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在焊接工艺评定过程中暴露出的9Cr1Mo管道的延性降低。
工厂的可靠性和检验系统在关闭期间确定需进行详细检查的单元和部位的鉴定过程，在适当的时间段进行常规的视觉检查仍然是初始检测失效模式的主要方法。一旦发现或怀疑一种退化模式，非破坏性检测如表面方法、硬度测试、射线照相和表面复制等是对其进一步比较和评价的正常手段。
如果需要焊接服役材料，最常见和实用的方法之一是使用现有的合格的焊接程序，当现有的焊接工艺焊接新材料时，工艺相关的材料的视觉和冶金的变化是需要考虑的两个主要因素。这样的程序可能无法充分评估焊接接头的可焊性或性能。系统化的目视检查和使用退役材料进行焊接工艺鉴定测试的优势，特别是在风险是一个因素的低合金材料中被加强。本文提供了一种案例，其中强调了工艺条件会显着影响材料特性，特别是在高温中使用和工艺应用中经常使用的空气可硬化铁素体合金管道
1介绍
工厂检查管理的目标应该包括一种机制，它将确定压力设备检查的范围和最佳频率。故障（风险）概率和故障后果（严重程度）结合已知的运行经验和先前的检查数据构成受控监测的基础。在调试之前和随后的检查中收集的信息使操作员能够适当地分配资源并设置适当的检查频率。同样，这个范围必须根据设备及其过程进行量身定制，并且要详细和简洁，记录的信息显示和格式应该一致。为了实现有用和准确的进操作和并且和将来的比较，所使用的检查方法应当并且需要在关机或周转（TAR）情况下容易地应用。目测观察和记录是评估工作压力设备关闭过程中的变化和识别损伤机制的主要方法。
对于经过修改，修理和/或使用中被损坏的压力设备，通常需要进行焊接。在焊接时一个众所周知的会引起问题的因素是母材与新材料或者新部件之间冶金和机械性能有显著的差异。本文详细介绍了一种案例，将修改后的ASTM A335 [1]级P9 9％Cr1％Mo管（P9）焊接到新材料上。在标准弯曲试验中，焊接接头的延性降低到试验失败的程度。对焊接过程试样的目视观察在测试完成后往往不保留，但在评估失效模式时是有用的。本文件旨在强调在线焊接可能导致现有性能以及存在一些退化形式的接头性能显着降低。测试结果按时间顺序列出，首先在焊接时进行，随后进行更详细的冶金检查。
2背景
在充电加热器中，对辐射炉管组件进行例行的现场检查显示出多余的缩放比例。管道线圈或元件垂直悬挂，焊接到悬架入口和出口集合管，并在下端1808回弯（图5），焊接附件包括元件夹，在不同位置有热电偶附件。114外径6英寸的管壁[4 00 sch 40] P9管道已投入使用约11年。缩放比例似乎是不均匀的，并且足够重要，需要进一步研究。已经规划的工作程序要求将缩放管道的垂直部分替换为新的管道部分，以便提供用于详细评估的退役材料。该工作计划在下一届TAR上进行，在此之前将进行更详细的资源和方法规划。
3标准审核
有许多公认的检查出版物，特别适用于操作压力设备。无论采用哪种标准或规范，基本概念都是相似的。通常，在服务和施工情况下，除了基本标准的最低要求外，还必须遵守额外的所有者指定的标准
3.1 ASME B31.3 [2] - 过程管道
虽然燃烧加热器的内部管道超出了B31.3的范围，但在工厂过程和炉子供应管道的大部分设计为B31.3的情况下，它通常被引用和应用。例如，API 560[3]指定B31.3用于检测、检查和测试。
3.2 在线检测 - AS/NZS 3788 [4]
本标准定义的变质方式为Ⅲ类（ii）[4]或高温腐蚀。第III组包括通过简单的可视化手段检测到的缩放和金属损失，对于阳性鉴定需要显微镜评估。典型的III型（ⅱ）内部效应是渗碳，热H2攻击和氧化。
