T91鋼A-TIG焊接接頭組織性能研究

1、山東大學 本科畢業(yè)論文12002-20061T91 鋼鋼 A-TIG 焊接接頭組織性能研究焊接接頭組織性能研究摘摘 要要T91鋼以其優(yōu)異的高溫性能，在電站高溫過熱器、高溫再熱器乃至主蒸汽管道上得到了廣泛的應用。但是在進行TIG焊接時，TIG焊熔深較淺，效率較低。為防止管道背面氧化，管道內(nèi)部必須進行充氬保護。充氬保護的效果，直接影響該鋼的焊接質(zhì)量。因此，TIG焊接時背面充氬保護成本較高。本文利用金相顯微鏡等測試方法觀察焊縫組織，并測試其拉伸、面彎、背彎的力學性能試驗，研究了助焊劑對接頭組織和性能的影響。研究結(jié)果表明，采用助焊劑可獲得良好組織性能的T91鋼TIG焊背面無充氬保護的焊接接頭，接頭的力

2、學性能滿足電站熱力管道的使用要求。關(guān)鍵詞：T91鋼 A-TIG焊 組織性能山東大學 本科畢業(yè)論文22002-20062Research of the micro-structure and mechanical properties of T91 weld joints in A-TIG weldingAbstractT91 steel has been widely used in the superheaters and reheaters of the power stations， and also in the main steam pipelines. However， durin

3、g the tungsten inert gas welding（TIG）， the interior of the pipeline must carry on the protection of argon .The effect of argon directly affects the welding quality of this steel. And the weld penetration is very shallow with a low efficiency when TIG， and the cost of the protection of argon is high.

4、 The research of activating flux technology (A-TIG) has solved the problems above mentioned efficiently. Metallurgical Microscope and other methods were used in this paper to observe the micro-strucutre of the weld joint， and the performance of face and back bending was also tested. The influence of

5、 the welding flux to the joint organization and the performance was also studied. It was found that the welds with good organization and performance can be obtained without the protection of argon when using the activating flux. The mechanical performance of weld satisfies the operational performanc

6、e of heat-resistant pipeline in the power plant.Key words：T91 A-TIG Organization performance山東大學 本科畢業(yè)論文32002-20063目目 錄錄摘摘 要要.12英文英文摘摘要要.3目目 錄錄.1第一章第一章 緒論緒論. 141.1 課題背景及來源.41.2 T91 鋼的主要性能 .51.3 T91 鋼的焊接性分析 .61.4 T91 鋼管焊接背面保護 .91.4.1 小徑管背面保護全氬弧焊接.91.4.2 大徑管焊接時的背面充氬保護技術(shù).101.5 本研究的主要內(nèi)容.10第二章第二章 實驗方法實驗方法

7、及及設(shè)備設(shè)備.112.1 自動 TIG 焊設(shè)備 .112.2 高速攝像系統(tǒng) .112.3 示波器.122.4 金相顯微鏡.132.5 實驗方法.14第三章第三章 試驗與數(shù)試驗與數(shù)據(jù)據(jù)分析分析.153.1 活性劑對熔深的影響.153.2 活性劑對焊縫成型的影響.163.3 T91 鋼焊接接頭組織分析 .183.4 T91 鋼焊接接頭性能分析 .21結(jié)結(jié) 論論.24參參考考文獻文獻.25致致 謝謝.26山東大學 本科畢業(yè)論文12002-20061第一章第一章緒論緒論1.11.1 課題背景及來源課題背景及來源9Cr-1Mo鋼(簡稱T91鋼)，具有良好的成型性、焊接性、高溫穩(wěn)定性和優(yōu)異的熱強性，而且導

8、熱性好，線膨脹系數(shù)小，作為高溫承壓部件，已在美歐等火力發(fā)電廠得到廣泛采用，使電廠效率提高5%，標準煤耗降低，建造成本和維修費用低，經(jīng)濟效益顯著。近年我國一些火電廠引進了該鋼的薄壁管(T91)等部件，用于亞臨界和超臨界機組的過熱器、再熱器管道等，取得了良好效果。T91鋼是我國電力工業(yè)當前和本世紀今后數(shù)十年內(nèi)的主力鋼種。T91鋼以其優(yōu)異的高溫性能，在電站高溫過熱器、高溫再熱器乃至主蒸汽管道上得到了廣泛的應用。由于T91鋼具有較高的淬硬傾向，對焊接冷裂紋較敏感，在電站安裝中，常采用氬弧焊打底、電弧焊蓋面( GTAW + SMAW) 的方法。要求焊前預熱、焊后熱處理，由于該鋼具有較高的合金含量，為避免

