T22/TP304H异种钢焊接接头性能分析与剩余寿命评估

异种钢焊接在亚临界锅炉中被广泛运用,其焊接接头性能会直接影响锅炉的运行安全和服役寿命。针对已服役20万小时以上的锅炉中带垫板T22/TP304H异种钢焊接接头,采用微观组织观察、常温与高温拉伸试验以及高温持久试验等方法,全面评估了焊接接头的组织形态、力学性能和耐久性。结果表明,TP304H母材及焊缝中有析出物聚集现象,易诱发焊接区域萌生裂纹;长期服役的接头拉伸强度低于ASME标准要求的最低值,力学性能出现较大程度的衰退;通过温度曲线推算法估算,焊接接头的剩余寿命为29 745 h,但其运行可靠性已显著降低,应对接头部位进行检修并加强后期巡检工作。该研究可为T22/TP304H异种钢焊接头的组织与性能研究和设备后续的安全运行提供理论参考。

T92/Super304H异种钢焊接接头的组织结构和力学性能

采用钨极氩弧焊(GTAW)技术,采用ERNiCr-3和ERNiCrMo-3两种镍基焊丝实施T92/Super304H异种钢焊接,并对接头的显微组织结构及力学性能进行测试分析。结果表明:T92侧热影响区(HAZ)中粗晶区析出大量的第二相颗粒,细晶区则为细小的索氏体组织;Super304H侧HAZ奥氏体晶粒长大,晶界析出明显;ERNiCr-3焊接的焊缝组织呈胞状结构,晶粒粗大;ERNiCrMo-3焊接的焊缝组织呈柱状晶组织特征。ERNiCrMo-3焊接的接头强度、塑性及硬度较大,拉伸断裂位于Super304H母材;而ERNiCr-3焊接的接头强度、硬度较低,但冲击韧性较高,拉伸断裂位于焊缝。

T92/Super304H异种钢焊接接头的性能研究

根据新型耐热钢T92和Super304H钢的焊接特点制定了适宜的焊接工艺,研究了焊制的T92/Su-per304H异种钢焊接接头的力学性能。结果表明,T92/Super304H异种钢接头的各项力学性均能满足使用要求。焊缝金属的韧性远低于T92钢侧热影响区,焊缝金属的结晶形态对焊缝韧性有很大的影响。焊接接头中焊缝金属的硬度值最高,而T92钢侧热影响区硬度最低,并且不同热影响区部位显微硬度变化较大,Super304H钢侧热影响区硬度变化不大。

T92/Super304H异种钢焊接接头组织分析

利用金相显微镜、扫描电镜、电子探针和X-射线衍射等方法研究了T92/Super304H异种钢焊接接头的微观组织。结果表明,焊缝金属的基体组织为奥氏体胞状树枝晶,组织中有析出相分布,其主要为M23C6和NbC;Super304H钢侧热影响区的组织亦为奥氏体+析出相,但析出相的种类为NbC、富Cu相和M23C6;而T92钢侧热影响区组织则为回火马氏体+析出相,析出相主要为M23C6,在熔合区两侧没出现明显的增碳脱碳层。

T92/Super 304H异种钢焊接接头开裂的原因及处理措施

某百万机组高温过热器在试运过程中,部分T92/Super 304H异种钢焊接接头开裂导致管道渗漏。通过对设备安装环境、焊接工艺、热处理工艺等分析,确认渗漏部位为异种钢焊接接头的热影响区低合金侧。焊接参数较大、焊后热处理不充分,导致焊接接头热影响区硬度较高,在机组试运过程中,管排震动触发该区域发生应力腐蚀开裂。为此,对所有焊口进行全面检测,并对泄漏焊口及硬度超标焊口进行重新焊接及焊后热处理(755~760℃回火),其他焊口追加同参数的焊后热处理工艺,用以降低焊接接头热影响区的残余应力,处理后接头的射线检测及硬度检测结果均符合规范要求。

