F92閥體和閥座焊接工藝的分析

1、F92閥體和閥座焊接工藝的分析 1、概述 1000MW 超( 超) 臨界火電機(jī)組用主蒸汽閘閥的閥體材料為F92。由于此材料具有一定的冷裂傾向，在與同材質(zhì)閥座的焊接過程中，對冷裂紋非常敏感，并會在焊接的熱影響區(qū)出現(xiàn)脆化現(xiàn)象。閥門研制過程中，針對焊接裂紋等問題開展了試驗研究，確定了合理的焊接工藝參數(shù)，獲得了良好的焊接合格率。 2、材料性能 F92 為馬氏體耐熱鋼，此材料是在F91 鋼的根底上改進(jìn)出的新鋼種。與F91 鋼相比( 表1) ，Mo 含量降低，并參加了W 和微量的B，提高了其在高溫狀態(tài)下的斷裂強(qiáng)度、高溫蠕變強(qiáng)度和高溫抗氧化性(表2) 。 碳當(dāng)量計算法是一種根據(jù)合金元素的含量評定其冷裂紋敏感

2、性的方法。當(dāng)C 0. 6 時，材料的焊接性差。碳當(dāng)量C計算公式為 C= C + Mn /6 + ( Ni + Cu) /15 + ( Cr + Mo + V) /5 根據(jù)F92 母材的化學(xué)成分( 表3) ，計算出F92碳當(dāng)量C= 2. 09，說明F92 的焊接性差，冷裂傾向十分敏感。 3、焊接工藝 閥體和閥座的焊接( 圖1) 采用手工電弧焊。焊條使用E9015 - B9 ( 表4) 。焊條使用前經(jīng)300 350烘干，保溫2h。焊條放入保溫桶內(nèi)，為防止吸潮，隨用隨取。施焊時，仔細(xì)清理每一層焊渣，且在收弧處多停留，將弧坑填滿，防止產(chǎn)生裂紋。 1. 閥體2. 閥座 圖1 閥體與閥座組焊 表4 E90

3、15 B9 焊條化學(xué)成分Wt% F92 鋼在焊接中采用小電流，利用較小的熱輸入量開展多層多道焊( 表5) 。由于F92 淬硬傾向較大，所以要嚴(yán)格控制預(yù)熱溫度和層間溫度。層間溫度一般不低于預(yù)熱溫度，但是層間溫度過高會影響焊接接頭整體的沖擊韌性，故最高層間溫度控制在300，預(yù)熱溫度控制約250。 表5 焊接工藝參數(shù) 焊接完成后，焊縫金屬及母材熱影響區(qū)會發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，生成脆而硬的馬氏體組織。通過采取760 10保溫2h 的高溫回火處理方法，適當(dāng)?shù)慕档秃附咏宇^強(qiáng)度，改善接頭焊縫金屬的韌性。 4、數(shù)據(jù)分析 4.1、第1 組試樣 對試樣開展拉伸試驗( 表6) 和彎曲試驗( 表7) 。從彎曲試驗數(shù)據(jù)可以看出

4、，彎曲試樣出現(xiàn)了最大5. 32mm 的裂紋。根據(jù)ASME 第卷規(guī)定，試樣彎曲后的凸面上，焊縫和熱影響區(qū)不得有超過3. 2mm 的開口缺陷。試驗結(jié)果不符合要求。 表6 第1 組試樣拉伸試驗 表7 第1 組彎曲試驗 試樣在彎曲時產(chǎn)生裂紋，是脆性過大的表現(xiàn)，這也是F92 材料空淬傾向大的影響。為解決這個問題，使焊后焊接接頭性能良好，修改了焊接工藝。 (1) 增加焊后消氫處理，溫度為375 10，保溫2h，緩冷到室溫。 (2) 焊后熱處理由保溫2h 改為保溫4h。 (3) 焊接最高層間溫度不高于350，預(yù)熱溫度控制在約300。 (4) 嚴(yán)格控制焊件的升溫和冷卻過程。 4.2、第2 組試樣 按照修改后的焊接工藝重新開展焊接，并開展力學(xué)性能試驗( 表8、表9 和表10) 。試驗結(jié)果顯示，試樣性能到達(dá)要求。表8 第2 組試樣拉伸試驗。 5、結(jié)語 (1) F92 鋼的可焊性較差，焊接工藝復(fù)雜，但只要選擇合適的預(yù)熱溫度和層間溫度、消氫處理，嚴(yán)格按工藝執(zhí)行，完全可以防止焊接缺陷的產(chǎn)生。正確的選擇熱處理溫度和保溫時間，是保證焊縫獲得良好力學(xué)性能的關(guān)鍵。 (2) 通過對F92 新型