Failure analysis of T91/Incone1601 dissimilar metal welded joint under long-time and high-temperature service

对长时高温服役状态下发生开裂的T91/Inconel601异种钢焊接接头进行了组织结构表征和失效原因分析。结果表明,焊接接头的开裂性质为蠕变损伤造成的脆性开裂。焊接接头较高应力水平是构成开裂的力学因素,而熔合线靠近T91钢一侧碳化物富集带的产生是开裂的冶金因素。碳活度差异驱动的碳元素迁移和镍基焊缝中较低的碳原子扩散速度的综合作用造成熔合线附近T91钢侧碳化物富集析出。     

经长时运行的T91与G102异种钢焊接接头组织与性能分析

对运行了78000h的T91与G102(12Cr2MoWVTiB)异种钢焊接接头进行了组织和性能分析.结果表明,T91母材的显微组织未发生明显变化,G102母材的显微组织发生了回复和再结晶;焊接接头的向火侧抗拉强度及高温短时力学性能均低于母材标准要求值;G102侧及T91侧熔合线冲击值较低;该异种钢焊接接头(低匹配)的薄弱环节在G102及T91侧熔合线以及G102侧热影响区正火区处.     

20g钢埋弧焊接头冷弯开裂原因的研究

本文通过对20g 钢埋弧焊接头冷弯开裂试件的扫描电镜断口、弯前接头金相分析以及20g 钢热裂纹和热塑性试验等认为,20g 钢埋弧焊接头冷弯开裂原因主要是焊后在接头熔合区产生结晶裂纹和液化裂纹,试件冷弯时,熔合区裂纹扩展造成接头冷弯开裂。     

不同组配P91钢焊接接头断裂性能的试验研究

采用JR阻力曲线试验方法，研究了强度组配对P91钢焊接接头不同区域断裂性能的影响规律，并分析了不同组配P91钢焊接接头的硬度分布。结果表明，焊接热循环对其热影响区的性能没有明显的影响；低组配焊接接头焊缝区的断裂阻力要高于高组配焊接接头焊缝区的断裂阻力，即强度低组配有利于提高P91钢焊缝的抗断性能；对于熔合线区域，试验结果体现出类似的规律，即随组配比的降低，熔合线区域的抗断性能升高；而无论何种强度组配的P91钢焊接接头。其焊缝金属的抗断性能均优于熔合线区域。     

T91/12CrMoV钢管TIG焊接接头力学性能与显微组织

采用TGS-9Cb和TIG-R31两种焊丝TIG焊接T91/12CrMoV钢,通过试验对比,分析了两种焊丝焊接T91/12CrMoV钢接头的力学性能和显微组织。结果表明:两种焊丝T91/12CrMoV钢焊接接头的抗拉强度和抗弯强度均符合规范要求;TGS-9Cb焊丝的T91/12CrMoV钢焊接接头存在碳化物的聚集,有脆性相,TIG-R31焊丝的效果更佳。     

T91钢管TIG焊接接头力学性能与显微组织分析

T91钢管多采用TIG焊,焊接接头高温力学性能对T91钢的应用起至关重要的作用。采用不同的高温试验工艺对T91钢管的TIG焊接头进行处理,分析TIG焊接头在力学性能和显微组织上的差异。试验结果表明:高温试验前后,T91钢管TIG焊接接头的力学性能变化不大,马氏体组织增大,晶间析出了碳化物。碳化物在T91钢管TIG焊接接头保持高温力学性能稳定性中起决定性作用。     

T91与SUS304异种钢接头热稳定性研究

实验研究了电站锅炉用T91与SUS304异种钢焊接接头高温使用过程中的热稳定性.采用镍基焊丝钨极氩弧焊单面多道焊,焊后在780℃炉中加热时效处理.分析了不同时效处理后的接头金相组织、显微硬度测定、冲击韧性实验,并比较了相同时效处理后的T91同种钢接头.结果表明:两类接头的组织与性能都具有良好的热稳定性,可以安全使用1×105 h以上.经长期高温使用之后,T91/SUS304异种钢接头T91钢侧熔合线附近存在一定程度的碳迁移现象,但对接头的力学性能影响不大.     

T91/TP347HFG异种钢焊接接头裂纹原因分析

火电厂高温过热器用T91+TP347HFG异种钢焊接接头运行时,发生开裂泄露。分别从未开裂和开裂部分的焊接接头处取样,采用金相显微镜、扫描电镜、显微硬度计等对焊接接头试样进行检测和对比研究,分析其开裂原因。结果表明:焊接和焊后热处理工艺不当导致T91侧热影响区位置在整个焊接接头区域脆性较大,并有淬硬倾向比较大的组织出现;同时由于焊接规范参数较大而导致焊接热影响区较宽,在一定应力下的作用导致裂纹从此处萌生和扩展,最终导致该异种钢焊接接头开裂失效。     

焊接线能量对T91钢焊缝组织及硬度的影响

采用不同的焊接线能量对T91钢进行焊接,并对回火后的焊接接头分别采用三氯化铁盐酸水溶液和硝酸酒精溶液浸蚀,微观组织观察表明,不同焊接线能量下经三氯化铁盐酸水溶液浸蚀后焊接接头均为板条马氏体组织,而经硝酸酒精浸蚀后焊接接头均为索氏体组织,晶界清晰,大线能量焊接会引起焊缝及热影响区晶粒边界碳化物聚集.硬度测试结果表明,大线能量焊接热处理后焊接接头的硬度高于小线能量焊接的焊接接头硬度.     

