P91 Svetsprocess för stålrör: förvärmning, tillsatsmetaller och parametrar
Feb 27, 2024
A335 P91 tillhör 9Cr-1Mo-V-Nb-familjen av martensitiska värmebeständiga-stål och beter sig mycket annorlunda än kolstål under svetsning. Legeringen härdar kraftigt vid kylning, är mycket känslig för kallsprickor och kräver en fullt kontrollerad termisk cykel före, under och efter svetsning. Den här guiden beskriver svetsbarhetsanalysen, svetsmetoden, de kvalificerade parameterområdena, rollen för förvärmning och interpass-kontroll, och eftersvetsvärmebehandlingen som gör fogen lämplig för högtemperaturservice.
Kemisk sammansättning och dess effekt på svetsbarhet
Det balanserade innehållet av krom, molybden, vanadin och niob ger P91 dess kryphållfasthet, men samma element ökar härdbarheten och gör fogen känslig för sprickbildning. En typisk A335 P91 värmeanalys visas nedan.
| Element | Räckvidd | Element | Räckvidd |
|---|---|---|---|
| C | 0.08-0.12 % | Mo | 0.85-1.05 % |
| Mn | 0.30-0.60 % | V | 0.18-0.25 % |
| P | 0,020 % max | N | 0.03-0.07 % |
| S | 0,010 % max | Ni | 0,40 % max |
| Si | 0.20-0.50 % | Al | 0,04 % max |
| Cr | 8.0-9.5 % | Obs | 0.06-0.10 % |
Med cirka 9 % krom och cirka 1 % molybden är detta ett medellegerat värmebeständigt stål- snarare än en höglegerad kvalitet. Kol hålls medvetet lågt för att begränsa hårdheten i svetsmetallen, medan vanadin och niob bildar de fina karbonitriderna som bär krypbelastningen under drift.
Viktiga svetsegenskaper
Kylsprickningstendens är mycket hög. I en ouppvärmd fog kan sprickbildning påverka hela svetsen, medan förvärmning vid 200-250 grader förhindrar det.
Interpass-temperaturen måste hållas vid eller över förvärmningstemperaturen, och intervallet mellan den sista nedkylningen och starten av eftersvetsvärmebehandlingen måste kontrolleras noggrant.
Kraven på värmetillförsel är strikta. En mindre elektroddiameter, en lägre interpasstemperatur och lägre bågenergi förbättrar alla slagsegheten hos den färdiga fogen.
Eftersom-svetsade fogar är hårda och strukturellt instabila är värmebehandling efter svetsning obligatorisk snarare än valfri.
Roten ska skyddas av inert gas och fogen ska vara torr och fri från fukt innan ljusbågen slås.
Eftersom P91 härdar lätt och är känslig för väteassisterad kallsprickning, är den vanliga produktionssekvensen en gasvolframbågsrot följt av skärmad metallbågsfyllning och täckning med elektroder med låg vätehalt. Denna kombination ger en ren, sund rot och god kontroll av värmetillförseln i påfyllningspassagen, och den är lätt att applicera på plats där rörskarvar svetsas på plats.
Kvalificerade svetsparametrar
| Passera | Behandla | Filler | Storlek | Polaritet | Nuvarande | Spänning |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Rot 1-2 | GTAW | ER90S-B9 | 2,5 mm | DC-elektrod negativ | 90-110 A | 10-14 V |
| Fyll 3-6 | SMAW | E9015-B9 | 3,2 mm | DC-elektrod positiv | 100-120 A | 20-24 V |
| Fyll över 7 | SMAW | E9015-B9 | 4,0 mm | DC-elektrod positiv | 135-150 A | 20-24 V |
| Lock | SMAW | E9015-B9 | 3,2 mm | DC-elektrod positiv | 100-120 A | 20-24 V |
Värden ovan är ett typiskt kvalificerat intervall. Den faktiska strömmen och spänningen måste tas från den svetsprocedurspecifikation som godkänts för projektet, och varje pass ska registreras med dess värmetillförsel så att den ackumulerade energin kan kontrolleras mot kvalifikationen.
Förvärmning, interpass och eftersvets värmebehandling
Förvärmning till 200-250 grader tar bort ytfukt, bromsar nedkylningshastigheten och tillåter väte att fly innan det kan fångas in. Mellanpassagetemperaturen mäts med kontakttermometer på rörväggen nära skarven och får inte understiga förvärmningsvärdet mellan passagerna.
| Etapp | Krav |
|---|---|
| Förvärma | 200-250 grader, mätt på rörväggen |
| Interpass | Hålls vid eller över förvärmning, under det kvalificerade maximum |
| Rotskydd | Inertgasrening tills roten är helt smält |
| Värmebehandling efter svetsning | 730-780 grader, minst 2 timmar, kontrollerad uppvärmning och kyla |
| Fördröjning före värmebehandling | Styrd för att tillåta vätediffusion; fog hålls torr |
Kylningen efter den sista passagen bör vara långsam och fogen bör isoleras för att undvika ett snabbt fall genom härdningsområdet. Eftersvetsvärmebehandling härdar sedan martensiten i både svetsmetallen och den värmepåverkade zonen och ger hårdhet i det accepterade bandet.
Besiktning och dokumentation
Godkännande av en P91-svets kombinerar normalt visuell undersökning, hårdhetsmätning på svetsen och värmepåverkad zon, icke-förstörande undersökning av den färdiga skarven och granskning av svetsprotokollen. Värmeinmatningsark, förvärmnings- och interpass-poster, tillsatsmetallcertifikat och ugnsdiagrammet bör förvaras tillsammans som ett dokumentpaket, eftersom en skarv som klarar testet men inte har några termiska uppgifter inte kan visas vara kompatibel.
FAQ
F: Varför måste P91 förvärmas före svetsning?
Förvärmning vid 200-250 grader tar bort fukt, minskar kylningshastigheten och förhindrar väteassisterad kallsprickning, som annars kan påverka hela svetsen.
F: Vilka tillsatsmetaller används för P91-rörsvetsning?
Rotpassagen använder normalt ER90S-B9 för gasvolframbågsvetsning och fyllnings- och lockpassagen använder E9015-B9 lågväteelektroder.
F: Hur kontrolleras interpasstemperaturen?
Den mäts på rörväggen bredvid skarven och hålls vid eller över förvärmningstemperaturen men under det kvalificerade maximum under svetsningen.
F: Krävs alltid värmebehandling efter svetsning?
Ja. Den som-svetsade fogen innehåller hård, ohärdad martensit, så värmebehandling vid 730-780 grader i minst 2 timmar är obligatorisk.
F: Hur kan fogens inverkansseghet förbättras?
Använd en mindre elektroddiameter, håll interpasstemperaturen låg och begränsa ljusbågsenergin så att den värmepåverkade zonens korntillväxt förblir blygsam.
F: Vilka uppgifter ska följa med en färdig svets?
Svetsprocedur och parameterblad, förvärmnings- och interpass-poster, tillsatscertifikat, hårdhetsresultat och värmebehandlingsdiagrammet efter svetsning.