9、合金元素的燒損和氧化，焊接時，管道內(nèi)部必須進行充氬保護。充氬保護的效果，直接影響該鋼的焊接質(zhì)量。通常背面氣體保護采用整體充氬或局部充氬。在電站主蒸汽管道、過熱器管安裝時，由于管道長、高空作業(yè)的特點，給焊接帶來難度，特別是預熱、后熱及熱處理的要求，不可能采用在焊口兩側(cè)塞可溶性紙進行局部充氬保護的方法；又由于主蒸汽管道直徑較大，管線較長，管道內(nèi)穿堂風較大，采用整體充氬保護的方法效果不好。因此如何進行有效的背面保護是施工時要解決的難題。A-TIG 焊接技術(shù)是由烏克蘭的巴頓焊接研究所于上世紀60年代研究開發(fā)出來的一種基于TIG. 焊技術(shù)的焊接新工藝。它既繼承了TIG焊焊接質(zhì)量良好，可以大幅度地增加焊縫

10、熔深，提高焊接生產(chǎn)率的優(yōu)點，又克服了TIG焊因單道焊熔深小，焊接生產(chǎn)率低，而使其應用場合大受限制的缺點。據(jù)報道，在不開坡口，不使用填充材料的情況下，采用A-TIG焊可將12mm厚的碳錳鋼一道焊透，實現(xiàn)單面焊雙面成形。分別對采用TIG焊及A-TIG焊工藝焊接的試板進行各項性能測試，測試結(jié)果表明，A-TIG焊中的活性焊劑對焊縫中主要成分的含量影響極小，并且采用A-TIG焊工藝焊接的焊縫接頭在強度、韌塑性、抗晶間腐蝕性能等各方面均等同于或優(yōu)于TIG焊焊接的接頭。這說明山東大學 本科畢業(yè)論文22002-20062A-TIG焊在大幅度增加焊縫熔深提高焊接生產(chǎn)率的同時，仍可以保證良好的焊縫質(zhì)量。常規(guī)TIG

11、焊生產(chǎn)效率低、熔深小，在應用活性劑后，在相同的參數(shù)下，同傳統(tǒng)TIG相比，活性劑能夠大幅度提高不銹鋼、鋁合金和鈦合金的焊縫熔深。同時，活性劑對鋁合金焊接背面能夠起到保護作用。對于鈦合金，活性劑除了增加焊縫的熔深外，還能夠大幅度的消減焊縫產(chǎn)生的氣孔。 1.21.2 T91 鋼的主要性能鋼的主要性能1.2.11.2.1 化學成分（如表化學成分（如表 1-11-1）表表 1-11-1 T91T91 鋼化學成分鋼化學成分牌號化學成分（/wt%）CMnPSSiCrMoVNNbT91鋼0.08-0.120.30-0.600.015 0.0150.20-0.508.00-9.500.85-1.050.18-0

12、.250.03-0.070.101.2.21.2.2 金相組織金相組織T91鋼在正火并經(jīng) 730760 回火熱處理后 ，金相組織呈典型的馬氏體組織結(jié)構(gòu)(如圖1-1所示)，導致M23C6鉻碳化物沉淀在馬氏體骨架的邊緣 ，并形成MX形V/Nb碳氮化物。在較粗的 M23C6 碳化物及內(nèi)部較細的沉淀轉(zhuǎn)換成細箔之后，會發(fā)現(xiàn)次晶粒內(nèi)較大的位錯密度 ，這種具有高位錯密度的細次晶粒結(jié)構(gòu)是 T91鋼高蠕變強度的決定因素。 圖圖 1-1T91 鋼金相組織鋼金相組織山東大學 本科畢業(yè)論文32002-200631.2.31.2.3 物理性能物理性能電站所用的鋼種，最關(guān)心的物理性能是材料的熱膨脹系數(shù)和導熱性。T9l鋼的

13、彈性模量、線膨脹系數(shù)、熱傳導系數(shù)等主要物理性能數(shù)據(jù)列入下表1-2。鋼的物理性能與化學成分和晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)而與微結(jié)構(gòu)無關(guān)。X20和T91有相似的物理性能， 而T22和TP304H 則由于化學成分和晶格結(jié)構(gòu)不同造成它們與T9l的物理性能有較大的差異。特別是與不銹鋼相比，T9l具有低的熱膨脹系數(shù)和良好的導熱性，是一種物理性能較好的管道用熱強鋼。使用T91鋼可以減少膨脹應力和由溫度梯度(僅對厚壁P9l管件而言)產(chǎn)生的熱瞬態(tài)應力。表表 1-21-2 T91T91鋼的熱物理性能鋼的熱物理性能溫度熱傳導系數(shù)w(mK)1彈性模數(shù)10 MPa3由室溫至指定溫度的熱膨脹系數(shù)K5101202621810.650262

