Page 51 - 理化检验-物理分册 2021年第六期
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赵志明, 等: T91 钢高温过热屏自动焊裂纹分析及工艺确定


            法》 进行化学分析, 结果见表1 。室温拉伸试验试                          火索氏体。由表 1 和表 2 可知原材料符合 ASME

                [ 3 ]

            样按 ASTM A370-17 《 钢制品力学性能试验的标                     SA-213 / SA-213M-2019 《 锅炉、 过热器和热交换器

                                 [ 4 ]                                                            [ 6 ]
            准试 验 方 法 和 定 义 》 进 行 制 备,使 用 NCS-                  用无缝铁 素 体 和 奥 氏 体 合 金 钢 管 子》 和 ASME

            GNT300Y 型拉伸试验机按 ASTM E8 / E8M-16a                 SA-387 / SA-387M-2019 《 压力容器用铬 - 钼合金钢

                                                                  [ 7 ]
                                    [ 5 ]
            《 金属材料拉伸试验方法》 进行室温拉伸试验, 结                          板》 的 成 分 分 析, 焊 丝 符 合 ASME SFA-5.28 /

            果见表 2 。使用 ZEISSAXIO Vert.A1 型金相显微                 SFA-5.28M-2010 《 气体保护电弧焊用低合金钢焊
            镜分析显微组织, 其显微组织均为回火马氏体 + 回                          丝和填充丝标准》 的成分要求。
                                                                              [ 8 ]
                                               表 1  试验材料的化学成分( 质量分数)

                                      Tab 1 Chemicalcom p ositionsofthetestmaterials   massfraction        %
              试验材料     牌号      规格              C     Mn      P      S      Si     Ni     Cr     Mo      V
                                      实测值
                                              0.10   0.43   0.013  0.000  0.32   0.09    8.90   0.97   0.18
               管子    SA213-T91 ϕ 51mm×       0.07~  0.30~                0.20~          8.00~  0.85~  0.18~

                              7.5mm   标准值                  ≤0.020  ≤0.010        ≤0.40
                                              0.14   0.6                  0.50           9.50   1.05   0.25
                                      实测值
                                              0.11   0.44   0.012  0.000  0.34   0.08    8.99   0.95   0.19
                              6mm×
               扁钢   SA387-Gr91               0.06~  0.25~                0.18~          7.90~  0.80~  0.16~
                              12mm    标准值                  ≤0.025  ≤0.012        ≤0.43
                                              0.15   0.66                 0.56           9.60   1.10   0.27
                    国内 ER90S-B9       实测值     0.09   0.50   0.006  0.004  0.22   0.50    8.75   1.02   0.22
                                      实测值
                    国外 ER90S-B9               0.09   0.90   0.008  0.006  0.35   0.60    8.55   0.90   0.21
               焊丝            ϕ 1.2mm
                                      标准值    0.07~  ≤1.20  ≤0.010  ≤0.010  0.15~  ≤0.80  8.00~  0.85~  0.15~
                                              0.13                        0.50          10.50   1.20   0.30
                                                   表 2  试验材料的拉伸性能

                                             Tab 2 Tensile p ro p ertiesofthetestmaterials
                                                                                拉伸性能
                 试验材料             牌号             规格
                                                                       屈服强度 / MPa   抗拉强度 / MPa   断后伸长率 / %
                                                             实测值           520          725          30

                  管子           SA213-T91    ϕ 51mm×7.5mm

                                                             标准值           ≥415        ≥585         ≥20
                                                             实测值           530          715          21

                  扁钢           SA387-Gr91    6mm×12mm

                                                             标准值           ≥415       585~760       ≥18
                              国内 ER90S-B9                    实测值           550          715          19
                  焊丝          国外 ER90S-B9      ϕ 1.2mm       实测值           540          720          19

                                                             标准值           ≥410        ≥620         ≥16
            1.2  试验方法
                T91 钢高温过热屏膜壁采用气体保护单元屏焊                        2  试验结果与讨论
            接组装。焊接前, 对该屏进行全宽、 长预热, 预热温                             在相同的焊接参数下进行焊接, 采用国内某厂
            度 200~250 ℃ 。焊接后, 保温棉覆盖慢冷; 焊接电                     商焊丝, 扁钢不开坡口焊接工艺, 焊接完成后进行角



            流上枪为 220~260A , 下枪为 200~250A , 焊接速                 焊缝磁粉检测, 发现焊缝中心出现长度为 3~5 m


                                     -1                        的连续或断续纵向裂纹, 如图 2 所示, 裂纹宏观形貌
            度为 650~700 mm · min , 水 冷 壁 结 构 如 图 1
            所示。                                                如图 3 所示, 对裂纹进行微观分析, 如图 4 所示。由
                                                               图 2~ 图 4 可知, 裂纹比较 宽、 尖 端 圆 钝、 不 尖 细。
                                                               裂纹边缘平滑, 呈直通发展, 无微小裂纹短程串接的
                                                               特征, 属热应力裂纹。该裂纹主要因为焊缝金属中
                                                               收缩应变超过材料变形能力而产生, 其力学因素是
                                                               由于加热和冷却不均匀引起的不均匀热应变和刚性
                                                               固定引起的应力状态, 以及缺口处收缩应变的应力

                     图 1  T91 钢高温过热屏膜壁结构示意图                    集中。在未焊透间隙, 会本能地产生高应力集中, 如

                Fi g  1 Schematicdia g ramofmembranewallstructureof
                                                               果焊缝根部存在一些焊接缺陷( 夹渣、 焊道或气孔),

                     T91steelhi g htem p eraturesu p erheatscreen
                                                               则应力集中增加, 甚至可能出现三维拉伸状态, 从而
                                                                                                         3 5
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