厚壁P92钢管道焊接热处理工艺试验研究

1 000 MW超超临界火力发电机组主蒸汽厚壁P92钢管道焊接热处理是火电建设工程中技术难度较高的一类问题，尤其是壁厚>100 mm的P92钢管道焊接热处理。文中结合某1 000 MW超超临界二次再热火电机组118 mm壁厚的主蒸汽P92钢管道的焊接热处理，焊接热处理过程中严格执行焊接工艺，并采用中频感应加热的方法对试样管进行了焊后热处理，热处理后焊接接头的硬度值、金相组织、力学性能数据完全满足P92钢的性能要求。该厚壁P92钢管道焊接热处理工艺方案可为后续同类型部件的焊接热处理提供借鉴。     

F92钢Y型异径锻造三通焊接接头焊后热处理研究及实践

火力发电厂四大管道F92钢Y型异径锻造三通焊接接头焊后热处理是火电建设工程中技术要求较高的一类问题，尤其是锻造三通接管长度<100 mm的焊接接头。文中结合某1 000 MW二次再热机组一次高温再热蒸汽管道F92钢Y型异径锻造三通焊接接头焊后热处理，锻造三通接管长度为80 mm,通过采用Y型异径锻造三通的3个焊接接头同时焊后热处理的技术方案，热处理后焊缝及母材组织正常，焊缝、热影响区、管道和三通母材硬度符合标准要求；同时根据一次高温再热蒸汽管道F92钢Y型异径锻造三通焊接接头焊后热处理的成功实施，实现了主蒸汽、二次高温再热蒸汽管道F92钢Y型异径锻造三通焊接接头焊后热处理一次合格。Y型异径锻造三通3个焊接接头同时焊后热处理方案的成功应用，可为后续同类型部件的焊后热处理提供借鉴。     

焊后热处理对P92钢焊缝冲击性能的影响

对P92钢焊后热处理试样的焊缝冲击性能进行研究。P92钢焊接接头断面硬度分析结果表明,厚壁P92钢管道现场焊后热处理时,形成了外层温度高、内层温度低的温度梯度,导致试件焊缝外层冲击吸收能量平均值比内层的高。焊缝冲击试样经过二次高温回火（770℃×2 h）后,内外层冲击吸收能量差别基本消失,同时平均值有所提高。结果表明,P92钢焊接接头壁厚上的温度梯度对P92钢焊缝冲击性能有重要影响。     

中频感应技术在高温再热蒸汽管道Y形三通焊后热处理中的应用

硬度值低于标准要求的P92钢异形件的热处理是工程现场较为棘手的问题。文中采用中频感应加热与柔性陶瓷电阻加热相结合的方法,通过调整中频感应与柔性陶瓷电阻加热器的位置及加热宽度,增加测温热电偶数量,采用合理的热处理工艺参数,实现了热处理温度场高温区处于焊缝,热处理后焊缝及母材组织正常,焊缝硬度符合标准要求,母材硬度值基本不变。P92钢异形三通焊接接头中频感应热处理方案的成功应用,可为后续同类型部件的焊后热处理提供借鉴。     

焊后热处理对P92钢焊接接头显微组织和力学性能的影响

采用光学金相显微镜和力学性能测试等方法,研究了电阻履带式和中频感应两种不同的焊后热处理方法对P92钢焊接接头显微组织和力学性能的影响。结果表明:中频感应处理下的焊缝组织较为细小,马氏体板条界面变得更加模糊;焊接接头各层母材、热影响区及焊缝硬度值分布均匀,内、中和外层的硬度差值较小;焊缝及热影响区冲击吸收能量沿壁厚方向分布较为均匀,且均高于P92母材标准要求值。因而,中频感应加热法不仅可以很好地改善焊缝组织,而且在壁厚方向上,可以使焊缝韧性等力学性能更加均匀。      