14、1610.61002721310.91502721011.12002820711.32502820311.53002919911.73502919511.84002919012.0450301861235503017512.46003016812.66503016212.7山東大學 本科畢業(yè)論文42002-200641.2.41.2.4 力學性能力學性能1.2.4.11.2.4.1 室溫力學性能室溫力學性能T91 鋼和幾種常用鋼材的室溫力學性能列于表1-3?？梢钥闯?， T91 鋼的抗拉強度和屈服極限高于T22、TP304H 和12Cr1MoV ，但低于X20 ，與EM

15、12 鋼相當。在法國標準NFA49. 213 中，T91 鋼的室溫抗拉強度最大值可達770 MPa ，從表中還可看出T91 鋼的塑性也比較好。表表 1-3 T91 和幾種常用鋼的力學性能和幾種常用鋼的力學性能標準牌號屈服極限/MPa2 . 0抗拉強度/MPab延伸率/%硬度HBASIM A213T9141558520250AFNOR AF49213BM12390590-74020DIN17175X20CrMoV121490690-84017ASIM A213TP304H20551535192ASIM A213T2220541530163GB5310-9512Cr1MoV205471-63821

16、1.2.4.21.2.4.2 沖擊韌性沖擊韌性T91 和EM12、X20 鋼的沖擊功與溫度關(guān)系見圖1-2。T91 鋼具有相當高的抗拉強度和細微晶粒結(jié)構(gòu)，它的沖擊韌性和脆性溫度均明顯優(yōu)于同類的X20和EM12 鋼。 圖圖1-21-2 T91T91鋼沖擊韌性鋼沖擊韌性山東大學 本科畢業(yè)論文52002-200651.2.4.31.2.4.3 高溫蠕變持久強度和許用應力高溫蠕變持久強度和許用應力T91鋼比常用的T22鋼有更高的持久強度和許用應力，試驗表明在550/ 10萬h的持久強度值，T91是T22的2倍。從出了T91鋼與T22、X20、TP304H和12Cr1MoV 鋼在不同溫度下的許用應力。可以

17、看出，在540610范圍內(nèi)T91鋼的許用應力明顯高于T22、TP304H和X20 鋼，但在600以上，隨著溫度的升高，T91 鋼的許用應力下降速度要比TP304H快，因此，目前只用于溫度在640以下工作條件的鍋爐管。1.31.3 T91T91 鋼的鋼的焊接性分析焊接性分析1.3.11.3.1 冷裂紋冷裂紋T91類中合金耐熱鋼，因其Cr、Mo等合金含量較高，淬硬傾向較大，冷裂傾向也較大:從91鋼的焊接CCT圖上也可以看出，在不進行焊后熱處理的條件下，焊縫的金相組織為馬氏體，容易導致產(chǎn)生冷裂紋。因此，T91鋼焊接時，在焊縫區(qū)擴散氫與焊接殘余應力的共同作用下，在焊縫金屬及熱影響區(qū)極容易產(chǎn)生冷裂紋。這

18、些裂紋可在焊后幾小時、甚至數(shù)天內(nèi)產(chǎn)生，呈現(xiàn)出氫致延遲裂紋的特征。1.3.21.3.2 熱裂紋熱裂紋熱裂紋產(chǎn)生的主要原因是低熔點的硫、磷共晶物和低熔點的金屬共晶物(如VFe2、NbFe2等)在晶界區(qū)的析出形成液態(tài)膜殘留下來，由于焊接收縮應力的作用下而發(fā)生開裂的。據(jù)成分分析，該試驗用鋼的磷、硫雜質(zhì)含量并不高，產(chǎn)生熱裂紋的傾向并不顯著，但也應考慮因合金元素的偏析及焊接材料成分可能帶來的不利影響，在焊接材料選擇及焊接規(guī)范控制上應予以注意。1.3.31.3.3 消除應力裂紋消除應力裂紋( (再熱裂紋再熱裂紋) )消除應力裂紋傾向主要取決于鋼中碳化物形成元素的特性及其含量，它也總是產(chǎn)生于焊接熱影響區(qū)的粗晶