所有焊接到A级和B级的管道[5]都需要一个包括合格焊接程序的方法程序。管道更换或焊缝修理被归类为小型维修，需要业主根据议定的程序和文件提供合格的监督。 除了轻微的修理外，还包括焊接那些需要焊后热处理(PWHT)或设计修改的焊缝。此外，在服务之前，“除小修”外的维修情况必须由专业人员在完成后根据商定的维修程序检查。 建议在出现材料退化或污染的地方进行重复实际修复焊接的焊工资格测试。
3.3 AS/NZS 3992 [6]
该标准由AS / NZS 3788提名用于焊接鉴定，该标准具体指的是焊接修理、替换或在服务压力设备上的改装。如果AS / NZS 3788定义的退化已经确定，则必须确定退化的原因，并且焊接程序能够在退化的材料上产生可接受的焊接。
4.计划
在检验数据和材料审查期间，最好在TAR之前对任何退役和新材料之间的焊 接进行资格认定。有利于使用现有的新焊接程序而不是新服务的新因素包括：
（1）退役服务材料不可用。
（2）过去在使用中的材料对现有焊接程序的可接受性。
（3）焊接，PWHT，测试和评估所需要的时间
（4）资源的分配。
（5）对启动和可用性目标的影响。
支持在职资格的因素包括：
（1）某种形式的恶化是已知的，其根本原因和后果是未知的。
（2）对新焊接接头的任何服务进行评估，要求完成测试焊接
（3）退役服务的材料属性可能在设备恢复服务之后才能知道。
如果与使用中材料的焊接相关的故障发生，三种最可能的根本原因是，不合格的工艺，焊接程序的错误应用以及改变了服务性的基体金属。一个成功的测试焊接增加了信心，并且后者被认为是是根本原因
新焊接试验评估材料，焊工和程序的组合是否符合，接受或者指定的标准。
dagger;由于可能不需要或不可能进行封闭焊缝的流体静水压试验，所以测试焊缝可以提供水压试样并提高生产焊缝的满意度。
5.材料审查
5.1。应用
自20世纪50年代以来，9Cr1Mo标称材料一直用于石油化工应用中，要求在相对较高的温度（至600℃）下具有蠕变和中等的耐腐蚀性和抗氧化性，要求在最近的改性等级A335 P91具有相似的可焊性和PWHT要求。 P91等级为9Cr1MoV，经过修改后可提供比A335 P9更高的设计应力值，这些值经常用于发电应用。 P9常用于石油化工过程应用中的火焰加热炉炉管。
5.2。机械性能
最小UTS为413MPa（60ksi），SMYS为206MPa（30ksi）。轧机试验证书[19]和横向焊缝试验（6.4.1节）的实际UTS为553-590 MPa（80-85ksi），实际屈服值为275-290MPa（40-42ksi）。 50毫米标距的伸长率为34-35％。
5.3。焊接属性
室温焊接区的显微组织，力学性能，特别是硬度和延展性，是许多因素的产物及其相互作用的结果;冷却速率和预热，母体和消耗品组成以及PWHT。
5.4。热处理
热成品或冷拉管被重新加热，并等温退火，以产生贝氏体结构;在925℃下奥氏体化5分钟，然后在740℃保持45分钟。 3 - 10％铬铁素体钢的空气淬透性已经很好确定[7-9]，即由于铬含量相对较高，空气中的连续冷却足以引发奥氏体化温度下的马氏体相变。硬化量主要取决于冷却速度和碳含量。
5.4.1。淬透性
淬硬性是当钢从溶液处理或奥氏体状态迅速冷却时，以明显不同的方式进行转变的趋势。
碳，铬和钼增加淬透性并降低Ms点。典型的分裂或抑制转变发生在钢的非塑性的低温下，产生可导致开裂的高应力，特别是在存在敏感的微结构的情况下。
6.焊接资格
在生产焊缝中使用的2G（水平对接或沟槽，管轴垂直）位置使用了与ASME第IX节[10]相同的现有GTAW焊接工艺。
6.1。焊工资格
良好的实践要求焊工熟悉并能够在生产焊接前的特定工作范围内进行，而不管焊工资格的可接受的基本变量如何。具体的在职焊工资格认证的理由包括： （1）PWHT后的X线摄影对于P9是正常的。