中频感应加热焊后热处理工艺现场应用

通过华能北方魏家峁电厂2×660 MW超临界2#机组与华电忻州广宇二期2×350 MW超临界热电机组工程3#机组的施工,对主蒸汽管道和高温再热蒸汽管道焊后应用中频感应加热工艺对马氏体耐热钢焊接接头进行热处理,使其焊后热处理硬度值符合技术规程要求,同时,还介绍了中频感应加热工艺的现场应用及优点。     

中频感应热处理对SA335-P92钢焊接接头组织和力学性能的影响

采用中频感应热处理法对SA335-P92钢焊接接头进行了焊后热处理,通过拉伸试验、冲击试验、弯曲试验测试和金相组织观察分析了中频感应热处理对接头的力学性能和组织的影响。结果表明:相对于柔性陶瓷电阻加热方法,采用中频感应热处理得到的焊接接头的组织和力学性能沿管壁方向的分布较均匀,焊接接头抗拉强度、焊缝区的冲击功及弯曲性能均满足标准要求。     

内压与焊接残余应力共同作用下高温管道蠕变有限元分析

利用大型有限元分析软件Abaqus的多次顺次耦合功能,先对P91钢高温主蒸汽管道焊接接头焊态和焊后热处理状态进行残余应力分析,然后采用Norton蠕变本构关系,根据P91耐热钢在625℃下焊缝、热影响区和母材的不同蠕变参数,对内压以及内压与热处理后残余应力共同作用下的接头蠕变进行有限元分析,分别得到了焊接残余应力和焊后热处理残余应力的分布规律,同时预测了在高温环境下服役105h后蠕变应变分布.结果表明,由于高温管道的壁厚以及约束等影响,焊后产生了较大的焊接残余应力,通过焊后热处理可以有效地降低焊接残余应力.但由于热处理残余应力的存在,仍对高温管道焊接接头的蠕变有较大影响,并且在焊缝与热影响区的交界处存在着较大的蠕变应变.     

Finite Element Analysis of High Temperature Piping Creep for Considering the Effect of Inner Pressure and Welding Residual Stress

利用大型有限元分析软件Abaqus的多次顺次耦合功能,先对P91钢高温主蒸汽管道焊接接头焊态和焊后热处理状态进行残余应力分析, 然后采用Norton蠕变本构关系,根据P91耐热钢在625℃下焊缝、热影响区和母材的不同蠕变参数,对内压以及内压与热处理后残余应力共同作用下的接头蠕变进行有限元分析,分别得到了焊接残余应力和焊后热处理残余应力的分布规律,同时预测了在高温环境下服役105h后蠕变应变分布. 结果表明,由于高温管道的壁厚以及约束等影响, 焊后产生了较大的焊接残余应力,通过焊后热处理可以有效地降低焊接残余应力.但由于热处理残余应力的存在, 仍对高温管道焊接接头的蠕变有较大影响,并且在焊缝与热影响区的交界处存在着较大的蠕变应变.     

焊前准备、焊后处理及辅助设备

大径厚壁P91三通管焊接及热处理工艺探讨;全密度聚乙烯反应器焊后整体热处理;高频感应钎焊硬质合金接头热处理工艺研究;后热处理对新型马氏体耐热钢焊缝性能的影响；焊后热处理对T91钢组织及性能的影响．     

焊后热处理对输送H_2S介质压力管道维修焊接接头组织性能的影响

采用手工钨极氩弧焊(TIG焊)打底,焊条电弧焊(SMAW)填充、盖面的焊接工艺对输送H_2S介质压力管道(20钢)进行维修焊接,并对其焊接接头进行720～750℃下保温1h的焊后热处理.对热处理前、后焊接接头组织和性能进行分析研究,结果表明:720～750℃×1h热处理使焊缝区与热影响区成针状分布的魏氏组织铁索体晶粒得到细化,并使其呈退化形态;焊缝区、热影响区与母材的显微硬度整体呈下降趋势;焊接接头抗拉强度大幅度提高,断裂均处在远离焊缝的母材上.焊后热处理有效地降低了焊接接头的残余应力,改变了残余应力的分布特征,使其分布趋于"均匀",拉应力大幅度降低.     