T92/Super304H异种钢焊接接头微观组织和硬度研究

利用光学显微镜、扫描电镜、数字式显微硬度计和X-射线能谱分析仪等方法研究了T92/Super304H异种钢焊接接头的微观组织和硬度,分析了焊接接头的力学性能。结果表明:焊接接头的Super304H热影响区具有粗大的等轴奥氏体晶粒,T92焊缝熔合区的奥氏体晶粒和板条马氏体尺寸细小;在焊接过程中,由于受到焊接热循环作用,焊接接头中T92热影响区的硬度值最高;在高应力载荷条件下,高温拉伸试样断裂位置发生在T92热影响区,断口为韧窝断裂,以塑性穿晶断裂为主。

T22/TP304H带垫板异种钢焊接接头显微组织与力学性能分析

异种钢焊接接头在火电厂锅炉结构中被广泛应用,对存在裂纹的现服役接头进行分析是评价异种钢焊接接头安全问题的基础。借助金相显微镜和扫描电镜对某含裂纹的T22/TP304H带垫板异种钢焊接接头进行了组织形貌分析,焊接材料为镍基合金,并利用显微硬度计和万能拉伸试验机分别对接头进行了显微硬度测试及拉伸性能测试。结果表明:焊缝的显微组织主要为奥氏体、Nb(C,N)析出相和M23C6碳化物;T22侧熔合区存在明显的细晶强化作用,该区域硬度增大,TP304H侧熔合区奥氏体晶粒粗化现象不明显;接头的常温和高温拉伸性能存在明显的劣化情况。

TiAl合金与45Cr9Si3马氏体钢异种材料电阻焊接头界面结构研究

TiAl合金和45Cr9Si3马氏体钢在发动机气门阀结构中具有潜在应用价值,但二者物理、化学性能差异较大,焊接存在较大的挑战。研究发现,采用电阻焊能够实现TiAl合金和45Cr9Si3马氏体钢的良好焊接,焊接接头中不存在明显的裂纹、气孔等缺陷。在TiAl合金与45Cr9Si3马氏体钢的焊接界面存在厚度为5μm左右的扩散反应层,该扩散反应层主要是45Cr9Si3马氏体钢中的Fe元素向TiAl合金一侧扩散形成的。在焊缝处存在局部液化区,主要是焊接初期焊接界面的不均匀接触导致接触尖点位置瞬间通过大电流而发生液化所引起的。

TP304H+12Cr1MoV异种钢焊接接头的界面蠕变损伤行为

通过高温持久性能试验和扫描电子显微镜分析,研究了焊态和热处理态TP304H+12Cr1MoV异种钢焊接接头的界面蠕变损伤及破坏特征。研究结果表明,焊后不进行热处理条件下,接头的高温持久性能优异;随着持久试验应力的降低,试样的断裂塑性下降,断裂部位由12Cr1MoV侧母材逐渐转移至热影响区、熔合线;接头经高温长期试验,12Cr1MoV侧熔合线附近会析出链状Ⅰ型碳化物,接头的低塑性开裂在该Ⅰ型碳化物处形核,进而通过蠕变孔洞的长大和连接的方式导致异种钢接头的早期脆性失效。

Q235/304不锈钢异种钢焊接接头超声相控阵检测研究

异种钢焊接接头具备高强度、高耐腐蚀性以及低成本等特性,已经被广泛应用于锅炉、管道和压力容器等特种设备中。然而由于异种钢焊接接头的材料组织、力学性能以及残余应力不均匀,在制造和服役后极易出现开裂等缺陷,采用常规无损检测存在检测精度低、扫查范围小等缺点,导致缺陷难以检出。针对上述问题,以Q235/304不锈钢两种典型异种钢焊接接头为研究对象,推导了超声相控阵检测异种材料聚焦延时计算法则,制作Q235和304不锈钢焊接试块,并利用汕超SUPOR32P/32PT检测仪结合延时法则检测含有预制未熔合、未焊透和裂纹的人工缺陷,然后通过射线检测对比分析。检测结果表明:相较于传统超声检查技术,采用超声相控阵检测技术检测的定位误差小于5mm,长度定量误差均小于10%,定性分类准确度达到100%,能够较好地满足异种钢焊接接头质量检测要求。

