工艺参数对T91钢焊接接头组织与热疲劳性能的影响

近年来，我国电力工业飞速发展，电厂锅炉向大容量、高参数发展。高温过热器、再热器的最高实际壁温已超过了600℃，原先广泛应用于这些高温部件的12Cr1MoV钢的高温强度、抗氧化性等均不能满足要求。T91钢作为新型的马氏体耐热钢，具有高的抗拉强度、高温蠕变，较低的热膨胀系数，良好的导热性、加工性和抗氧化性能，因而在我国电站锅炉和高温高压汽水管道中得到大面积推广应用，已广泛应用于300MW及以上机组的受热面管道制造和200MW等机组的高温过热器改造。在管道长期高温运行过程中，焊缝由于受其焊接及热处理工艺等因素的影响，逐渐出现一些问题，特别是高温过热器管长期处于恶劣的高温环境下，焊缝会产生热疲劳裂纹，使自身的性能下降，给锅炉的安全运行带来了不利影响。如何延长裂纹产生的时间，增加使用寿命，已成为一个重要的研究课题。本文综合分析了工艺参数对焊接接头组织与热疲劳性能的影响，确定了最佳的焊接工艺参数，对于电站锅炉设备改造、现场安装及检修等具有重要意义。

实验采用T91锅炉过热器管(Φ52mm×8mm)，加工成30°V型坡口，对口间隙为1mm。采用氩弧焊焊接，使用E505-15OD-Φ3.2mm焊条，焊接工艺参数如表1。然后，使用线切割方法从焊接接头处切割下长条状试样，经打磨、抛光后，用无水乙醇清洗并用吹风机吹干，然后用自配的溶液进行腐蚀，在OlympusGX51型显微镜下观察其显微组织。

表1 焊接工艺参数

热疲劳试验按HB6660-1992《金属板材热疲劳试验方法》进行。实验前，在试样的焊接接头处用线切割法切出一个2mm深的裂纹，以便于热疲劳裂纹的萌生与扩展。采用测表面裂纹的方法测量裂纹的长度。试验采用电炉辐射加热和水冷的工作方式，其基本工作过程是：首先将试样分别放入500、550和600℃的加热炉中保温10min，使试样整体受热均匀，然后被迅速淬入水中冷却，冷却结束后，试样又重新进入炉内加热，如此循环往复，直到有疲劳裂纹出现。试样循环到一定的周期（700次左右）后，将试样进行抛光、清洗、用4%硝酸酒精溶液腐蚀、烘干，然后在光学显微镜下观察其裂纹扩展情况。若有疲劳裂纹出现，即停止试验；若没有疲劳裂纹出现，则需要继续进行试验，直到有疲劳裂纹出现。

T91钢焊接采用较高的预热和层间温度、低电流、多层焊接、较高的焊后热处理温度的焊接工艺，焊缝组织为回火索氏体组织，残余应力小，具有较好的热疲劳性能。T91钢焊接最佳的焊接工艺参数：预热温度250℃、层间温度250℃、焊接层数5层、焊接电流115A、焊后热处理770℃×1h。（榕霖）