19、區(qū)，并與焊接熱規(guī)范及由此引起的焊接應力有關(guān)。由于T91中合金耐熱鋼中含有Cr、Mo、V、Nb等強烈的碳化物形成元素，從而使焊接接頭過熱區(qū)存在著產(chǎn)生消除應力裂紋的不利因素。然而，T91鋼中的這些強碳化物形成元素又都是為了提高其高溫強度與高溫蠕變性能以及改善鋼的轉(zhuǎn)變特性而加入的。因此，除了控制鋼中的合金成分在一合適的范圍內(nèi)之外，嚴格控制焊接規(guī)范和焊后熱處理規(guī)范以及盡量縮短在再熱裂紋敏感溫度區(qū)間的山東大學 本科畢業(yè)論文62002-20066時間也是非常必要的。1.41.4 T91T91 鋼管焊接背面保護鋼管焊接背面保護1.4.1 T91 鋼小徑管背面保護全氬弧焊接鋼小徑管背面保護全氬弧焊接1.4.1

20、.11.4.1.1 氣體保護具體方法氣體保護具體方法組合前在坡口兩側(cè)100 mm處分別塞人厚30 mm的可溶紙，坡口用高溫膠帶粘住一部分，形成密封氣室(注意氣室過小可溶紙會被熔化，且背面保護氣使熔滴過渡困難；氣室過太則保護氣逸失過快，起不到保護效果) 噴嘴用砸扁的薄壁小徑銅管制成，端部兩則開出0.5 mm的數(shù)個小孔。引弧前先通氬氣3 min(流量為1 5 Lrain)，驅(qū)趕出管子內(nèi)部的空氣，利用氣室達到背面保護的效果。從另一側(cè)引弧(施焊過程中氬氣流量為8 Lrain)，打底焊道完成34時把噴嘴抽出，完成封底焊接。須注意，對垂直固定的管子，保護氣流的方向要偏下，利用氬氣密度大于空氣的特點形成覆蓋

21、坡口的氣室，達到保護熔池的作用。1.4.1.21.4.1.2 檢驗結(jié)果檢驗結(jié)果a 外觀檢查焊縫成形美觀，飽滿，過渡圓滑，無超標缺陷。結(jié)論：合格。b 硬度檢查熱處理后，母材、熱影響區(qū)、焊縫的硬度平均值分別為HB130、HB171、HB230，均符合部頒標準。結(jié)論：合格c 射線探傷未見缺陷，評片等級：l級符合DL5069一l 996火力發(fā)電廠施工及驗收規(guī)范射線篇的規(guī)定。結(jié)論：合格。d 斷口檢查斷面沒有裂紋、未熔合、未焊透等缺陷，符合DL500792火力發(fā)電廠施工及驗收規(guī)范焊接篇)的規(guī)定。結(jié)論：合格e 金相微觀檢查放大400倍(侵蝕劑：硝酸酒精)。組織：回火索氏體+少量鐵素體。晶粒度：78級。結(jié)論：

22、合格。山東大學 本科畢業(yè)論文72002-200671.4.2 大徑管焊接時的背面充氬保護技術(shù)大徑管焊接時的背面充氬保護技術(shù)主蒸汽管道焊接時，使用特制的背面充氬保護裝置（如下圖1-3），可以達到有效的背面保護。該裝置具有以下特點:(1) 耐高溫，制作簡單，成本較低。由于管道要進行焊前預熱、焊接、后熱及熱處理，充氬保護裝置在整個過程中，應保持完好，直到無損檢驗合格。這就要求充氬裝置必須耐高溫。該裝置在管道對口前裝入，無損檢驗合格后撤出。因為在氬弧打底時及焊接第二、三、四層焊道時，均需要背面充氬保護；考慮到有可能在焊縫根部或近根部位置出現(xiàn)缺陷，返修時，仍需做充氬保護。(2) 較好的密封性。由于主蒸汽

23、管道直徑較大，內(nèi)部穿堂風也較大，如密封性不好，會影響充氬保護效果；另外，較好的密封性，可起到阻止內(nèi)部氣流流通，具有保溫、減小管道內(nèi)外壁溫差的效果。(3) 易于安裝及撤出，定位要牢固。管道及管子的焊接多在高空完成，存在各種位置的焊口，如定位不牢固，可能造成該裝置沿管子滑落。主蒸汽管道與主汽門相連接的焊口，由于不能撤出該裝置，而只能采用其它氣體保護措施。由于主蒸汽管道上具有各種管孔，通過管孔可以將氣囊(如氣球) 放在距焊口較遠的管道內(nèi)部，在焊接開始前，將氣囊充氣封堵在管道內(nèi)部而形成封閉氣室。這時通過管孔向管道內(nèi)充氬氣，可達到有效的保護。圖圖1-3 大徑管道焊口背面充氬保護裝置大徑管道焊口背面充氬保

