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摘要：P91是近几年才产出的合金，具有较高的耐热性能，且相对于其他合金来说性价比较高。为此，在石油化工装置中得以广泛应用，尤其是作为石油化工装置的管道材质方面的应用更多。文中就对P91耐热钢管的焊接性能进行分析，并且通过具体的工艺试验来确定P91耐热钢管的焊接特点及工艺，旨在为合理选择管道焊接的工艺提供参考。
关键词：P91耐热钢管；耐热性；焊接性能
1、引言
P91是在9%Cr～1%Mo钢的基础上添加定量的铌、钒及氮等元素得来的新型合金，其在耐热性能上具有较大的优势，一般情况下可以在500～600℃的温度下长期使用。由于这一特性，在发电厂、石油化工等需要高温作业的行业得以广泛应用。为此，以往使用的P22耐热钢管已经无法满足生产的需求。而P91耐热钢管凭借较好的耐热性能将其成功取代，要想使其石油化工生产中充分发挥自身的性能，就需要对针对P91耐热钢管的焊接进行研究，文中就针对这一问题进行研究，旨在使其能够在石化行业中具有良好的应用前景。
2、P91钢管的焊接性能分析
2.1焊接开裂分析
由于P91耐热钢管具有较多的合金含量，并且淬硬性能也较于P22耐热钢管大，在进行焊接操作时会受到钢管中氢元素分布的影响，如果焊接的接头处含氢量较大，很容易出现开裂现象。通常用来控制氢致开裂现象的主要手段有：将焊接接头的预热温度控制在200℃以上；通过选择低氢的焊接方式和材料来降低焊接时氢对焊接效果的影响，在焊接完成之后需要马上采用特定的手段对焊接的接头处进行消氢操作，达到接头处的氢溢出的效果。虽然P91耐热钢本身就具有抗氢致开裂的作用，还是需要注意在进行热处理之前将温度冷却至200℃以下，这样才能保证焊接金属的马氏体完全完成转换。
2.2焊接接头力学性能影响因素分析
焊接接头室温拉伸性能影响因素。针对P91耐热钢管的焊接作业中通常使用与母材的成分类似的材料来焊接，为此，P91耐热钢管焊接接头的强度要高于一般的材质。对P91耐热钢管进行焊接时在循环高温的作用下，焊缝区域及周边的热影响区域形成的晶粒要大于一般材质，并且具有较强的硬度和抗火软化特性，为此，P91耐热钢管接头的抗拉强度会普遍高于母材。
焊接接头冲击韧性的影响因素。可以通过在P91耐热钢内添加锐、钒、氮等元素来改善P91耐热钢的强度，从而达到降低焊接接头冲击韧性的效果。除此之外，还可以在焊接完成之后对焊接接头进行回热处理，这也是保证焊接金属冲击韧性的办法之一。需要注意的是在进行回热处理时，温度要适当，因为当处理温度过高时很容易在接头处再次产生奥氏体相，严重影响接头的冲击性能。在温度过低的情况下，焊接接头的马氏体组织得不到充分的热量，也会影响焊接接头的冲击性能。
据以往的焊接作业可得，材料中的氧含量也会对焊接接头的冲击韧性造成影响，表现为氧含量低，则冲击韧性高。为此，在进行焊接工艺和材料选择时，应该优先考虑工艺的含氧量和材料中的含氧量。在进行多层多道的焊接作业时，对后道进行焊接是产生的热循环会对前面的焊道造成一定影響，前面的焊道会在热循环的作用下再次产生奥氏体，从而形成细化的结晶，提升焊接接头的冲击韧性。
2.3焊接接头高温蠕变强度的影响因素
P91的主要成分为1%C、9%Cr、1%Mo，通过添加定量的铌、钒和氮元素使其在常温下保持全马氏体组织，因此，具有较强的抗高温能力。在进行P91耐人钢管焊接材料选择时，需要选择与母材成分较为接近的材料。由于添加元素之后很可能会对焊接接头的冲击韧性造成影响，为此，需要将P91耐热钢管焊材的相关元素含量控制在母材同等含量，以此来保证焊接接头的最佳蠕变性能，除此之外的其他元素可以低于母材的元素含量。
需要特别注意的是让焊缝的金属全面形成马氏体组织，是确保焊接接头具备高温蠕变强度的重点。通常为达到控制耐热钢管焊缝金属组织的目的，可以在焊接的工程中将间层的温度控制在300℃以下，这样做的好处是可以将每一道焊缝组织都形成马氏体，除此之外，还确保在进行下一道焊缝焊接时产生的回火对这一道焊缝形成有利影响。