蒸汽发生器异种钢焊接接头疲劳裂纹扩展研究

钠冷快堆是我国发展第4代先进核能系统的主力堆型,蒸汽发生器是钠冷快堆重要部件.为了保证蒸汽发生器的安全性和可靠性,对异种钢焊接接头进行疲劳裂纹扩展行为研究.异种钢焊接接头共有6个不同微区,分别为F22母材、F22侧热影响区、隔离层、堆焊层、对接焊缝及316H母材.对异种钢焊接接头进行硬度测试、显微组织观察、疲劳裂纹扩展试验,利用光学显微镜和扫描电子显微镜(SEM)进行微观组织观察.F22母材组织主要为铁素体、珠光体和贝氏体,F22侧热影响区组织主要为铁素体和珠光体,隔离层、堆焊层、对接焊缝主要组织为奥氏体和δ铁素体,316H母材组织主要为奥氏体.F22母材的显微硬度最小,隔离层显微硬度最大,堆焊层、对接焊缝、316H母材的显微硬度逐渐下降,F22侧热影响区显微硬度变化较大.在低ΔK时,F22母材的疲劳裂纹扩展速率最快,隔离层、堆焊层、对接焊缝、316H母材的疲劳裂纹扩展速率逐渐变缓,随着ΔK的增加,隔离层的疲劳裂纹扩展速率变化最快,这是因为隔离层裂纹逐渐向F22母材侧偏转,使得其抵抗疲劳裂纹扩展能力逐渐降低.δ铁素体会影响隔离层、堆焊层、对接焊缝的抗疲劳裂纹扩展能力.F22母材和F22侧热影响区的疲劳裂纹断口撕裂最严重,隔离层、堆焊层、对接焊缝的断口平坦度逐渐增加,316H母材的疲劳裂纹断口形貌最平坦,与抗疲劳性能相对应.

高含硫气田压力容器异种钢焊接接头失效泄漏原因分析

对国内某高含硫气田酸性湿气增压项目压缩机进气洗涤罐进行“酸敏试验”,试验过程中上封头与长高颈法兰连接角焊缝处即异种钢焊接部位连续出现了两次介质泄漏事故。通过宏观形貌观察、化学成分分析、金相组织分析、硬度测试、断口宏观与微观形貌分析等方法,对现场试样进行系统分析,再结合焊接冶金学机理分析,确定了异种钢焊接接头失效泄漏的原因。在硫化物应力腐蚀开裂敏感环境中,在残余应力与外加应力的共同作用下,裂纹沿最薄弱的熔合线分布,从内侧启裂,并向外侧扩展,最终穿透管壁,导致泄漏发生。

TP304H与T22锅炉管异种钢接头焊接工艺的制定

利用谢弗勒尔组织图对南海发电厂SA213TP304H与SAT22异种钢接头的焊接组织进行分析，制订出合理的焊接工艺，解决了奥氏体不锈钢与贝氏体耐热钢焊接的技术难题。

T92/HR3C异种钢焊接接头的组织结构和力学性能

采用ERNiCr-3和ERNiCrMo-3两种镍基焊丝,用气体保护钨极电弧焊(GTAW)法实现T92/HR3C异种钢管焊接。研究了接头的显微组织及其力学性能,以及焊后热处理对接头组织结构及力学性能的影响等。结果表明:T92/HR3C异种钢接头焊缝为胞状树枝晶组织,T92侧热影响区(HAZ)主要由过热区、粗晶区及细晶区构成;HR3C侧HAZ没有明显晶粒长大的现象,但晶界、晶内有碳、氮化物析出。ERNiCrMo-3焊接接头的强度、塑性及硬度较高,拉伸断裂位于母材;而ERNiCr-3焊接接头强度、硬度较低,但冲击韧性较高,拉伸断裂位于焊缝。760℃、30 min焊后热处理,有助于改善两种焊接接头的综合力学性能。

HR3C/T91异种耐热钢焊接接头的力学性能及界面蠕变失效行为研究

针对新型奥氏体不锈钢HR3C与细晶粒强韧马氏体耐热钢T91异种钢焊接接头,采用手工氩弧焊接工艺、高温加速模拟、高温持久和常温力学性能试验研究HR3C与T91异种钢焊接接头的力学性能变化、高温强度、界面蠕变损伤及破坏特征。研究结果表明,焊前预热448 K,焊后不进行热处理条件下,接头的力学性能优异。加速模拟运行3 004 h后,接头的力学性能仍然良好。而加速模拟运行5 012 h后,HR3C/T91界面发生了蠕变失效,蠕变裂纹在管接头内表面焊缝/T91界面形核、扩展,然后在管接头外表面T91的临界热影响区内发展,最后导致接头蠕变失效。拉伸和弯曲试验过程中,接头的强度和塑性下降严重,断裂位置均在焊缝/T91界面区域。因此,焊缝/T91界面容易发生早期蠕变失效。

