P92钢脉冲电弧焊与GTAW-SMAW焊接接头微观组织及力学性能对比分析

【目的】旨在研究脉冲电弧焊对P92钢焊接接头微观组织和力学性能的影响,及其改善P92钢焊接接头力学性能的可靠性。【方法】采用脉冲电弧焊和氩弧焊(Gas tungsten arc welding,GTAW)-焊条电弧焊(Shielded metal arc welding,SMAW)制备相应的P92钢焊接接头试样,对焊接接头的微观组织、显微硬度、室温与高温拉伸性能、高温持久性能进行测试及分析。【结果】结果表明,脉冲电弧焊的焊接接头焊缝及热影响区微观组织较GTAW-SMAW工艺的焊接接头更细小,形成的热影响区更窄,微观组织中无明显的过热粗晶区,但从显微硬度分布可以分析出紧邻熔合线区域仍存在过热硬化区;脉冲电弧焊接接头与GTAWSMAW焊接接头的室温拉伸性能相近,高温拉伸性能略优于GTAW-SMAW接头;在650℃,100 MPa条件下,脉冲电弧焊接接头蠕变断裂寿命与GTAW-SMAW焊接接头相当,原因在于2种工艺接头热影响区中软化区的宽度相近,而软化区的微观组织和力学性能决定了整个接头的蠕变断裂寿命。【结论】通过对比2种焊接方法的P92钢焊接接头微观组织及力学性能,证明了脉冲电弧焊可作为P92钢焊接的备选方法。

P92钢Ⅳ型开裂的显微组织变化

首先分析了P92钢焊接接头的显微组织和硬度分布,然后利用不同时间的P92钢焊接接头持久试验,分析了接头的蠕变损伤演化.结果表明,在650℃和70MPa下,经历3000h的持久试验后,P92钢焊接接头各微区均未发生明显的蠕变损伤;当持久试验时间超过4032h后,在细晶区(FGHAZ)和临界区(ICHAZ)内出现了大量的蠕变空洞,而粗晶区(CGHAZ)和焊缝金属中未出现蠕变空洞;当持久试验时间达到7000h后,细晶区和临界区中的蠕变空洞长大,并有相互连接的趋势;当试验时间达到7026h后,持久试样发生了脆性蠕变断裂,断裂位置在热影响区内,为典型的IV型蠕变开裂.

P92钢焊接接头持久强度及微观组织分析

通过对SA335P92钢焊接接头进行600℃×104h高温持久性能试验,外推焊接接头600℃下105h的持久强度值为116 MPa.借助金相分析仪、透射电镜和能谱仪分析了P92钢焊接接头高温持久试验前后的组织结构.结果表明,原始P92钢焊接接头的金相组织为回火马氏体,主要的沉淀相有M23C6碳化物,晶内存在高密度的位错.经过9 395.8 h的高温持久试验后,显微组织仍为板条状马氏体组织,高密度的位错依然存在,晶内的析出相增加,析出相以M23C6为主.钢种力学性能取决于微观组织的变化,蠕变试验后基体的板条状马氏体和大量的位错以及析出弥散的以M23C6为主的碳化物是材料保持高强度的重要原因.

P92钢焊接接头性能及其焊接材料研究进展

P92钢是近年来国内外迅速发展的新型铁素体耐热钢。综述了P92钢焊接接头性能及其焊接材料的研究进展。对蠕变性能的研究工作主要集中在蠕变断裂的产生机理、蠕变强度的提高措施、蠕变断裂的评估方式,疲劳性能的研究集中在硬度、温度对疲劳裂纹的影响。简单总结了韧性的改善途径。指出开发P92钢焊接材料的重点是同时保证焊接接头的蠕变性能和韧性。最后展望了P92钢焊接的研究方向和前景。

回火温度对P92钢焊接接头组织和性能的影响

通过电子拉伸、冲击、显微硬度测试及微观组织分析,研究了P92钢焊接接头在不同焊后回火温度下的组织和力学性能。结果表明,760到820℃焊后回火处理,可有效提高P92钢焊缝的冲击韧性,降低焊缝及热影响区的硬度;760、780、800℃回火后,P92钢焊接接头均可获得良好的组织状态和综合力学性能;考虑到P92管道现场施工中的回火处理温度控制误差,选择780℃作为P92管道的回火温度是合适的。

P92钢焊接接头蠕变-疲劳交互作用下高温断裂参量表征及失效评定曲线的建立

在610℃下,对超超临界火电机组用P92钢主蒸汽管道的焊接接头进行了蠕变-疲劳交互作用裂纹扩展试验。获得了蠕变-疲劳裂纹扩展速率,并进行了高温断裂参量的表征,同时,结合P92钢焊接接头蠕变与拉伸试验,建立了P92钢焊接接头材料与时间相关的失效评定曲线(TDFAD)。研究结果表明,试样断口微观形貌特征显示出其蠕变–疲劳交互作用下的裂纹扩展主要是由蠕变因素主导的。每条蠕变裂纹扩展速率与高温断裂参量C*的关系曲线中均存在一个拐点,这个拐点的产生过程即为蠕变裂纹扩展的孕育阶段。采用修正R6中Option2的方法建立了TDFAD,该方法充分考虑了蠕变因素的影响,能够获得较安全的评定结果。