焊后热处理对31CrMoV9钢电子束焊接接头组织及性能的影响

研究了31CrMoV9钢电子束焊接接头在焊后去应力退火、焊后调质两种不同焊后热处理状态下的焊缝组织与性能,并与同等强度等级下的母材组织与性能进行了对比研究。结果表明,接头焊后组织为板条马氏体及少量残留奥氏体;焊缝经调质处理后,组织为相对均匀的回火索氏体,接头力学性能与母材相当,相比于焊后去应力退火处理,焊缝冲击性能大幅提高。两种类型的焊后热处理均未消除焊缝柱状枝晶等凝固组织形态,但焊后调质工艺可减轻焊缝柱状枝晶组织偏析,并使之细化,使得焊缝与母材的组织与硬度更加均匀;焊后经多次重复淬火,焊缝经检测均未见裂纹,说明焊后采用调质工艺可行,这为提高焊缝冲击性能提供了可行工艺路线。     

镍基焊材返修P92小径管焊口工艺

P92钢是新型铁素体耐热钢,目前国内采用其匹配焊材进行返修,焊后需进行再次热处理,而多次热处理会造成管壁的性能下降,且需要花费大量的时间和成本。在临时性返修没有匹配焊材的情况下,采用镍基焊材进行P92钢管焊口返修,返修后免做热处理,避免多次热循环对管子性能的影响,然后进行各项性能试验。结果表明,返修后的焊接接头拉伸试验合格,断裂位置位于母材;焊缝、热影响区、母材的硬度值符合规定要求;焊缝、热影响区的冲击值符合规定要求;金相组织合格。试验证明,采用镍基焊材进行临时性返修试验是可行的,但对于高温时效性能及持久强度性能,还需要进一步研究。     

焊后热处理对P92钢管道焊接残余应力场的影响

采用红外热成像仪测量了P92钢管道在焊接过程中的温度场分布,由此获得P92钢焊接过程的温度循环曲线;采用有限元方法模拟了P92钢管道多层多道焊的整个焊接过程,获得焊接温度场分布,与P92钢焊接温度场实测结果吻合良好,验证了模拟计算的准确性;采用间接法,利用温度场结果计算了P92钢管道环焊缝焊接形成的残余应力场,并重点分析了焊后热处理前后的焊接残余应力变化情况.结果表明,焊后热处理对P92钢管道焊接残余应力具有明显的消除作用,但不能完全消除,焊缝中依然存在较大的拉伸残余应力.     

城市输水用Q235B+304不锈钢复合管环焊焊接工艺

不锈钢复合管内侧为具有耐腐蚀性能的不锈钢,外侧为具有一定强度的碳钢,成为新一代环保型输水管。为了研究8 mm+2 mm厚城市输水用Q235B+304不锈钢复合钢管的环焊焊接工艺,试验选用合理的焊接材料及坡口形式等,获得了复合板与复合板、复合板与碳钢板的焊接接头。通过拉伸、冲击、弯曲试验评价两种焊接接头的力学性能;通过检测接头不锈钢焊道化学成分,评估复合管焊接接头内侧不锈钢焊道的耐晶间腐蚀性能。结果表明,所采用的焊接工艺获得的接头力学性能满足技术要求且富余量较大,复合管接头不锈钢焊缝获得了A+(5%~10%)δ组织,耐晶间腐蚀性能优异。     

Effect of post-weld heat treatment on joint properties of friction welded joint between brass and low carbon steel

Abstract

This paper describes the effect of post-weld heat treatment (PWHT) on joint properties of copper–zinc alloy (brass) and low carbon steel friction welded joints. The as-welded joint obtained 100% joint efficiency and the brass base metal fracture without cracking at the weld interface, and had no intermetallic compound layer. The joint efficiency with PWHT decreased with increasing heating temperature and its holding time, and its scatter increased with those increasing parameters. When the joint was heat treated at 823 K for 360 ks, it did not achieve 100% joint efficiency and fractured between the weld interface and the brass base metal although it had no intermetallic compound. The cracking at the peripheral portion of the weld interface was generated through PWHT. The cracking was due to the dezincification and the embrittlement of the brass side during PWHT.     

