的位置示意图见下面图4-3。
图4-3 测定硬度的位置示意图
4)当SA-335P91在不预热的条件下进行焊接时，其焊接热影响区的最高硬度为460，但采用预热时，随着预热温度的升高焊接热影响区的最高硬度逐渐下降，最高硬度从460下降到410,。这就说明了焊前采用预热措施，可以有效的降低SA-335P91的最高硬度值。
4.4.2 后热
后热的目的就是为了防止SA-335P91马氏体钢产生延迟裂纹，主要是消除扩散氢对P91钢的影响，同时也可以消除焊后的残余应力，降低其淬硬性。这样一来就可以提高焊接接头的塑韧性，也可以适当的改善一下组织，从而才能较为好的焊接接头力学性能。
后热也可以通过简单的计算来大概估计下后热温度值，根据下面的经验公式（4-9）进行计算。
[9]
TP(oC)?455.5[Ceq]p?111.4 （4-9）
式（4-5）Ceq??p?C?0.2033Mn?0.0473Cr?0.1228Mo?0.0292Ni?0.0359Cu
[9]
?0.0792Si?1.595P?1.692S?0.844V?C?eqp=0.1+0.2033×0.45+0.0473×9.00+0.1228×0.90+0.0292×0.40+0.0359×
0-0.0792×0.35-1.595×0.020+1.692×0.010+0.844×0.20
=0.731
然后将0.731代入公式（4-9）得
TP(oC)?455.5[Ceq]p?111.4 =455.5×0.731-111.4=221℃
4.4.3 层温或道温
对于厚度较大的焊件采用多层多道焊有着重要意义,但焊接层间温度的控制也是很重要的,如果不能很好地控制层间温度。就会使得到焊接接头性能不佳,由前面的SA-335P91钢的连续冷却组织转变图（CCT）可知,其马氏体开始转变温度（Ms）在400℃左右,超过其临界点就会发生组织转变,其组织就有可能不是马氏体组织,因而层间温度不能超过马氏体开始转变温度临界点,但是层间温度也不能过于低,应不低于其预热温
度值,防止其焊接接头产生冷裂纹。因而在采用钨极氩弧焊或者焊条电弧焊时层间温度因控制在预热温度以上，但在SA-335P91马氏体开始转变温度Ms点以下，因此P91的层间温度应控制在250～300℃之间。
4.4.4 线能量（电流、电压、焊接速度、气体流量和纯度、电极材料等）
焊接接头质量的好坏不仅与操作者的水平相关，还与电流、电压、纯度、气体流量和焊接速度、电极材料有关。因此有一个好的焊接工参数对焊接接头质量有着至关重要的作用。
表4-4 GTAW打底焊焊接工艺参数
钨极型号及规格（mm） WCe-2.0 Φ2.5 焊丝规格（mm） Φ2.4
焊层 焊接电流 焊接电压（V） 焊接速度（mm/min） 氩气流量（L/min）1 2 95～115 95～115 9～11 9～11 60～80 60～80 10～12/99.99%Ar 10～12/99.99%Ar 焊条电弧焊（SMAW）应该注意控制好层间的温度，要采用小的焊接参数、多层多道焊。其SMAW焊焊接工艺参数见下面表4-5。
表4-5 SMAW焊焊接工艺参数
焊条直径（mm） Φ2.5 Φ3.2 Φ4.0 焊接电流（A） 80～90 110～130 140～160 电弧电压（V） 20～22 20～24 20～25 焊接速度（mm/min） 80～120 140～180 180～220
4.4.5 热处理工艺
通过对于SA-335P91马氏体钢采用热处理工艺，可以很好的改善其焊接接头的性能，焊前焊后每一步的温度控制至关重要，通过制定一个焊接过程中的温度曲线图可以很清楚地表示每一步的温度大小。其SA-335P91钢的热处理工艺的示意图见下面图4-4。
图4-4 SA-335P91钢的热处理工艺图
下面就对热处理工艺的每一步进行详细的分析。首先是预热，预热的目的是为了减慢焊接的冷却速度，从而使得到的组织性能更好，同时也有利于扩散氢有足够的时间逸出，从而可以防止冷裂纹的产生。但是预热温度不能太高，如果预热温度过于高，就会在高温停留时间过长，奥氏体晶粒就会长大，逐渐冷却下来就会产生粗大的马氏体组织。采用200℃进行预热，可以很好地降低焊接接头组织淬硬性，从而提高SA-335P91钢焊接接头的塑韧性。由于管道的壁厚大，焊接时采用多层多道焊，因此必须得控制好层间温度，其层间温度不能超过马氏体开始转变温度Ms点,超过Ms点就会发生相变，从而得不到想要的焊接接头性能。但是层间温度也不能过低,应不低于其预热温度值,防止其焊接接头产生冷裂纹。因此一般的层间温度为250～300℃。焊接完成后接头冷却的温度控制很重要，焊后需慢冷到马氏体完成转变温度Mf点一下，这样可以使剩余的奥氏体基本转化为马氏体组织。因此焊后热处理不能随意从焊接温度直接升温进行回火热处理，如果立即进行回火处理，还有一部奥氏体未发生马氏体的转变，剩余的奥氏体会发生珠光体转变，或者碳化物在奥氏体晶界沉淀，产生粗大的铁素体和碳化物组织，严重降低接头韧性和强度。因为马氏体钢会出现空气淬硬倾向，所以也不能让焊接接头空冷至室温再进行热处理，同时常温下残余的奥氏体将会继续转变为马氏体，严重影响焊接接头性能。根据SA-335P91钢的原始供货状态为正火+回火，其回火温度为760℃，因而后热的温度一般不能超过760℃，一面产生一个软化区，影响接头的性能。