热处理对T91钢管TIG焊接头组织与性能的影响

对T91钢TIG接头的热处理要求很严格,采用不同的热处理工艺对T91钢管的TIG焊接头进行热处理,分析了不同热处理工艺下TIG焊接头在力学性能和显微组织上的差异。结果表明:碳化物的扩散决定了T91钢管TIG接头力学性能和显微组织。温度对晶粒的大小和马氏体中碳化物扩散的影响远大于保温时间。     

LF2铝合金与Q235钢加入中间Cu层电子束焊接接头组织及形成机理

对2 mm厚的LF2铝合金和Q235钢平板试件进行了加入中间过渡层金属Cu的电子束对接焊接试验,利用光学金相、扫描电镜及能谱分析等方法研究了接头各区域的组织结构和成分分布.结果表明,接头可分为三个焊缝组织区域,其中靠近钢侧的焊缝区主要为Fe基固溶体,并含有少量金属间化合物;靠近铝侧的焊缝区为含有Fe-Al系及Al-Cu系金属间化合物的Al基固溶体;焊缝中部区为呈层带状分布的多种Fe-Al以及Al-Cu脆性金属间化合物混合区.分析认为虽然引入了铜过渡层,但在焊缝中依然有较多金属间化合物生成,特别是焊缝中部区域上,呈连续层带状分布的多种脆性金属间化合物的产生是影响接头强度的主要因素.在对接头组织结构分析的基础上,建立了描述LF2/Q235异种金属电子束对接接头形成过程的物理模型.     

超超临界锅炉T23钢水冷壁管开裂分析

以超超临界锅炉SA213?T23钢水冷壁失效管为试验对象，通过宏观检查、化学成分分析、金相检验和硬度试验，分析失效原因。结果表明:该水冷壁管化学成分正常，材质性能未发生明显劣化；水冷壁失效原因为鳍片焊缝开裂，该裂纹为沿晶界扩展的再热裂纹，起源于焊缝熔合线附近的热影响区粗晶区域，先沿热影响区横向扩展，然后扩展至母材区域，最终导致管壁泄漏失效；热影响区粗晶区域显微组织为粗大的马氏体和贝氏体组织，硬度明显偏高于焊缝熔合线另一侧的焊缝区域，脆性增大。两者在显微组织和硬度上的明显差别，使焊缝熔合线附近的热影响区粗晶区域容易产生应力集中，在高温运行中发生晶间开裂。     

Wasserstoffinduzierte Spannungsrißkorrosion an der Schmelzgrenze zwischen einem niedriglegierten Stahl und hochlegiertem Schweißgut

Hydrogen induced stress corrosion cracking at the fusion line between a low-alloy steel and high-alloy weld metal By analyzing the failure of welded joint consisting of low-alloy steel and high-nickel weld metal, a narrow zone of martensitic structure and high hardness was detected immediately adjacent to the fusion line. Within this region cracks had originated as a result of the simultaneous action of absorbed atomic hydrogen and mechanical stress. A similar situation arises when stainless steel based weld metal is used in welding unalloyed steel. In neither case, heat treatment provides a suitable measure to prevent the kind of failure observed.     

30Cr13马氏体不锈钢焊接工艺评定

30Cr13为马氏体不锈钢,含碳量较高,同质焊缝及热影响区焊态下为马氏体组织,有较大冷裂倾向。通过对12 mm厚30Cr13钢板的焊接结构进行焊接工艺试验。结果表明,在选用奥氏体不锈钢焊接材料的条件下,严格控制焊接工艺,通过焊前预热及焊后消除应力热处理可以获得良好的焊接接头力学性能,满足相关标准及设计要求。     

预置镍基合金片对异种钢UNGW接头组织及性能的影响

研究了预置镍基合金片对15CrMo/1Cr18Ni9Ti异种钢超窄间隙焊接接头组织及性能的影响。结果表明,预置镍基合金片厚度小于0.6 mm时,15CrMo熔合线附近焊缝区部分区域以A模式凝固并形成奥氏体胞状晶,而其它区域仍以FA模式凝固,其组织为等轴晶奥氏体+枝晶状铁素体,并且焊缝中心无凝固裂纹形成。预置0.9~1.2 mm厚的镍基合金片时,焊缝中心因镍偏聚而以A模式凝固,形成粗大的奥氏体柱状枝晶,并有凝固裂纹形成。预置镍基合金片厚度在0.6~0.9 mm时,可使15CrMo熔合线附近焊缝区的Ni质量分数比填充金属(ER347L)的提高约2%,明显比未预置镍基合金片的接头具有更好的抑制碳扩散效果,但当镍基合金片厚度在0.3~1.2 mm范围内变化时接头抑制碳扩散的效果并无明显变化。焊态的异种钢接头不均匀混合区内存在马氏体层,而热时效后在熔合线附近会形成一定宽度的富碳硬化区及贫碳软化区。     