24、護裝置山東大學 本科畢業(yè)論文82002-20068第二章第二章 實驗方法及設(shè)備實驗方法及設(shè)備2.12.1 自動自動 TIGTIG 焊設(shè)備焊設(shè)備本試驗需要采用TIG焊焊接設(shè)備，需要穩(wěn)定的焊接速度，為了保證取得穩(wěn)定的焊接速度，采用自動TIG焊焊接設(shè)備。此設(shè)備是在原等離子噴涂試驗機的基礎(chǔ)上經(jīng)過改進而成。將焊槍固定在原噴嘴下方，啟動設(shè)備后，通過電機帶動使焊槍能夠自動勻速左右運動，完成焊接過程。 2.22.2 高速攝像系統(tǒng)高速攝像系統(tǒng)在活性焊劑的實驗過程中，需要觀測加入活性劑前后焊接電弧的變化，因此試驗中采用了高速攝像設(shè)備，該設(shè)備能連續(xù)記錄焊接電弧形態(tài)的變化，紀錄速度范圍很廣，可以由30幀/秒到1000

25、0幀/秒。攝像中所使用的高速攝像機為FASTCAM SUPER 10KC彩色高速攝像機。該設(shè)備通過CCD攝像頭直接轉(zhuǎn)化為數(shù)字化圖像，然后就可以隨時存儲，同時由監(jiān)視器顯示，工作結(jié)束后即可及時重放，這樣可以及時發(fā)現(xiàn)拍攝中存在的問題，然后即使處理，減少無畏的浪費，節(jié)約試驗所需要的時間。對于紀錄下的圖像可以立刻轉(zhuǎn)存至與之相連的計算機中或者消去原有紀錄重新記錄數(shù)據(jù)，對于記錄下的數(shù)據(jù)可以立刻通過軟件完成數(shù)據(jù)分心和計算得到結(jié)論。本實驗對電弧圖像采用連續(xù)圖片形式存取，采用同時啟動攝像和信號波形紀錄方式實現(xiàn)了圖像和數(shù)據(jù)的同步采集。高速攝像機攝取成像屏的電弧圖像，這樣不但實現(xiàn)了攝取電弧圖像的目的，也避免了強烈的電

26、弧光直接射入高速攝像機，損壞機器。由于高速攝像能夠拍攝的時間間隔有限，因此在實驗中必須嚴格控制高速攝像拍攝進行的時間，應當保證拍攝到焊接電弧由無活性劑區(qū)域進入活性劑區(qū)域這個階段的過渡過程，以保證繼續(xù)研究的可能性和準確性。實驗中所采用的拍攝光路示意圖如圖21所示：山東大學 本科畢業(yè)論文92002-20069 圖圖2 21 1 電弧形態(tài)高速攝像實驗光路簡圖電弧形態(tài)高速攝像實驗光路簡圖2.32.3 示波器示波器在活性焊劑的實驗過程中，需要觀測加入活性劑前后電弧電壓的變化。因此試驗中采用了示波器進行數(shù)據(jù)和波形采集。本試驗所采用的示波器是Agilent 54624A型示波器。此示波器利用高清晰顯示與2M

27、B MegaZoom深存儲器相結(jié)合，能發(fā)現(xiàn)有關(guān)信號的大量信息，能夠采集數(shù)據(jù)和圖像等。它提供了實現(xiàn)深存儲器的獨特方法，可在每個通道上捕獲多達2M的信號采樣，并具有較高的持續(xù)采樣率和響應迅速的顯示?？烧业诫[匿于復雜信號中的細節(jié)，揭示導致觸發(fā)事件的異?，F(xiàn)象，同時觀察高速和低速的信號。儀器照片如下圖22所示。 圖圖2-22-2 AgilentAgilent 54624A54624A型示波器型示波器山東大學 本科畢業(yè)論文102002-2006102.42.4 金相顯微鏡金相顯微鏡在實驗過程中，需要觀察焊接接頭組織。因此實驗中采用了金相顯微鏡觀察組織形貌。本實驗所采用的金相顯微鏡是 XJL-02A 型立式

28、金相顯微鏡（如圖 2-3）。光學系統(tǒng)中采用了負焦距（f=-33m），照相目鏡與雙目觀察系統(tǒng)同時采用了平場設(shè)計視場，具有平坦，清晰的優(yōu)點本產(chǎn)品有明視場、偏光、投影、攝影、晶粒度比等功能，可供一般科研單位、工廠及學校做金屬學與金相實驗之用。主要技術(shù)參數(shù)：暗場套圈10X，25X大視場目鏡10X，12.5X，16X放大倍數(shù)40X-1000X放大鏡6X分劃目鏡10X光源12V50W 鎢絲燈泡攝影倍數(shù)32X-800X攝影幅面82.5*120mm圖圖 2-3 XJL-02A 型立式金相顯微鏡型立式金相顯微鏡山東大學 本科畢業(yè)論文112002-2006112.52.5 實驗方法實驗方法實驗過程中取一定的活性劑