不同热处理方式对P92钢焊接接头组织和力学性能的影响

对P92钢焊接接头采用正火+高温回火、一次高温回火、二次高温回火和三次高温回火四种不同的热处理方式进行处理。对接头进行室温拉伸、高温短时拉伸、焊缝冲击、截面硬度及金相测试。对比发现,正火+高温回火热处理使得接头的组织、性能最为均匀,接头得到较好的综合性能;随着高温回火热处理次数的增加,接头的塑性及韧性逐步提升,但接头的强度基本没有变化,熔合线及焊缝组织晶界逐渐清晰。

P92钢焊接接头的高温抗氧化性研究

P92钢因优异的综合性能逐渐成为超超临界机组过热器、再热器等零部件的理想用钢,材料经焊接后,焊接接头在服役温度中的高温抗氧化性直接影响零部件的使用寿命。利用增重法研究P92钢焊接接头在650℃高温空气介质中的氧化动力学,采用OM、SEM观察和分析氧化层表面及截面形貌,利用XRD分析氧化物物相。结果表明:在一定温度下,P92钢焊接接头各区域氧化速率均是先增加后降低,然后趋于稳定值,符合抛物线规律;在650℃空气介质中氧化132 h后,焊接接头中距焊缝3 mm热影响区A部位、焊缝、母材各区域氧化层的厚度分别为45μm,30μm,27μm;焊接接头氧化后表面的主要氧化产物为Fe_2O_3。

Laves相对P92钢焊接接头蠕变的影响

由于P92钢焊接接头在时效过程中析出Laves相,焊缝金属冲击韧性大幅度下降,介绍P92钢焊接接头时效后组织韧性的变化,分析Laves相析出、合金元素W对蠕变断裂的影响,得出Laves相形成初期对P92钢焊接接头蠕变断裂强度有利、合金元素W有利于提高蠕变断裂强度的结论。

P92钢焊接接头耐腐蚀性能研究

P92钢是高合金耐热钢,具有良好的高温热强性和抗氧化性能,是制造电站锅炉的关键材料.本文应用动电位扫描和电化学阻抗谱技术,研究了P92钢焊接接头各区域在3.5%Na Cl模拟海水环境溶液中的腐蚀性能.结果表明：在测试周期内,P92钢焊接接头各区域的腐蚀速率随着腐蚀时间的延长先增快后减慢;在相同的腐蚀时间内,P92钢焊接接头中焊缝区的腐蚀电流密度最大,母材最小;P92钢焊接接头焊缝区的阻抗最小,母材的阻抗最大;母材区的耐蚀性相对最好,焊缝区最差。

P92钢焊接接头显微组织及力学性能的研究

在合适的工艺下对P92钢进行焊接,利用金相显微镜、硬度计及万能拉伸试验机对其焊接接头的微观组织、显微硬度、常温拉伸力学性能进行了观察分析及测试,并借助SEM观察了其断口形貌。结果表明:P92钢焊接接头焊缝区及靠近焊缝区的热影响区显微组织为板条马氏体+残留奥氏体,母材区为回火托氏体组织;在焊接接头中,焊缝区硬度最高,热影响区次之,母材区硬度最低;焊接接头的抗拉强度为940.81 MPa,屈服强度为827.87 MPa,断面收缩率为41.20%,断裂部位在热影响区,断口形貌为韧窝+撕裂棱,属于韧性断裂。

含缺陷在役P92蒸汽管道与时间相关的失效评定曲线及缺陷评定

基于服役30 000 h P92焊接接头610℃下高温短时力学性能试验和蠕变试验,获得了材料的稳态蠕变速率公式,并得到了相应的等时应力应变曲线。在此基础上建立了P92焊接接头时间相关失效评定图(TDFAD)。基于TDFAD分析讨论了不同应力水平下P92蒸汽管道环向外表面裂纹临界尺寸。研究发现:在较大裂纹尺寸与较低应力水平下,裂纹临界尺寸受时间影响显著;而在较大应力水平下,通用失效评定曲线(R6 option 1)与时间相关失效评定曲线(TDFAC)所确定的临界尺寸无明显差别。对长期服役于高温工况下的蒸汽管道使用TDFAC进行缺陷评定才能获得更安全的评定结果。

P92钢的CMT+P焊接接头组织性能

介绍了冷金属过渡+脉冲(CMT+P)焊接的焊接方法和特点.采用CMT+P焊接工艺对P92钢板进行了对接焊接试验,并对比分析了P92钢的CMT+P焊接工艺与TIG打底+SMAW填充焊焊接工艺的焊接接头组织和性能.结果表明,两种工艺的焊接接头经热处理后均为回火马氏体组织,且CMT+P的马氏体板条间距较小,热影响区为等轴晶且较窄,高温蠕变性能相对较好;CMT+P焊接接头抗拉强度优于母材,且冲击韧性与TIG打底+SMAW填充焊焊接头冲击韧性水平相当.进而证实了CMT+P可作为P92钢焊接工艺的一种新选择.

