中国石油集团电能有限公司热电一公司热机检修部 163314
摘要：现场施工中碰到了SA335-P91、SA335-P22两种不同成分的异种钢焊接，焊缝金属组织容易发生马氏体转变，产生脆性组织，造成焊缝冷裂纹且由于碳迁移造成接头强度低。通过对SA335-P91及SA335-P22材料的焊接性能分析，提出解决存在问题的施工工艺措施，确定可行的焊接及热处理工艺。
关键词：异种钢 P91 P22 马氏体转变
引言：P91钢与P22钢，这两种钢材化学成分差异大，焊接控制不好则容易产生焊缝冷裂纹和焊接接头机械强度低。为了保证安装的焊接工程
质量，需制定合理的焊接及热处理工艺指导施工。
1材料的化学成分及性能
1.1、P91、P22刚的化学成分见下表表
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1.2、P91、P22的机械性能见下表
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1.3、材料简介
1.3.1、P22钢属于珠光体耐热钢，马氏体开始转变温度为430℃-----450℃，焊接性能好，具有较高的热强性、热稳定性、抗腐蚀性及良好的塑形。
1.3.2、P91钢为马氏体高合金耐热钢材，其最高使用温度650℃，高温性能更好。
2 焊接性能
2.1、焊后冷裂纹倾向
高合计钢中，Cr、Mo、V等合金元素使C曲线强烈右移，增加钢的淬透性，在焊后冷却过程中，焊缝及其热影响区过热区易产生马氏体转变，生成的马氏体脆性组织使焊缝及热影响区的冷裂倾向大，焊缝长生冷裂纹。
2.2、碳迁移形成低强脆性接头
由于是高合金与低合金相连接，焊缝两侧合金元素成分差异大，在焊缝熔合区两侧易产生增碳和脱碳现象，高合金侧增碳产生粗大碳化物，低合金侧脱碳形成较宽低强度焊缝带，由此焊后焊接接头强度低，且脆性大。
2.3、热影响区软化
在焊接过程中，母材被加热到Ac1线附近的回火区内出现极不均匀的从马氏体到奥氏体的分解产物、聚合碳化物和大量的铁素体，接近钢的退货状态，称为软化区。该区在长期高温载荷作用下，持久强度和塑形大幅度下降，其软化层厚度与在Ac1线附近停留的时间成正比。
要解决不同合金焊接产生的以上问题，焊接时就要采取焊前预热措施，焊接过程中控制层间温度，以降低和减小焊接应力和焊后残余应力，避免在焊接过程中发生马氏体转变，防止产生淬硬组织，降低焊缝的冷裂纹倾向，防止冷裂纹产生。焊接完成后要及时进行焊后热处理，消除焊接残余应力，并使焊缝组织转变成具有良好机械性能的珠光体组织，提高焊接接头强度。
3 焊接工艺过程
3.1、焊接施工中选用的焊接材料为：打底采用钨极氩弧焊，焊丝ER90S-B9，直径Φ2.4，焊条电弧焊填充盖面，焊条直径为Φ2.5和Φ3.2。
3.2、为防止在焊接中热影响区过热组织脆化，焊接过程中采用较小的焊接线能量，严格控制焊接参数和焊接热处理参数，层间温度控制在250-350℃
焊接参数表：
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3.3、焊接过程中，管道内部进行充氩保护，防止焊道因过烧氧化。
3.4、为减少焊接应力与变形，采用两人对称焊接。且控制两人同时在一处收头，以免局部温度过高。焊接中应将每层焊道接头错开10-15毫米。每层焊完后自检合格才能焊下一层。
3.5焊前预热
3.5.1焊前预热温度150℃。宽度以坡口边缘算起每侧不少于壁厚的3倍，采用履带式加热。
3.5.2、施焊过程温度控制
氩弧焊打底完成后，控制接头层间温度在250℃左右进行手工电弧焊填充盖面，焊接时每层焊道厚度都小于焊条直径，宽度不超过焊条直径的4倍。
3.5.3、大径厚壁水平固定焊盖面层的焊道布置，每层焊道都在三道以上，中间有一“退火焊道”，有利于改善焊缝金属的组织和性能。
4、焊后热处理
4.1、当焊缝整体焊接完毕，对焊接接头温度应控制冷却到100-120℃时保温一小时，使奥氏体完全转变为马氏体后直接升温到回火温度进行焊后热处理。
4.2、焊接接头的焊后热处理，采用高温回火。
4.3、焊后热处理的升、降温度小于150℃/h，升温至760±10℃，降温到300℃以下不控制温度，在保温层内冷却。
4.4、对于P91钢与珠光体、贝氏体钢的异种钢焊接接头，加热温度应按两侧钢材及所用焊丝、焊条等综合确定，不应超过合金成分含量低材料的下临界点Ac1线。
5、质量检验和标准
5.1、焊工自检和专检都应重视焊接接头外观质量，除焊缝均整、尺寸符合规定外，应尽量消除咬边缺陷，以减缓焊接接头的应力。
5.2、外观符合规定的焊接接头，方可按规定比例进行无损检验。
5.3、进行焊后热处理，做“UT”探伤检验。
5.4、热处理后，做100%硬度测定，测定了两侧，每侧选择5点测定。硬度为P91侧平均320HB，P22侧平均245HB。
6、结论
采用以上工艺措施进行焊口的焊接及热处理，通过控制焊接线能量，焊口采用内充氩保护，并选用多层多道方式进行焊接，预防了焊缝区域产生冷裂纹，并且焊缝的组织和机械性能良好。