1. 概述
SA335－P91钢合金含量为wCr=9%，wMo=1%, wV=0.2%, wNb=0.08%, wN=0.05%，属于马氏体耐热钢，金相微观组织为低碳回火马氏体。由于采取了微合金控扎技术等细化晶粒措施，使其成为细晶钢，所以既有助于提高钢材的冲击韧度，也极有利于提高钢材的高温蠕变强度。
SA335－P91为马氏体细晶钢，使得P91钢焊接的主要问题不同于其他低合金耐热钢，焊接接头的薄弱环节不在熔合区，而在焊缝金属，主要表现为焊缝金属韧性下降，焊缝硬度高。
2. 工艺原理
（1）由于SA335－P91钢为细晶钢，如果焊接过程层间温度过高就会增大t8/5，使其晶粒长大，失去钢材原有的强度和韧性，而现场焊接不可能对其正火处理，因此焊接过程中必须严格控制层间温度，防止晶粒长大。
（2）热处理的加热宽度、恒温温度、恒温时间、保温宽度、保温厚度是影响焊缝韧性的主要因素，适当增大加热宽度、保温宽度、保温厚度、延长恒温时间都有助于增加马氏体组织的回火程度，提高焊缝韧性。
3. 焊接工艺
（1）打底焊采用双层氩弧焊，其他层为多层多道焊工艺，选φ3.2mm的焊条，并且单层厚度≤3mm，在焊接过程中要很好地掌握焊接电流和焊接速度的关系，通过提高焊接速度，减少焊道厚度，采用宽摆快速薄层焊的操作手法。
（2）焊接时由技术人员用远红外测温枪测量每层焊缝的层间温度（层间温度为熔池之前10~20mm处的温度，用最高值表示），层间温度严格控制在300℃以下。当远红外测温枪显示温度超过300℃时，立即停止焊接，待温度降到230℃时再继续施焊。
每层焊接完成后，技术人员用游标卡尺测量焊道增厚，最大增厚处≤3mm，严禁在坡口与焊道之间形成角焊缝。
4. 焊接注意事项
根据焊条特性选择焊接电流大小，对于药皮过渡的焊条，采用较小的电流就可熔化焊条，可减小热输入，缺点是药皮中的钨熔点高，容易造成焊缝夹钨。总之，无论采用哪种焊条都必须保证铁液流动性，熔池清晰，特别是坡口根部要保证熔合良好，在此基础上，尽量采用小规范作业。
5. 热处理工艺
焊后热处理采用型号为DKPC－12360－12的热处理机，履带式陶瓷电阻器加热，热电偶绑扎固定。采用K型铠装热电偶，并与其匹配的补偿导线和自动温度记录仪，使用硅酸铝保温棉。
（1）焊前预热及层间温度控制 预热采用电加热，4支热电偶控温，控温点为3点、6点、9点、12点。热电偶端部距焊缝坡口边缘20mm（见图1），预热温度为150℃，达到温度时恒温0.5h再开始打底焊接，以保持温度均衡，改善母材的焊接性。焊条电弧焊时，温度升至230℃，超温报警设置为260℃，层间温度要求200~300℃，由热处理工监控，发现温度偏低立即进行加温，如果偏高，应立即停焊，待恢复至230℃时再继续施焊，在整个施焊过程中采用热处理机跟踪控制层间温度。
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图1 层间温度控制时热电偶距坡口边缘20mm
（2）焊后热处理 第一，热处理时热电偶要保证与焊缝接触良好，热电偶热端一般放在靠坡口边缘的第一道焊缝上，一定要用20＃铁丝捆扎牢固，防止恒温时热膨胀造成热电偶松动，如图
2、图3所示。
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图2 热电偶热端放在第一道焊缝上，保证热端与焊缝接触良好
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图3 焊后热处理四区控温和三区控温热电偶安装示意
第二，加热器安装时，应将焊件表面焊瘤、焊渣、飞溅清理干净，使加热器与焊件表面贴紧。加热器安装完毕后再用20＃铁丝绑扎，防止高温时加热片膨胀（见图4）。
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图4 加热器安装完毕后再用粗铁丝绑扎
第三，增加热处理保温厚度和宽度，保温厚度为100mm，如图5所示。
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图5 增加热处理保温厚度和宽度
第四，对于弯头、三通或位置靠近阀门和缸体的焊缝，除用履带式加热器外，还应当用绳状加热器辅助加热。用绳状加热器缠绕在加热片与工件不能良好接触的位置，如图6所示。
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图 6
第五，P91管道热处理参数如附表所示。合理增加恒温时间、加热宽度等，有利于增加焊缝韧性，但是焊缝硬度的降低不能过分依赖于恒温时间和加热宽度的增大，否则会造成母材软化，而应在控温精确和包口方法上寻找解决办法。
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第六，热处理工艺：焊后温度先降到110℃恒温60min，以便使马氏体充分转变，然后再升温热处理。焊后热处理全部采用“远红外”电加热，热处理工艺如图7所示。
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图 7
6. 热处理过程注意事项
（1）预热时热电偶距坡口边缘20mm，当温度升至预热温度时，恒温30min再开始焊接，焊接时严格控制层间温度。由于热处理机测温一般延迟30℃左右，所以将超温报警设置为260℃，超温时立刻停止焊接，待温度降到230℃时再开始焊接。
（2）测温准确与否是热处理效果好坏最关键的因素，热电偶和温度记录仪使用前必须经过有资质的单位校验，并且对热电偶使用时间进行记录，使用超过200h校验一次。由于层间温度为200~300℃，所以热电偶校验点为200℃、400℃、600℃、800℃。
（3）补偿导线与热电偶连接时极性一定要正确。补偿导线与热电偶的两个接头，以及与热处理机的两个接头应分别处于相同的环境温度，否则容易造成测温不准。补偿导线与热电偶丝连接必须采用接线座连接可靠，不得将两根导线直接拧接在一起，这样线阻将会消耗电势差，容易造成超温。
7. 结语
按以上的焊接及热处理工艺，焊缝硬度符合DL/T438－2009中规定的焊缝硬度控制在180～270HBW。由此得知，P91钢种的焊后热处理工艺及方式至关重要，我们应转变观念，不能单纯只根据规程上所列的管道厚度来考虑恒温时间应根据其所处的位置具体对待，只有这样，才能控制好P91钢种的焊缝硬度，确保该钢种的焊接质量。
来自全国焊接技术服务中心
发表于 2015-7-4 22:22
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