WB36钢焊接性的应用.pdf

本发明公开了一种WB36钢焊接性能的应用方法，包括焊前预热、控制焊接热输入和层间温度，并采用合理的焊后热处理工艺，优化后的具体焊接工艺参数如下：①焊前预热温度控制在150℃左右；②采用多层多道焊接工艺，焊接热输入15～25kJ/cm；③层间温度低于300℃；④焊后热处理工艺：590℃±10℃，保温时间不低于2h；对于厚壁管道，可进行一次中间后热消氢处理，在250～300℃保温2～3h。在焊后热处理工艺过程中，如条件允许，保温时间延长至5～10h；焊接过程中采用扩散氢含量低的焊接材料来进行焊接，

1、  一种WB36钢焊接性的应用，包括焊前预热、控制焊接热输入和层间温度，并采用合理的焊后热处理工艺，其具体工艺参数如下：
①、焊前预热温度控制在150℃左右；
②、采用多层多道焊接工艺，焊接热输入15～25kJ/cm；
③、层间温度低于300℃；
④、焊后热处理工艺：590℃±10℃，保温时间不低于2h。

2、  根据权利要求1所述的WB36钢焊接性的应用，其特征在于：对于厚壁管道，进行一次中间后热消氢处理，在250～300℃保温2～3h。

3、  根据权利要求1或2所述的WB36钢焊接性的应用，其特征在于：在所述的焊后热处理工艺过程中，保温时间可以控制在5～10h。

4、  根据权利要求3所述的WB36钢焊接性的应用，其特征在于：焊接过程中采用扩散氢含量低的焊接材料来进行焊接，严格烘干，防止吸潮。

WB36钢焊接性的应用
一、技术领域：
本发明涉及一种中温高压压力容器用钢的焊接工艺，特别是涉及一种WB36钢焊接性的应用，属于钢铁材料焊接的技术领域。
二、背景技术：
WB36(国内称15NiCuMoNb5)钢是国外研制的一种中温高压压力容器用钢，它具有良好的强度和冲击韧性，综合机械性能优良，近年来在我国新建的亚临界、超临界及超超临界火力发电机组中广泛应用，用它取代了SA106B、st45.8/III、20G等碳钢材料，制造电站锅炉的主给水管、联箱、分离器及再热主蒸汽管等工作温度在500℃以下的部件，可大大减轻管系的重量，节省材料，减轻加工、安装和维护的工作强度，并且显著改善管系的应力条件，提高机组运行的可靠性和稳定性。WB36钢已成为国内建设的300MW及以上机组中给水系统用钢的首选材料，就河南省而言，该钢从2004年开始在鹤壁电厂、伊川等300MW、民权600MW机组中大量使用。
综上所述，WB36钢是我国大型火电机组中一些高压部件必须使用的一种关键材料，随着我国发电机组向高参数、大容量方向发展，它的应用将更加普遍。其焊接质量的好坏将直接关系到高温高压火电机组的安全运行，若忽视焊接质量，将酿成灾难性的事故和巨大经济损失。虽然WB36钢在国内的应用已有几年的时间，但国内对它焊接性的研究工作很少，可用于指导工程应用的研究成果几乎没有，特别是焊接材料的国产化问题尤为突出，对于遇到的一些重要现象和问题，无法给出合理的解释并得到根本的解决，可能埋下安全隐患，鉴于这一现状，有必要全面深入地研究WB36钢的焊接性能的应用问题。
三、发明内容：
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种WB36钢焊接性的应用方法，公开其焊接施工中的具体工艺参数，优化WB36钢的焊接工艺，来满足国内市场的需求。
本发明为解决技术问题所采取的技术方案是：
一种WB36钢焊接性的应用，包括焊前预热、控制焊接热输入和层间温度，并采用合理的焊后热处理工艺，其具体工艺参数如下：
①、焊前预热温度控制在150℃左右；
②、采用多层多道焊接工艺，焊接热输入15～25kJ/cm；
③、层间温度低于300℃；
④、焊后热处理工艺：590℃±10℃，保温时间不低于2h。
对于厚壁管道，进行一次中间后热消氢处理，在250～300℃保温2～3h。
在所述的焊后热处理工艺过程中，优选其保温时间控制在5～10h内。
焊接过程中采用扩散氢含量低的焊接材料来进行焊接，严格烘干，防止吸潮。
本发明WB36钢焊接性的工艺研究：
WB36钢有一定的淬硬和冷裂纹倾向，扩散氢含量对冷裂纹的产生有显著影响，为了避免冷裂纹，大拘束度条件下焊接WB36钢必需预热，预热的主要作用有延长t₁₀₀，有利于氢的扩散逸出，另一个作用是增加t_8/5，改善组织，降低硬度。可用临界硬度值来简单判断HAZ是否出现冷裂纹，WB36钢粗晶区临界硬度值为350HV。冷裂纹断口特征为沿晶+准解理穿晶，晶界和晶内都存在二次裂纹。