3、P91耐热钢管的焊接工艺实验
3.1焊接方法的选择
为了保证焊接质量，控制焊接接头热影响区的组织和性能，采用钨极气体保护焊+焊条电弧焊进行P91耐热钢管的焊接。
3.2坡口形式的选择
在选择焊接坡口形式时，应考虑尽量减少焊接层数和金属填充量，以便于控制焊接接头的组织和性能。同时，为了防止母材金属的氧化，保证焊接坡口的质量，选用机械加工的方法进行坡口的制备。
3.3焊前、焊后的清理
为了保证焊接质量，控制焊缝金属的组织、性能，P91耐热钢管焊接前，应采用机械方法，对焊接坡口及其两侧各50mm范围内的氧化皮、油脂、灰尘、水和污染物等进行彻底清理。焊接完成以后，应立即使用专用的不锈钢丝刷趁热擦刷焊道表面，消除焊缝表面的氧化色。
3.4预热及层间温度的选择
为了降低P91耐热钢管焊接接头的氢致开裂倾向，钨极气体保护焊焊前预热温度控制在100～150℃，其余焊接方法焊前预热温度控制在200～250℃。为了提高焊接接头的冲击韧性，层间温度应镇300℃。
3.5焊接过程中的其他注意事项
除了上述内容之外，还需要注意在进行P91耐热钢管焊接时适宜多层多道焊接，焊接的整个过程要注意对焊接线能量的严格控制；保证焊道每层的金属厚度低于3mm；焊接作业时需要控制焊枪的摆动幅度，要采取小幅度、快焊接的方式进行；为了确保焊接质量，可以采用小直径的焊丝，同时焊接使用的电流和电压也可以适当调低；通过大直径的喷嘴可以有效提升气体流量，从而达到保护效果。
4、结语
将工艺实验中所得的参数投入到具体的管道焊接工程之后，采用X射线无损检测技术对管道的焊接质量进行检测发现合格率可以达到99%。这就充分说明了，对P91耐热钢管进行焊接之前，对其焊接性能以及材料选择、焊接工艺进行分析是必要之举，通过对焊接作业中的各个环节进行控制，可以有效提升焊接质量。
参考文献：
[1]李毅.SA335P91马氏体耐热钢主蒸汽管道的焊接[J].焊管，2012，35（12）：50-53；
[2]刘江卫.大径厚壁P91钢管道焊缝根部缺陷的修复[J].热处理，2014（4）：71-73.
作者简介：
胡瑞昌，身份证号：130523198212142252
关键词：P91耐热钢管；耐热性；焊接性能
1、引言
P91是在9%Cr～1%Mo钢的基础上添加定量的铌、钒及氮等元素得来的新型合金，其在耐热性能上具有较大的优势，一般情况下可以在500～600℃的温度下长期使用。由于这一特性，在发电厂、石油化工等需要高温作业的行业得以广泛应用。为此，以往使用的P22耐热钢管已经无法满足生产的需求。而P91耐热钢管凭借较好的耐热性能将其成功取代，要想使其石油化工生产中充分发挥自身的性能，就需要对针对P91耐热钢管的焊接进行研究，文中就针对这一问题进行研究，旨在使其能够在石化行业中具有良好的应用前景。
2、P91钢管的焊接性能分析
2.1焊接开裂分析
由于P91耐热钢管具有较多的合金含量，并且淬硬性能也较于P22耐热钢管大，在进行焊接操作时会受到钢管中氢元素分布的影响，如果焊接的接头处含氢量较大，很容易出现开裂现象。通常用来控制氢致开裂现象的主要手段有：将焊接接头的预热温度控制在200℃以上；通过选择低氢的焊接方式和材料来降低焊接时氢对焊接效果的影响，在焊接完成之后需要马上采用特定的手段对焊接的接头处进行消氢操作，达到接头处的氢溢出的效果。虽然P91耐热钢本身就具有抗氢致开裂的作用，还是需要注意在进行热处理之前将温度冷却至200℃以下，这样才能保证焊接金属的马氏体完全完成转换。
2.2焊接接头力学性能影响因素分析
焊接接头室温拉伸性能影响因素。针对P91耐热钢管的焊接作业中通常使用与母材的成分类似的材料来焊接，为此，P91耐热钢管焊接接头的强度要高于一般的材质。对P91耐热钢管进行焊接时在循环高温的作用下，焊缝区域及周边的热影响区域形成的晶粒要大于一般材质，并且具有较强的硬度和抗火软化特性，为此，P91耐热钢管接头的抗拉强度会普遍高于母材。