29、，加入丙酮調(diào)成糊狀，用刷子均勻地涂在焊接試板上，厚度以遮住試板的底色為準。丙酮揮發(fā)后在同一焊接規(guī)范下，控制焊槍以均勻的速度移動，使電弧從無活性劑的區(qū)域逐漸進入有活性劑的區(qū)域。同時采集電弧圖像和電弧電壓。TIG焊接完成后，將試樣進行空冷，然后將試樣鋸開，用砂輪打磨橫截面，使截面水平且劃痕沿同一方向，然后依次用200、400、600、1000目的砂紙打磨，將試樣打磨成水平鏡面后再用拋光機拋光，以看不到劃痕為準，最后用王水進行腐蝕，即可在截面上顯示出焊縫形態(tài)，然后用金相顯微鏡進行組織觀察，包括母材、焊縫、熔合區(qū)、熱影響區(qū)等。將TIG焊接完成的試樣加工成標準試樣后進行焊接接頭的力學性能測試，包括拉伸及

30、彎曲實驗等。山東大學 本科畢業(yè)論文122002-200612第三章第三章 試驗結(jié)果分析試驗結(jié)果分析3.1 活性劑對焊縫熔深的影響活性劑對焊縫熔深的影響實驗采用 80205mm 不銹鋼板，焊接電流 100/120A，弧長 3mm，焊接速度 200mm/min，氬氣流量 9L/min.。焊后將采用不同的活性劑的工件在焊縫相同位置處將其鋸開，經(jīng)砂輪、砂紙打磨，拋光后用王水對其進行腐蝕。觀察并測量焊縫熔深。 圖圖 3-1 加入加入 SiO2 前后熔深變化前后熔深變化TIG 焊接完成后，采用活性劑的試板焊縫變窄，焊道彎曲，脫渣性較好，熔深顯著增加。 圖圖 3-2 加入加入 TiO2 前后熔深變化前后熔深

31、變化TIG 焊接完成后，采用活性劑的試板焊縫稍變窄，成型較好，脫渣性較差，熔深有增加。 圖圖 3-3 加入加入 NaF 前后熔深變化前后熔深變化山東大學 本科畢業(yè)論文132002-200613TIG 焊接完成后，采用活性劑的試板焊縫變化不明顯，成型較差，脫渣性差，熔深有增加。圖圖 3-4 加入加入 Al2O3 前后熔深變化前后熔深變化TIG 焊接完成后，采用活性劑的試板焊縫變窄，成型較好，熔深變化不明顯。 圖圖 3-5 加入加入 MnO2 前后熔深變化前后熔深變化TIG焊接完成后，采用活性劑的試板焊縫變窄，成型較好，脫渣性好，熔深變化不明顯。3.2 活性劑對焊縫成形的影響活性劑對焊縫成形的影響

32、 圖圖 3-6 加入加入 SiO2/TiO2 前后焊縫成型變化前后焊縫成型變化使用活性劑TIG焊后的T91鋼板，可看到涂有SiO2的焊縫明顯變窄，且脫渣性好，而涂有TiO2的焊縫連續(xù)性不好，基本無變窄，脫渣性不好。山東大學 本科畢業(yè)論文142002-200614 圖圖 3-6 加入加入 NaF 前后焊縫成型變化前后焊縫成型變化使用活性劑TIG焊后的T91鋼板，可看到涂有NaF的焊縫成型較好，無變窄，脫渣性不好。 圖圖 3-7 加入混合焊劑加入混合焊劑前后焊縫成型變化前后焊縫成型變化使用混合活性劑TIG焊后的T91鋼板，可看到涂有混合焊劑的焊縫成型較好，且變窄明顯，通過弧坑看出其熔深有明顯增加。

33、在T91鋼板實驗過程中，將壁厚為5mm的T91耐熱鋼管切割成4份，試件首先采用砂紙打磨，然后使用丙酮擦洗表面以去除油污等有機物，并烘干以防止水分對實驗結(jié)果產(chǎn)生影響。試驗過程中，焊接規(guī)范等同于不銹鋼板，將鋼板扣在實驗臺上并在試樣的表面打磨出一小平臺，這樣有利于涂敷焊劑和保持焊接過程中的電弧穩(wěn)定。通過實驗可以看出，活性劑對不銹鋼和T91鋼的影響基本相似： (1) 對于涂敷了 SiO2 活性劑的焊縫焊道寬度變窄，弧坑變長變窄變深，熔深顯著增加。所有活性劑中，SiO2 對焊縫成形作用效果最大。(2) 活性劑NaF對焊道成形的影響不明顯。與無活性劑的焊縫相比，焊道寬度也沒有明顯的變化，但熔深增加，弧坑比

