4.1 預(yù)熱溫度的選擇
P91鋼的Ms點約為400℃,預(yù)熱溫度一般選在200~250℃。預(yù)熱溫度不能太高,否則接頭冷卻速度降低,可能在焊接接頭中引起晶界處碳化物析出和形成鐵素體組織,從而大大降低該鋼材焊接接頭在室溫時的沖擊韌性。預(yù)熱溫度的下限從哈爾濱鍋爐廠所做過的插銷試驗可得到很好的說明。
插銷試棒采用P91鋼,直徑8 mm,深0.5 mm,底板采用13CrMo鋼,厚20 mm,試驗在不預(yù)熱、預(yù)熱150℃、預(yù)熱200℃、預(yù)熱250℃條件下進(jìn)行。焊條采用J707。焊接電流為165~170 A,電弧電壓為21~267 V,試驗結(jié)果如 由上述試驗結(jié)果知,在不預(yù)熱條件下,P91鋼焊接接頭的臨界應(yīng)力為176.4 MPa;預(yù)熱150℃時,臨界應(yīng)力為354.8 MPa,為P91鋼常溫屈服極限415 MPa的85.4%;預(yù)熱200℃以上時,臨界應(yīng)力大于460 MPa,超過了P91鋼常溫屈服極限。由此,為避免P91鋼焊接時產(chǎn)生冷裂紋,預(yù)熱溫度必須不低于200℃,德國規(guī)定預(yù)熱溫度為180~250℃,美國CE公司規(guī)定預(yù)熱溫度為120~205℃。
4.2 層間溫度的選擇
層間溫度不得低于預(yù)熱溫度下限,但如同預(yù)熱溫度的選取一樣,層間溫度也不能過高。P91焊接時層間溫度一般控制在200~300℃。法國規(guī)定:層間溫度不超過300℃。美國規(guī)定:層間溫度可位于170~230℃之間。
4.3 焊后熱處理起始溫度的選擇
P91要求焊后冷卻到低于Ms點以下并保持一定時間再進(jìn)行回火處理,焊后冷卻速度為80~100℃/h。如果未經(jīng)保溫,接頭的奧氏體組織可能沒有完全轉(zhuǎn)變,回火加熱會促使碳化物沿奧氏體晶界沉淀,這樣的組織很脆。但是P91焊后也不允許冷卻到室溫再進(jìn)行回火,因為其焊接接頭冷卻到室溫時就有產(chǎn)生冷裂紋的危險。對于P91來說,最佳起始溫度為100~150℃,并保溫1h,可基本確保組織轉(zhuǎn)變完畢。
4.4 回火溫度、恒溫時間、回火冷卻速度的選擇
P91鋼冷裂傾向較大,在一定條件下,容易產(chǎn)生延遲裂紋,故焊接接頭必須在焊后24 h內(nèi)進(jìn)行回火處理。P91焊后狀態(tài)的組織為板條狀馬氏體,經(jīng)過回火可變?yōu)榛鼗瘃R氏體,其性能較板條狀馬氏體優(yōu)越;鼗饻囟绕蜁r,回火效果不明顯,焊縫金屬容易時效而脆化;回火溫度過高(超過AC1線),接頭又可能再次奧氏體化,并在隨后的冷卻過程中重新淬硬。同時,如本文在前面所述,回火溫度的確定還要考慮接頭軟化層的影響。一般而言,P91回火溫度為730~780℃。
P91焊后回火恒溫時間不少于1 h,才能保證其組織完全轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體。
為了降低P91鋼焊接接頭的殘余應(yīng)力,必須控制其冷卻速度小于5 ℃/min。