火电站用T23/TP316H异种金属焊接接头服役损伤分析

通过试验研究分析了服役后的高温蒸汽管道中T23/TP316H异种金属焊接接头的微观组织、成分和氧化情况。结果表明,在540℃/17 MPa条件下服役10万h后,TP316H钢侧虽会被氧化,但未发现明显的会导致接头早期失效的潜在危险因素;T23钢侧会出现沿焊缝/热影响区界面的氧化,并出现了沿界面的开裂。T23钢与镍基焊缝金属的界面氧化损伤与界面两侧热膨胀系数、高温蠕变强度差异及界面附近的硬度梯度耦合后,很可能诱发界面失效,增加接头早期失效风险。与此同时,T23钢侧未发现蠕变、碳迁移软区等常见的界面失效弱化因素,所以界面氧化损伤是T23/TP36H异种金属焊接接头的主要损伤模式。     

低碳钢焊接接头氢渗透与氢损伤行为分析

对退火态低碳钢焊接接头进行了电解充氢,得到了接头不同位置产生氢损伤的微观组织,用电化学方法测量了焊后接头不同位置的氢渗透曲线,计算了接头不同位置的扩散系数、稳态平均氢浓度和扩散氢含量,解释了低碳钢焊接接头的不同位置充氢产生氢气泡、氢鼓泡及氢致裂纹数目差异的机理.结果表明,母材处表征扩散系数远小于焊缝处,平均氢浓度远大于焊缝处,导致母材处的氢渗透与损伤行为较明显,表面溢出氢气泡和近表面产生的氢鼓泡数目远多于焊缝处,然而焊缝处由于塑韧性较母材差,焊接残余应力较大,产生较多氢致裂纹,多位于氢浓度较大的近表面,内部由于拘束较大而产生少数细长裂纹.     

X80M管线钢铜衬垫外根焊接头冷裂敏感性分析

开展了不同装配条件下大厚度、大管径X80M管线钢铜衬垫外根焊接头的冷裂敏感性分析. 采用碳当量法和应力场模拟等方法,研究了不同装配条件对接头冷裂倾向的影响. 结果表明,接头顶部盖面层的热影响区和底部根焊层是X80M管线钢焊接接头的最薄弱区域,冷裂倾向最大. 对口间隙从0 ~ 0.5 mm增大至0.6 ~ 1 mm后,焊缝区根焊层的相对碳当量提高16.6%,增大了冷裂倾向. 错边量提高使得接头盖面层热影响区淬硬性增大,冷裂敏感性增大. 错边量和对口间隙增加均会导致焊后残余拉应力的进一步增大,错边量增大也会导致接头错边区域存在应力集中,错边量从0 mm增加为3 mm,其焊缝区根焊层凹角处残余应力峰值增加52.4%. 因此,X80M管线钢电弧焊接过程需尽量减小对口间隙和错边量以降低冷裂倾向.     

基于等承载能力原则的低匹配对接接头设计

根据对接接头的应力分布特点,提出了低匹配接头焊缝与母材具有相等静载承载能力的条件,即焊根处应力集中因子与接头匹配比（焊缝金属与母材的屈服强度的比值）相等。通过有限元计算及其结果的回归分析,建立了对接接头几何参数与焊根处应力集中因子经验方程。针对高强钢焊接结构的应用,以焊缝与母材静载等强承载为原则,进行了低匹配对接接头的几何形状设计。结果表明,该几何形状设计不仅可在较大范围内选择匹配比而不必降低应用载荷,而且接头断裂模式由局部屈服断裂向整个接头的全面屈服断裂转变,该接头设计对于高强钢低匹配接头的应用具有重要意义。     

Assessment of Stress Corrosion Cracking Resistance of Activated Tungsten Inert Gas-Welded Duplex Stainless Steel Joints

The stress corrosion cracking behavior of duplex stainless steel (DSS) weld joint largely depends on the ferrite-austenite phase microstructure balance. This phase balance is decided by the welding process used, heat input, welding conditions and the weld metal chemistry. In this investigation, the influence of activated tungsten inert gas (ATIG) and tungsten inert gas (TIG) welding processes on the stress corrosion cracking (SCC) resistance of DSS joints was evaluated and compared. Boiling magnesium chloride (45 wt.%) environment maintained at 155 °C was used. The microstructure and ferrite content of different weld zones are correlated with the outcome of sustained load, SCC test. Irrespective of the welding processes used, SCC resistance of weld joints was inferior to that of the base metal. However, ATIG weld joint exhibited superior resistance to SCC than the TIG weld joint. The crack initiation and final failure were in the weld metal for the ATIG weld joint; they were in the heat-affected zone for the TIG weld joint.