升温速率对P91钢管道局部焊后热处理温度场的影响及参数优化

升温速率是P91钢管道局部焊后热处理的关键参数之一,决定着热处理的效率和质量. 文中以?575 mm × 35 mm的P91钢管道为对象,进行79 ~ 479 ℃/h 之间的5个升温速率下的局部焊后热处理试验,并分析升温速率对实际升温时间(管道外壁温度达到稳态的名义升温时间+管道内壁温度达到稳态的滞后时间)、管道轴向和径向温度梯度的影响,然后建立P91钢管道焊后热处理有限元计算模型,优化升温速率参数. 结果表明,提高升温速率减小整个管道接头的实际升温时间,可以提高热处理效率. 当升温速率小于179 ℃/h时,提高升温速率明显缩短实际升温时间;当升温速率超过179 ℃/h时,提高升温速率缩短实际升温时间的作用减小. 升温速率的变化对径向温度梯度影响较小,对轴向温度梯度影响则较大. 基于轴向温度梯度控制准则和优化计算结果,得到了不同壁厚P91钢管道局部焊后热处理最大升温速率的计算公式,最后提出了工程上快速选取焊后热处理最大升温速率的应用方案.     

超超临界机组主蒸汽P92钢的焊接

根据华能玉环电厂超超临界机组主蒸汽管道P92钢的现场焊接实践,详细介绍了P92类新型铁素体耐热钢的焊接技术要点以及改善焊缝金属韧性、减小HAZ软化及Ⅳ型裂纹的具体措施.通过采用性能优良的焊材,采取"小线能量、快速连弧、小摆幅、薄焊层、多层多道焊"的操作方法,严格控制预热温度和层间温度,采用分区加热的热处理工艺,全过程旁站监督控制,从而得到了优良的焊缝.     

Effects of a double sided heating method and its controlling parameters: Development of a residual stress control method for butt-welded pipe joints (1st Report)

Abstract

This paper describes a new stress improvement method to reduce tensile residual stress on the inner and outer surfaces near butt-welded pipe joints. Its procedure is as follows. An annular region on both sides of the weld line is heated from the outside at the same time to generate a temperature differential between the weld line and region being heated. The region being heated and the welded joint are not actively cooled after completion of heating. That is to say, the proposed method involves the whole circumference on both sides of the weld line simply being left to cool after heating and includes no water cooling or movement of heating position as required by the low-temperature stress relaxation method. A tensile strain is generated on the inner surface near the welded joint to produce plastic deformation by tensile stress when the annular region is heated. The tensile stress after cooling is reduced by this plastic deformation. The two sided heating method can therefore be expected to exert a satisfactory and stable residual stress control effect.

The authors show the mechanism and effect of the proposed method by an FEM analysis. The effects of the controlling parameters of the method – such as e.g. the heating width, heating position, and heating conditions (intensity and time) – on the residual stress are studied. The proposed method is applied in practice to 4BSch40 (OD = 114.3 mm, t = 6.0 mm), 4BSch160 (OD = 114.3 mm, t = 13.5 mm), and 20B (OD = 508.0 mm, t = 8.0 mm) stainless steel pipe welded joints, and the changes in the residual stress are measured. The measured welding residual stress on the inner surface near the GTA (TIG) welded joints is more than + 200 MPa. The residual stress on the inner surface near the welded joints decreases, changing to compression in all joints after treatment by this method.