WB36钢热影响区有两个区域可能存在脆化现象，一个是一次或二次粗晶区，另一个是临界再热粗晶区。前者仅在大线能量焊接时产生，脆化主要原因是原始奥氏体晶粒粗化及形成上贝氏体和M-A组元的脆性混合组织，只要控制热输入小于25kJ/cm，这种脆化完全可以避免。对于临界再热粗晶区，虽然存在沿晶网状组织，但该区域的脆化现象并不十分明显，韧性降低幅度不大，且经过焊后热处理，其韧性可以恢复，因此不必关注该区域的局部脆化使接头的抗裂能力下降。
WB36钢粗晶区有一定的SR处理脆化现象，可能产生再热裂纹。脆化原因为第二类回火脆性，敏感温度区间为550℃～590℃，回火温度超过600℃后，脆化程度减轻。
采用奥林康(OERLIKON)公司生产的配套焊材，得到的焊缝金属组织主要为粒状贝氏体，它在焊态下的硬度和强度低于母材，经过回火处理，在晶内与晶界上析出了球形沉淀相，可能是它们产生的沉淀硬化作用明显提高了焊缝金属的硬度和强度；无论是在焊态还是热处理后，焊缝金属都具有很好的韧性，没有发生回火脆化。
WB36钢焊接接头具有良好的热强性，高温强度不低于母材，焊后热处理时间的延长对焊缝和热影响区的高温性能没有影响。
WB36钢焊接、热处理工艺优化：
根据WB36钢焊接性研究结果，综合考虑HAZ和焊缝的组织性能要求，优化设计其焊接、热处理工艺。
从防止冷裂纹要求考虑，WB36钢焊接预热温度在150℃左右，检验预热效果的一个简单方法是将HAZ的最高硬度控制在350HV以下。注意工件表面铁锈和油污的清理，尽可能采用扩散氢含量低的焊接材料，并注意严格烘干，防止吸潮。
从提高HAZ韧性，防止过热区脆化角度考虑，焊接热输入应控制控制在25kJ/cm以内，可以采用焊条焊接，与焊条相比，前者更有利于提高粗晶区的韧性。为了避免过热区脆化，要控制预热和层间温度。
消除应力处理工艺参数对接头组织性能影响很大，它不仅影响到HAZ的组织性能，而且对焊缝组织性能有明显影响，必须综合考虑。
从避免或减轻粗晶区回火脆性角度考虑，SR处理温度应高于590℃，选择620℃的加热温度较好，但620℃已经十分接近甚至会超过母材的回火温度(580～640℃)，为了不影响母材的组织性能，一般焊后热处理温度要比母材的回火温度低30℃，因此SR处理只能选择偏低些的回火温度，这样回火脆性区的存在将不可避免。从韧性测试结果来看，590℃热处理时虽然出现回火脆化，但韧性仍有32～43J/cm²，并不很低，且WB36钢构件一般在较高温度下工作，发生脆断的可能性并不大。此外，由于厚壁管道采用的是手工电弧方法多层焊接，前一层焊道的粗晶区将受到下一层焊道的热作用，其粗晶区中相当大比例的区域将经历细晶区和不完全重结晶区的二次热循环作用，因此实际接头中保留下来的粗晶区区域面积减小，因此对整个HAZ韧性的影响进一步减小。
从保证焊缝组织性能要求来看，焊后热处理对于提高焊缝强度非常重要，回火当量参数越大，这一效果越明显，进行590℃×10h或620℃×2h的热处理，可以使焊缝得到充分的强化，但应兼顾到母材的回火温度，如果母材的回火温度不高，焊缝的回火温度也要相应降低，为了保证焊缝的沉淀强化效果，就要延长加热时间，这可能是奥林康(OERLIKON)公司推荐焊缝进行580℃×15h热处理的主要原因。仅从焊缝强度来考虑，590℃×2h的热处理就可以满足焊缝强度不低于母材的要求，但从稳定组织，挖掘强化潜力来看，热处理时间长一些效果更好，特别是在母材的回火温度不高，焊后热处理温度受限时更要如此。
综合上述分析，优化参数设计，提出WB36钢的焊接施工的工艺要点为：
1、加强焊件表面铁锈和油污的清理；
2、尽可能采用扩散氢含量低的焊接材料，并注意严格烘干，防止吸潮；
3、国产焊条的焊接性能与进口焊材相当；
4、预热温度150℃左右，层间温度低于300℃；
5、采用多层多道焊工艺，焊接热输入15～25kJ/cm；
6、对于厚壁管道，建议进行一次中间后热消氢处理，在250～300℃保温2～3h；
7、焊后热处理工艺：590℃±10℃，保温时间不低于2h，如果条件允许，建议延长保温时间至5～10h。
四、具体实施方式：
实施例：一种WB36钢焊接性的应用工艺，包括焊前预热、控制焊接热输入和层间温度，并采用合理的焊后热处理工艺，其具体工艺参数如下：
①、焊前预热温度控制在150℃左右；
②、采用多层多道焊接工艺，焊接热输入15～25kJ/cm；
③、层间温度低于300℃；
④、焊后热处理工艺：590℃±10℃，保温时间不低于2h。
对于厚壁管道，进行一次中间后热消氢处理，在250～300℃保温2～3h。
在所述的焊后热处理工艺过程中，保温时间控制在5～10h。
焊接过程中采用扩散氢含量低的焊接材料来进行焊接，严格烘干，防止吸潮。
WB36钢微观组织为回火贝氏体，焊接时具有一定的冷裂倾向，热裂和再热裂纹敏感小，组织为回火贝氏体+铁素体。采用上述工艺参数进行焊接后，可以获得组织和性能优良的高质量的焊接接头。