其是在小直径管道的焊接和一般焊缝的打底焊中, TIG焊接都是不可缺少的工艺. 传统的实芯焊丝已被广泛用于P91钢的TIG焊中, 并将继续保持其主导地位. 但对于需要连续焊丝的自动TIG焊工艺, 金属芯焊丝(MCW)将有可能成为实芯焊丝的一种补充替代品, 特别是因为其具有成本低, 而且易调整焊缝合金加入量的优点.6.2.1 9CrMoV-N TIG 焊丝化学成分曼彻特的P91实芯TIG焊丝是9CrMoV-N, 其焊丝和熔敷金属的典型化学成分如下:C Mn Si S P Cr Ni Mo Nb V N O焊丝0.10 0.6 0.3 0.005 0.005 9.0 0.7 1 0.05 0.20 0.04 0.003 熔敷金属0.08 0.6 0.3 0.005 0.005 8.5 0.7 1 0.04 0.18 0.04 0.005 根据有关国际标准的要求, 曼彻特9CrMoV-N TIG焊丝的产品证书上列出的是焊丝的成分, 这就意味着焊缝金属的实际成分将会与此有所不同. 由于TIG焊接本身的特点, 有些合金元素将会有极少量的烧损. 最明显的是碳含量, 在焊缝金属中的碳一般将比焊丝的含量低0.01%至0.02%.9CrMoV-N TIG焊丝的成分是为满足AWS ER90S-B9规范而设计的, 但其硅含量有时会稍高于0.30%的最高限(实际上许多机构都并不十分看重这一限制). 不过这里应注意到, 实际焊缝金属的含硅量一般都会满足最高不超过0.30%的要求. TIG焊丝9CrMoV-N同时也满足BS EN W CrMo91规范对化学成分的要求.6.2.2 工艺因素采用9CrMoV-N焊丝对P91钢进行TIG焊接, 保护气体为纯氩气, 电源为直流正接(DC-). 在许多情况下, TIG焊接都是用来为其它焊接方法进行打底焊的. 在这种情况下, 采用气体背吹是一项重要的工艺措施. 对于单面打底焊道, 应采用氩气进行背吹, 而且如果条件允许, 氩气背吹应至少保持到前三道焊完成. 最常用的手工TIG焊丝的尺寸为∅2.4mm. 曼彻特也可提供其它尺寸的焊丝, 如手工TIG焊用的∅1.6mm焊丝和自动TIG焊用的∅0.9mm焊丝.6.3 MIG焊丝作为一种具有高生产率的工艺, 采用MIG焊焊接P91钢正受到越来越多的重视. 在现有的各种MIG 焊丝中, 金属芯焊丝(MCW)已被证明是目前最具有吸引力的一种. 这主要是因为这种焊丝在合金调整方面的灵活性和其较低的生产制造成本. 曼彻特的Cormet M91金属芯焊丝已被大量应用到P91钢结构的制造中, 其中包括表面覆层和铸件的修补等. Cormet M91金属芯焊丝目前以两种尺寸供应:∅1.2mm和∅1.6mm.实芯MIG焊丝到目前为止还没有被考虑, 这是因为试验结果显示, 现有焊丝的焊接工艺性能还达不到满意的水平.6.3.1 保护气体和Cormet M91焊缝金属成分对MIG焊接工艺来说, 保护气体的选择是十分重要的, 因为其对焊接工艺性能和熔敷金属的化学成分有着重要的影响. 一般情况下, 保护气体中适当高的CO2含量将有利于获得满意的工艺性能. 表八列出了Cormet M91焊丝与不同保护气体配用所得的焊缝金属成分.表8. Cormet M91 MIG焊缝金属化学成分保护气体* C Mn Si S P Cr Ni Mo Nb V N O M12(2) 0.074 1.16 0.40 0.011 0.008 8.4 0.34 1.0 0.04 0.21 0.044 0.041 M12 0.083 1.10 0.38 0.011 0.008 8.7 0.36 1.1 0.04 0.20 0.041 0.051 M24 0.079 0.90 0.25 0.010 0.008 8.7 0.35 1.1 0.03 0.21 0.053 0.100*: M12(2) = Ar - 38%He - 2%CO2; M12 = Ar - 2.5%CO2; M24 = Ar -20%CO2表八中的数据显示, 活性较高的元素, 如硅, 锰和铌的含量很明显地受保护气体成分的影响. 一般的规律是: 这些元素的过渡效率将随气体的氧化性的提高而降低; 而焊缝金属的氧含量则随气体氧化性的提高而增高. 正如第七节中将要讨论到的, 这对焊缝金属的韧性会有很大的影响. 其它元素的过渡则相当稳定, 基本不受保护气体成分的影响.当采用M12型保护气体(Ar-2.5%CO2)时, 可获得最佳的工艺性能和焊缝金属韧性组合. 而使用M12(2)型气体可得到更好一些的韧性但焊接工艺性能会受到一定影响. 采用M24气体的效果则相反: 工艺性能非常好, 但焊缝金属韧性则会有所降低.Cormet M91金属芯焊丝满足AWS对实芯焊丝的成分要求, 唯一的例外是其硅含量(如果使用Ar-20%CO2气体, 则硅含量亦是满足要求的). 加入高一些的硅, 主要是为了优化焊丝的工艺性能, 特别是在使用活性较低的保护气体时. 