P92钢蒸汽管道焊接接头中两裂纹相互作用的有限元分析

P92钢蒸汽管道焊接接头中易出现裂纹等缺陷,严重威胁着超超临界机组的安全运行,采用ANSYS Workbench软件建立了焊接接头中两半椭圆表面裂纹的有限元模型,并研究了两裂纹间距和次裂纹尺寸对主裂纹前缘应力强度因子的影响规律。研究结果表明,对于两共面的轴向裂纹和两共面的环向裂纹,次裂纹的存在增大主裂纹前缘的应力强度因子,而对于两非共面的轴向裂纹和两非共面的环向裂纹,次裂纹的存在则减小主裂纹前缘的应力强度因子,且这种作用随两裂纹间距的减小或次裂纹尺寸的增大而增强。对于中心连线与轴线平行的轴向与环向裂纹,当形状因子a/c=0.4时,环向裂纹的存在对轴向裂纹前缘应力强度因子的影响不大;但轴向裂纹的存在却增大环向裂纹前缘的应力强度因子,且这种作用随两裂纹间距的减小或轴向裂纹尺寸的增大而增强。当a/c=1.0时,一条裂纹的存在增大另一条裂纹前缘的应力强度因子,且这种作用随两裂纹间距的减小而略有增强;增大环向裂纹尺寸,其增大轴向裂纹前缘应力强度因子的作用略有增强;轴向裂纹尺寸对环向裂纹前缘应力强度因子的影响则取决于两裂纹间距。

中频感应热处理对SA335-P92钢焊接接头组织和力学性能的影响

采用中频感应热处理法对SA335-P92钢焊接接头进行了焊后热处理,通过拉伸试验、冲击试验、弯曲试验测试和金相组织观察分析了中频感应热处理对接头的力学性能和组织的影响。结果表明：相对于柔性陶瓷电阻加热方法,采用中频感应热处理得到的焊接接头的组织和力学性能沿管壁方向的分布较均匀,焊接接头抗拉强度、焊缝区的冲击功及弯曲性能均满足标准要求。

P92钢及其焊接接头的蠕变-疲劳寿命预测

严苛的服役环境会造成压力容器许多未预期的过早失效,特别是焊接接头结构,其热影响区在服役过程中的过早开裂导致高温压力容器损坏的案例时有发生。通过开展不同保载时间的P92钢及其焊接接头的蠕变-疲劳试验,采用三种应力松弛拟合方法对其应力松弛行为进行拟合,并使用时间分数法、延性耗竭法以及两种修正的应变能密度模型对P92钢及其焊接接头的循环寿命进行预测。研究结果表明,各模型对P92钢母材的预测精度较高,但焊接接头的预测结果存在较大离散性,保守性较差。

T/P92钢焊接接头蠕变损伤的形成

对T/P92钢焊接接头进行高温持久试验,采用金相检验、扫描电镜分析、蠕变孔洞的定量分析等方法,对T/P92钢蠕变损伤的形成进行了分析。结果表明:T/P92钢焊缝细晶区内孔洞的合并并不是一个瞬间完成的过程,而是单独的孔洞持续长大,同时孔洞间距逐渐减小,相临近的孔洞相互连接并扩展成微裂纹,最终T/P92钢焊接接头发生蠕变损伤。

P92钢焊接接头的组织和性能研究

通过硬度试验、冲击试验、断口扫描和金相组织观察,研究了P92钢焊接接头的性能、组织特点及关系。结果表明,焊缝的硬度比HAZ的大,冲击功比HAZ的小;二者在断裂形态上的差异导致了两个部位对冲击吸收功的不同;焊缝金属组织中形成的奥氏体枝晶是造成焊缝金属的韧性明显低于HAZ的主要因素之一。

超超临界机组用T/P92钢焊接性能研究现状

选取超超临界USC(ultra ultra-supercritical)高温过热器、再热器用钢T/P92作为研究对象,综合国内外学者对T/P92钢的研究,总结了T/P92材料的焊接工艺、焊后热处理工艺,并分析了焊接接头各种性能影响,展望了今后T/P92材料的制造和使用。

P92钢焊接接头显微组织与性能的研究

采用合适的焊接工艺对P92钢进行焊接,利用硬度计、金相显微镜和万能拉伸试验机对其焊接接头的硬度、微观组织和常温拉伸力学性能进行分析。结果表明:P92钢焊接后焊缝区组织为铁素体+马氏体+碳化物,热影响区组织为马氏体或铁素体+马氏体,母材区为索氏体+碳化物,且在其焊缝处发现存在δ相;焊接接头部位,焊缝区的硬度最高,热影响区的次之,母材区的硬度最低;焊接接头抗拉强度为707 MPa,屈服强度为579 MPa,断裂部位在热影响区。