5 SA-335P91钢的焊接工艺评定试验
由于SA-335P91钢含有Cr，Mo，V，Nb等强碳化物元素，焊接接头在焊后从高温冷却过程中容易产生淬硬的马氏体组织,从而导致冷裂纹的产生,同时其他的工艺参数运用不当也会导致焊接接头的性能变成。这样一来P91钢在高温环境服役过程中热强性和抗氧化性会大大地下降,会对工厂的运作带来经济损失和人员伤亡。因此要充分的研究P91钢的工艺。通过SA-335P91钢的焊接工艺实验来优化P91的焊接工艺。
P91钢用带锯的方法进行下料，环缝采用钨极氩弧焊打底焊接，焊条电弧焊进行填充，同时由于P91钢的铬含量高，为了防止的铬的氧化烧损，在采用钨极氩弧焊进行打底焊接以及焊条电弧焊的第一、二两层时，要对管内通氩气保护。
5.1 焊接工艺评定实验所需的材料
（1）本次焊接工艺评定实验所用到的钢管
试验采用的钢管为日本住友金属提供的SA一335P91钢，其规格为508×45mm，P91钢的化学成分及常温力学能见下面的表5-1和表5-2。
表5-1 SA335-P91钢的化学成分
[4]
C 0.08～0.12 Mo 0.85～1.05 Mn 0.30～0.60 V
0.18～0.25 P≤ 0.020 N
0.03～0.07 S≤ 0.010 Ni≤ 0.40
Si 0.20～0.50 Al≤ 0.04 Cr 8.0～9.50 Nb 0.06～0.10 表5-2 SA335-P91钢的常温力学性能
σb(Mpa) ≥580
σ0.2(Mpa) ≥450
δ(%) 20
[5]
AK(J) 41
硬度HB ≤250
（2）本次焊接工艺评定实验所用到的焊接材料
本次焊接工艺评定实验所用到的焊接材料为美国生产的E9015-B9焊条和德国生产的SG-10CrMoVNb91焊丝。焊丝的规格为别为φ2.4，焊条的规格为φ2.5、φ3.2、φ4.0。
5.2 P91钢环缝焊接工艺评定实验
环缝焊接前对管道进行预热,焊接方法采用钨极氩弧焊打底,焊条电弧焊进行填充,同时注意控制好层间温度,层间温度不能太高.为了防止其焊缝发生氧化,影响焊接接头的性能,要进行氩气保护,焊接完成后让管道冷却到适当的温度后进行热处理,防止产生淬硬组织,提高焊接接头性能。其具体的实验要参照前面的焊接性及焊接工艺进行环缝
焊接工艺评定实验。
焊接工艺规范参数
预热温度。预热的目的就是为了减慢焊接冷却速度，从而避免快速冷却导致产生淬硬的马氏体组织，从而影响焊接接头的性能。一般手工电弧焊的最低预热温度为200℃,由于钨极氩弧焊是采用低氢的焊接方法其最低预热温度定为100℃综合前面的焊接工艺和焊接性实验，在采用钨极氩弧焊和焊条电弧焊时其预热温度为200℃左右。
焊接层间温度。层间温度控制不恰当，就会使得到焊接接头性能不佳,由前面的SA-335P91钢的连续冷却组织转变图（CCT）可知,其马氏体开始转变温度Ms在400℃左右,超过其Ms点就会发生组织转变,其组织就有可能不是马氏体组织,因而层间温度不能超过马氏体开始转变温度Ms点,但是层间温度也不能过低,应不低于其预热温度值,防止其焊接接头产生冷裂纹。因而在采用钨极氩弧焊或者焊条电弧焊时的层间温度因控制在预热温度以上，但在SA-335P91马氏体开始转变温度Ms点以下，因此P91的层间温度应控制在250-300℃之间。
焊接规范参数。焊接规范参数的选择不当同样影响焊接接头的性能。由于实验的管道的比较厚，采用了多层多道焊进行焊接，不适宜采用大的焊接电流焊接，因而直径较大的焊条不适合，其直径为φ5.0的焊条不行。总之，其焊接规范参数的选用要对焊接接头的性能有益才行。此次P91钢焊接工艺实验所选用的焊接规范参数如下表5-3。
表5-3 焊接规范参数
焊接方法
预热
层间温度
电流(A)
TIG焊 100℃
焊条电弧焊 200℃
{14}
电压(V) 焊接速度(mm/min)
60-80 80-220
90-115 9-11 ≤300℃
φ2.5 80-90 φ2.5 20-22 ≤300℃ φ3.2 110-130 φ3.2 23-24
φ4.0 140-160 φ4.0 23-25
探伤处理。焊接后环峰须经过100%的MT、100%UT无损探伤合格。
焊后热处理。前面的焊接工艺只是理论的确定了焊后热处理值，但在实际的生产中须找到一个最好的热处理温度范围，同时焊后热处理的一个重要目的就是要降低焊接接头组织的淬硬性和让扩散氢尽可多的逸出焊接接头，从而得到一个好的焊接接头性能。
通过做实验来了解热处理温度的不同对焊接接头性能的影响。用带锯将环缝试样按其一定要求锯开，将其分成两组，每组环缝分成三块，然后进行730℃、760℃、780℃不同规范的热处理，其热处理规范见下面表5-4。
表5-4 热处理规范
[1]
实验代号 热处理规范 730℃×3hr 760℃×3hr
A B A3 A6
B3 B6