TP347H与12Cr1MoV异种钢焊接接头早期失效研究

为了解决异种钢焊接接头的早期失效问题,对运行近4万h出现开裂失效的TP347H与12Cr1MoV异种钢接头,进行了化学成分、力学性能、显微硬度和微区元素成分能谱分析等内容的试验测试,发现了焊接接头中合金元素的迁移和硬度的分布规律,经研究分析,确认早期失效是由于熔合线附近区域的应力水平较高并与机组运行中的交变热应力、炉管内气流波动引起的振动应力等相叠加,使焊接接头的熔合线附近受到了应力幅值较高的交变载荷的作用而产生的低周疲劳失效。

T92/HR3C异种钢焊接接头高温拉伸变形及断裂行为

采用500℃和625℃拉伸试验,研究T92/HR3C异种钢管接头的高温变形及其断裂行为。结果表明,在高温拉伸过程中,焊缝、T92侧热影响区(HAZ)及母材(不包含颈缩段)均未发生明显的塑性变形及组织结构的变化,而HR3C侧母材晶粒明显被拉长,HR3C侧HAZ的拉伸变形不明显。HR3C母材塑性变形量随温度升高而明显降低,孪晶回复越少。高温拉伸断口位于T92侧HAZ的细晶区(FGHAZ),呈正断加剪切断的混合断裂方式,均与室温状态下该焊接接头的拉伸变形及断裂行为不同。应力三轴度理论可很好地解释该接头高温短时拉伸变形及断裂特征。

焊接参数对T92/S30432异种钢焊接接头室温力学性能的影响

研究了焊接工艺参数对T92/S30432异种钢焊接接头室温力学性能的影响,并获得了最佳的焊接工艺。结果表明:层间温度、焊接层数、焊丝类型和焊接接头坡口角度对接头强度的影响不大;但低层间温度和多层多道焊可以提高T92钢侧热影响区的韧性;与ERNiCr-3焊丝相比,ERNiCrMo-3焊丝填充的接头T92钢侧热影响区具有较高含量的铁素体,从而使其冲击功下降;焊接接头冲击韧性随坡口角度增大而先增大后减小,并在35°时达到最高;焊后热处理温度为760℃时接头具有最高的强度和韧性;T92/S30432异种钢较佳的焊接工艺是采用ERNiCr-3焊丝和较低层间温度,并严格控制焊层厚度且采用温度为760℃的焊后热处理。

T92/TP347H异种钢焊接接头的组织结构和力学性能

采用ERNiCr-3和ERNiCrMo-3两种镍基焊丝,GTAW法实现T92/TP347H异种钢管焊接。研究了接头的显微组织结构、熔合区(线)两侧的成分分布和接头的力学性能,以及焊后热处理对接头组织结构及力学性能影响等。结果表明:T92/TP347H异种钢接头T92侧热影响区(HAZ)主要由过热区、粗晶区及细晶区构成;TP347H侧HAZ没有明显晶粒长大的现象,但晶界、晶内有碳化物析出。两种焊丝焊接的T92/TP347H异种钢接头拉伸断裂面位于TP347H侧母材,焊缝强度较高;ERNiCrMo-3焊接接头的强度高于ERNiCr-3焊接接头,但塑、韧性不如后者。750℃,30 min焊后热处理,有助于降低T92侧HAZ硬度,改善接头的综合力学性能。

T91/HR3C异种钢焊接接头裂纹原因分析

对某台1 000MW机组锅炉高温过热器管的T91/HR3C异种钢焊接接头裂纹进行了宏观检验、材质检验及焊接、热处理工艺分析,认为接头裂纹为淬硬脆化焊接冷裂纹,开裂主要由未严格执行焊接工艺,焊缝错口量大引起高拘束应力所致。T91属于马氏体耐热钢,在空冷状态下会形成马氏体,而焊接时其T91侧更易形成淬硬倾向更大的马氏体,发生冷裂。