应该指出的是, Cormet M91的硅含量仍满足BS EN标准对实芯焊丝成分的要求, 也处于P91钢母材的硅含量范围以内.6.3.2 焊接工艺参数Cormet M91焊丝主要是设计用来进行平焊位置焊接的, 如果使用Ar-2.5%CO2混合气体, 气体流量推荐控制在15-20l/min之间, 则其最佳的焊接工艺参数如下(直流电源, DC+):焊丝直径, (mm) 焊丝伸出长度, (mm) 电流, (A) 电压, (V) 送丝速度, (m/min)1.2 10-20 260 28 ~101.6 15-25 330 29 ~7如果使用Ar-20%CO2气体, 其各项焊接参数与上表中的基本相同, 但焊接电压需提高约1伏. 采用以上焊接工艺参数可获得稳定的射流过渡电弧, 适用于平焊位置的对接和T形接头焊缝.6.3.3 药芯焊丝由于药芯焊丝很高的焊接熔敷率, 采用这种焊丝进行P91钢结构的焊接正在受到越来越多的重视. 药芯焊丝的使用可有效地提高工厂内制造和现场安装的生产效率. 除此之外, 药芯焊丝的最大优点是其可进行全位置焊接, 因此特别适用于ASME 5G或6G固定管道接头的焊接. 曼彻特的Supercore F91药芯焊丝正是为此而设计的(如图六所示).目前, 还没有针对P91钢药芯焊丝的正式国际标准, 但依照AWS关于P91钢药芯焊丝技术规范的初稿(正式标准预计将于明年公布), 这种药芯焊丝的技术分类应为E1001T1-B9, 其熔敷金属化学成分与实芯焊丝的成分基本相同, 但硅的含量控制在0.3%左右, 以确保充分的焊缝脱氧和理想的焊接工艺性能. 采用Ar-20%CO2混合气体, Supercore F91药芯焊丝典型的熔敷金属化学成分列于下表:C Mn Si S P Cr Ni Mo Nb V N熔敷金属0.10 0.8 0.3 0.015 0.015 9.0 0.6 1.0 0.04 0.20 0.05Ar-20%CO2混合气体是Supercore F91药芯焊丝的推荐保护气体. 如使用Ar-5%CO2气体, 可获得稍高一些的焊缝冲击韧性, 但焊接工艺性能则会有所下降. 下表列出了采用Ar-20%CO2混合气体时, 使用Supercore F91焊丝的典型焊接工艺参数(直流电源, DC+), 气体流量推荐控制在20-25l/min之间:焊丝伸出长度, (mm) 电流, (A) 电压, (V) 范围10 - 25 140 – 280 24 – 305G/6G固定管道焊接15 150 25全位置全自动主蒸汽管道焊接对于有条件进行自动焊接的接头位置和结构, 作为生产效率最高的焊接工艺, 埋弧焊无疑是最有优势的一种方法. 到目前为止, 只有直径2.4毫米的实芯焊丝已被应用于P91钢结构的焊接. 虽然也进行了采用金属芯焊丝进行埋弧焊的试验, 但目前首选的焊丝还是实芯焊丝, 即9CrMoV-N焊丝.6.4.1 9CrMoV-N埋弧焊丝这种焊丝的化学成分与TIG焊丝的基本一样, 但由于所用焊剂成分的影响, 不可避免地, 熔敷金属的化学成分会有所不同. 推荐与9CrMoV-N埋弧焊丝配用的是曼彻特的LA491焊剂. 9CrMoV-N焊丝与LA491焊剂配用所得的典型焊缝金属的成分如下:C Mn Si S P Cr Ni Mo Nb V N O焊丝0.10 0.6 0.3 0.005 0.005 9.0 0.7 1 0.05 0.20 0.04 0.005 熔敷金属0.08 0.6 0.35 0.005 0.007 8.5 0.7 1 0.04 0.16 0.04 0.05 9CrMoV-N埋弧焊丝的成分满足AWS A5.23 EB9标准和BS EN S CrMo91标准的规定. 但与TIG焊丝相同, 焊丝及焊缝金属含硅量有可能稍高于AWS标准的苛刻限制.在AWS A5.23标准中, 也可标定焊丝和焊剂及其熔敷金属成分. 9CrMoV-N焊丝与LA491焊剂配合所得熔敷金属的成分基本满足AWS A5.23标准的要求, 如前所述, 其硅含量将略高于标准所规定的水平, 其最接近的分类将是F62 FZ-EB90B. 在BS EN标准中, 对埋弧焊焊缝金属还有机械性能要求. 其最低拉伸强度将能满足, 但在有些情况下, 经一般规定的焊后热处理后, 要满足47J最低冲击韧性的要求则可能会有困难. 如果采用稍高的热处理温度或适当长的保温时间, 应可有效地解决这一问题.6.4.2 实际施焊工艺参数及注意事项9CrMoV-N埋弧焊丝一般以直径2.4mm的尺寸供货, 如有需要, 曼彻特也可提供其它尺寸的焊丝, 如直径3.2mm的焊丝. 下表列出了直径2.4mm焊丝采用的典型焊接工艺参数(直流电源, DC+):焊剂焊丝伸出长度, (mm) 电流, (A) 电压, (V) 行走速度, (mm/min)LA491 20 350 - 500 28 - 32 400 - 500LA491为氟化物型烧结焊剂, 其碱度为2.7. 采用LA491焊剂与9CrMoV-N焊丝配合, 可获得优良的脱渣性和焊缝表面成形. 与其它低合金钢埋弧焊接相同, P91钢埋弧焊过程中焊缝扩散氢含量的控制也是很重要的, 这意味着合适的焊剂使用和储存是非常必要的. 在焊接过程中, 如果焊剂被循环使用, 则需定期地加入一定比例的新焊剂以避免实际使用的焊剂颗粒变得越来越细. 已吸潮的或暴露于环境超过10小时以上的焊剂, 则需要在350-400°C下重新烘培至少两小时之后再使用.。