34、無活性劑的要大。(3) 活性劑TiO2 對焊道外觀變化不大，弧坑沒有明顯變化，與無活性劑時相似。但所形成的焊縫表面比較平整規(guī)則，沒有出現(xiàn)咬邊現(xiàn)象，比無活性劑的焊道成形要好。(4) 活性劑 Al2O3 和 MnO2 熔深增加不是很明顯，但焊縫表面光潔，成型較好。山東大學 本科畢業(yè)論文152002-2006153.33.3 T91T91 鋼管焊接接頭組織分析鋼管焊接接頭組織分析母材的顯微組織：T91鋼合金元素含量較高，1040 正火后的基體組織即為低碳板條馬氏體.再經(jīng)780 回火，則獲低碳回火馬氏體組織. 其光學顯微組織仍保持板條馬氏體形態(tài)特征. 圖圖 3-8 T91 鋼母材金相組織鋼母材金相組織

35、焊縫區(qū)的顯微組織：盡管T91鋼碳含量較低，但分析結(jié)果表明該鋼中仍有微量碳化物(MC)存在。各種焊接接頭的焊縫化學成份與焊接工作者熟知的利用Schaeffler 圖估算鋼焊縫的成份大致相當，稀釋率雖有差異，但都落于馬氏體組織區(qū)域中，故各焊接接頭焊縫區(qū)的基體組織均為回火馬氏體，形貌與T91鋼基體組織相似，只是焊縫區(qū)的晶粒相對粗大，同時從鉻含量略高的試樣焊縫的局部視域中觀察到少量鐵素體的存在。 圖圖 3-9 T91 鋼鋼無活性劑時焊縫組織無活性劑時焊縫組織山東大學 本科畢業(yè)論文162002-200616 圖圖 3-10 T91 鋼鋼加入活性劑后焊縫組織加入活性劑后焊縫組織熔合區(qū)顯微組織：在金相顯微鏡

36、下觀察，T91鋼焊接熔合區(qū)組織很不均勻.其中靠近焊縫一側(cè)組織仍保持原有的奧氏體邊界，在奧氏體晶界處有鐵素體析出，內(nèi)部存在少量的珠光體；而靠近過熱區(qū)一側(cè)，沒有明顯的奧氏體晶界，組織主要為粒狀珠光體。 圖圖 3-11 T91 鋼鋼無活性劑時熔合區(qū)組織無活性劑時熔合區(qū)組織圖圖 3-12 T91 鋼鋼加入活性劑后熔合區(qū)組織加入活性劑后熔合區(qū)組織山東大學 本科畢業(yè)論文172002-200617熱影響區(qū)顯微組織：T91鋼焊接熱影響區(qū)顯微組織主要由晶粒細小的索氏體(S) 、塊狀鐵素體(F) 和少量珠光體(P)組成，焊接線能量越大，奧氏體冷卻后得到的索氏體含量越多，但塊狀鐵素體的含量也會隨著焊接熱輸入的增加而

37、增多，降低了焊接接頭的抗裂性能，惡化其韌性。但焊接線能量過小，熱影響區(qū)中珠光體來不及轉(zhuǎn)變成索氏體，也會影響焊接熱影響區(qū)的力學性能。圖圖 3-13 T91 鋼無活性劑時鋼無活性劑時 HAZHAZ 組織組織圖圖 3-14 T91 鋼加入活性劑后鋼加入活性劑后 HAZHAZ 組織組織山東大學 本科畢業(yè)論文182002-2006183.43.4 T91T91 鋼焊接接頭性能分析鋼焊接接頭性能分析（1）硬度測試在焊接電流為120A，電弧長度為3mm，焊接速度為150mm/min，鎢極直徑為3.2mm，氫氣流量為10L/min時，下表3-1為普通TIG焊與涂有復合活性劑的A-TIG焊不銹鋼試樣的硬度值（H

38、V） 。表表3-1 硬度分布表硬度分布表焊縫 距熔合線位置（mm） 焊縫-1.6-1.2-0.8-0.400.30.657916TIG焊151149154156181195196185173176180A-TIG焊172176174173192198187182179181178A-TIG焊焊縫的硬度要高于普通TIG焊焊縫的硬度，TIG焊焊縫的硬度在150HV左右，而A-TIG焊焊縫的硬度卻達到了170HV左右，這說明活性劑使焊縫的硬度有所提高。TIG焊和A-TIG焊都是在熱影響區(qū)處硬度達到最大值，TIG焊焊縫的硬度低于母材的硬度，而A-TIG焊焊縫的硬度基本上與母材相當在TIG焊接完成后將采