焊接接头冲击韧性的影响因素。可以通过在P91耐热钢内添加锐、钒、氮等元素来改善P91耐热钢的强度，从而达到降低焊接接头冲击韧性的效果。除此之外，还可以在焊接完成之后对焊接接头进行回热处理，这也是保证焊接金属冲击韧性的办法之一。需要注意的是在进行回热处理时，温度要适当，因为当处理温度过高时很容易在接头处再次产生奥氏体相，严重影响接头的冲击性能。在温度过低的情况下，焊接接头的马氏体组织得不到充分的热量，也会影响焊接接头的冲击性能。
据以往的焊接作业可得，材料中的氧含量也会对焊接接头的冲击韧性造成影响，表现为氧含量低，则冲击韧性高。为此，在进行焊接工艺和材料选择时，应该优先考虑工艺的含氧量和材料中的含氧量。在进行多层多道的焊接作业时，对后道进行焊接是产生的热循环会对前面的焊道造成一定影響，前面的焊道会在热循环的作用下再次产生奥氏体，从而形成细化的结晶，提升焊接接头的冲击韧性。
2.3焊接接头高温蠕变强度的影响因素
P91的主要成分为1%C、9%Cr、1%Mo，通过添加定量的铌、钒和氮元素使其在常温下保持全马氏体组织，因此，具有较强的抗高温能力。在进行P91耐人钢管焊接材料选择时，需要选择与母材成分较为接近的材料。由于添加元素之后很可能会对焊接接头的冲击韧性造成影响，为此，需要将P91耐热钢管焊材的相关元素含量控制在母材同等含量，以此来保证焊接接头的最佳蠕变性能，除此之外的其他元素可以低于母材的元素含量。
需要特别注意的是让焊缝的金属全面形成马氏体组织，是确保焊接接头具备高温蠕变强度的重点。通常为达到控制耐热钢管焊缝金属组织的目的，可以在焊接的工程中将间层的温度控制在300℃以下，这样做的好处是可以将每一道焊缝组织都形成马氏体，除此之外，还确保在进行下一道焊缝焊接时产生的回火对这一道焊缝形成有利影响。
3、P91耐热钢管的焊接工艺实验
3.1焊接方法的选择
为了保证焊接质量，控制焊接接头热影响区的组织和性能，采用钨极气体保护焊+焊条电弧焊进行P91耐热钢管的焊接。
3.2坡口形式的选择
在选择焊接坡口形式时，应考虑尽量减少焊接层数和金属填充量，以便于控制焊接接头的组织和性能。同时，为了防止母材金属的氧化，保证焊接坡口的质量，选用机械加工的方法进行坡口的制备。
3.3焊前、焊后的清理
为了保证焊接质量，控制焊缝金属的组织、性能，P91耐热钢管焊接前，应采用机械方法，对焊接坡口及其两侧各50mm范围内的氧化皮、油脂、灰尘、水和污染物等进行彻底清理。焊接完成以后，应立即使用专用的不锈钢丝刷趁热擦刷焊道表面，消除焊缝表面的氧化色。
3.4预热及层间温度的选择
为了降低P91耐热钢管焊接接头的氢致开裂倾向，钨极气体保护焊焊前预热温度控制在100～150℃，其余焊接方法焊前预热温度控制在200～250℃。为了提高焊接接头的冲击韧性，层间温度应镇300℃。
3.5焊接过程中的其他注意事项
除了上述内容之外，还需要注意在进行P91耐热钢管焊接时适宜多层多道焊接，焊接的整个过程要注意对焊接线能量的严格控制；保证焊道每层的金属厚度低于3mm；焊接作业时需要控制焊枪的摆动幅度，要采取小幅度、快焊接的方式进行；为了确保焊接质量，可以采用小直径的焊丝，同时焊接使用的电流和电压也可以适当调低；通过大直径的喷嘴可以有效提升气体流量，从而达到保护效果。
4、结语
将工艺实验中所得的参数投入到具体的管道焊接工程之后，采用X射线无损检测技术对管道的焊接质量进行检测发现合格率可以达到99%。这就充分说明了，对P91耐热钢管进行焊接之前，对其焊接性能以及材料选择、焊接工艺进行分析是必要之举，通过对焊接作业中的各个环节进行控制，可以有效提升焊接质量。
参考文献：
[1]李毅.SA335P91马氏体耐热钢主蒸汽管道的焊接[J].焊管，2012，35（12）：50-53；
[2]刘江卫.大径厚壁P91钢管道焊缝根部缺陷的修复[J].热处理，2014（4）：71-73.
作者简介：
胡瑞昌，身份证号：130523198212142252