39、用活性劑的T91試板用手鋸鋸開的時候，其焊縫處明顯比母材難鋸，推測其接頭處硬度比母材要升高，鋸開后，用肉眼觀察其端面，可看到焊縫處組織較母材組織細密且光亮，用洛氏硬度計測量其硬度。測量結(jié)果表明其焊縫洛氏硬度為36.1HRC（平均值） ，熱影響區(qū)洛氏硬度為41.7HRC(平均值)，T91鋼焊縫中及熱影響區(qū)中形成粗大的馬氏體組織是引起硬度增加的主要原因。添加活性劑后，焊縫的硬度均高于母材和無活性劑的焊縫硬度，可以認為，加入活性劑有助于提高焊縫的硬度。（2）活性劑對焊縫抗拉強度的影響在焊接電流為120A，電弧長度為3mm，焊接速度為150mm/min，鎢極直徑為3.2mm，氫氣流量為10L/min時

40、，普通TIG焊與涂有活性劑的A-TIG焊不銹鋼試樣的抗拉強度、斷面收縮率、接頭延伸率。山東大學 本科畢業(yè)論文192002-200619表表3-23-2 試樣拉伸性能試樣拉伸性能項目抗拉強度（MPa）b延伸率（%）收縮率（%）斷口位置TIG焊56838.565.1焊縫A-TIG焊59231.262.5焊縫從表可以看出，TIG焊和A-TIG焊兩種拉伸試樣的斷口位置均出現(xiàn)在焊縫處，A-TIG焊焊縫的抗拉強度為592MPa，較普通TIG焊焊縫的568MPa有所提高，而A-TIG焊焊縫的斷面收縮率、接頭延伸率較普通TIG焊焊縫有所下降。實驗可以得出：各種活性劑對鋼的拉伸性能都產(chǎn)生明顯的影響，同無活性劑的

41、焊縫相比，最大抗拉強度都有很大程度的提高，涂敷SiO2 焊縫的最大抗拉強度提高最大 ，而活性劑TiO2 幾乎沒有任何提高. 因此，如果需要焊縫的強度較高，所應用的活性劑中應適當增加SiO2 的比例?；钚詣〤aF2 中的鈣元素具有良好的脫氧和脫硫的效果，可以改善焊接中可能存在的夾雜物的形態(tài)和分布，這對改善板材的性能特別有利。經(jīng)過加鈣處理以后可使鋼液中的含硫量降低，從而提高材料的拉伸性能。Cr2O3 的加入也可以提高抗拉強度，其原因之一是鉻也是形成鐵素體的有利元素，可以提高材料強度。（3）活性劑對焊縫塑性的影響對涂有活性劑的試樣進行塑性實驗，它們的變形特征首先是彈性變形，然后是均勻的塑性變形，出現(xiàn)

42、頸縮后，在局部發(fā)生塑性變形，最后斷裂。 幾種活性劑的彎曲曲線與此類似。材料的塑性也可以通過延伸率來反映。下表3-3為涂有幾種活性劑的不銹鋼試樣的延伸率對比。山東大學 本科畢業(yè)論文202002-200620表表 3-3 幾種活性劑延伸率對比幾種活性劑延伸率對比從上表可以看出，涂敷SiO2 試件的延伸率最大，相對于無活性劑試件提高了63. 2 %。 Cr2O3 提高了26. 2 % ，影響最小的是TiO2 ，僅提高了10. 6 %。 由此可見，當焊縫需要塑性比較高時，所選擇的活性劑中應適當增加SiO2 的比例。010203040506070母材無CaF2SiO2TiO2NaF延伸率山東大學 本科畢業(yè)論文212002-200621結(jié)論結(jié)論(1) 首先在不銹鋼上進行單一和復合焊劑的實驗，同無活性劑焊縫相比，在相同的規(guī)范下，Al2O3、CaF2和 SiO2都能夠很大程度的提高焊縫熔深。 在T91 耐熱鋼上進行 TIG 焊實驗同樣取得了較好的效果，能夠較明顯的加深熔深，減小焊縫寬度。因此可以認為，這些焊劑有助于加深焊縫熔深。(2) 涂敷了活性劑的焊縫的最大抗拉強度均高于無活性劑的焊縫，其中活性劑SiO2 提高的最大，