（2）通常的做法是在不冷却至室温的情况下，从预热或Mf温度的较低值开始进行PWHT。
（3）通常较高的预热温度（200°C）会使焊接更加困难。
（4）清除效果可以通过视觉评估。
（5）焊缝和母材的性能可以评估。
6.2。预热和焊后热处理
预热和PWHT采用电阻法，通过两个热电偶监测数字显示的图表记录
6.2.1。预热
通过电阻法每个程序的最小预热温度为200℃。焊接过程中的层间温度在205和290℃之间。
各种规范，标准和规范建议在150到300摄氏度之间，反映在标准实践中并在过去40年中成功使用。 Beres和Balogh [11]提出，在此期间使用的经验温度不考虑碳和合金含量的变化。研究工作建议使用实际的材料成分来计算Ms（马氏体起始温度）和Ti（完全变换的#39;安全#39;温度），从中可以确定预热。该方法不能应用于实际含碳量未知的地方(如服务碳管)，但可以在其他在役应用中提供改进的焊接性能。
Ms = 454 - 210C 4.2/C - 27Ni - 7.8Mn - 9.5(Cr Mo V W 1.5Si）- 21Cu （1）
当等式（1）应用于表1中的典型组合物时，预热温度约为275℃。预热的主要原因是：
（1）通过降低基体和焊缝金属之间的温差并降低屈服点来降低焊接收缩应力。
（2）降低冷却速率以限制马氏体形成。
（3）当预热温度高到足以影响转变时，降低焊接硬度。
（4）通过降低预热温度下的缺口灵敏度来降低裂纹敏感性
（5）在预热温度下提高焊接条件下的抗氢致开裂性能
消耗品和钢铁制造商，标准和规格之间的推荐温度差异很大; 200摄氏度（393 F）通常在使用中应用。厚度方面，12.7毫米的最低预热温度为177摄氏度（350 F）[2]，生产焊缝和HAZ的硬度极限为241 HB; 200摄氏度[12,13];和148摄氏度（298 F）[14,15]。建议的温度最高可达315摄氏度(600 F)[8]，尽管每个文件化程序的最低限度通常是适用的，但由于实际原因而更受欢迎。一般来说，由于硬度和腐蚀的原因，发电应用与碳氢化合物工艺应用不同。
6.2.2。焊后热处理
焊接和目视检查后立即开始焊接。上下斜坡温度分别为200℃/ 8h，保温时间和温度分别为730℃和8℃。
6.3。焊接消耗品
安装气体透镜时，氩气屏蔽和吹扫速率在10至15升/分钟之间。 GTAW电线是ER505（ER80S-B8）到AWS A5.28，典型的C含量是0.08-0.1％。吹扫通过盘管入口和出口歧管保持。
6.4。 结果 - 初始测试焊接
所应用的非破坏性测试是视觉的，湿的可见磁性颗粒，表面硬度（HB）和射线照相术，所有这些都是可接受的。 破坏性试验为横向拉伸[16]，导向弯曲和宏观量AS为2205[17]，改进的HV5焊接和HAZ硬度测试为2205[17]。
6.4.1。横向对接拉伸试验
两种试样都符合所有的规范要求，在UTS为579和590 MPa时以韧性方式断裂。在根部区域没有明显的失效。
试验后对样品进行目测检查，结果显示一个退役标本在内管表面明显破裂（图1和2）。施加载荷的机制对于管道测试是正常的，其中测试台夹爪反向弯曲或“变平”样本的径向弦，以提供用于拉伸测试的轴向握紧力。应用荷载没有被记录，对于一般的延性管道钢来说，最显着的是裂纹，该裂纹似乎在边缘开始，穿过样本15mm，并且轴向传播再60mm到另一边缘。从视觉上看，裂纹在钳口外部的受限部分以脆性方式开始，以大约2mm深度的延性方式进行阻滞。轴向传播遵循内管表面上明显的轻微“波纹”过程诱导图案。 ID表面的硬度为330HV300g，表明横向的延展性较低。
6.4.2。宏到AS 2205.5.1
两种试样都符合AS / NZS 3992 [6]对1级结构的要求，ASME IX [16]对槽焊工艺评定没有要求进行宏观测试。按照规定评估放大倍数为5。肉眼可见带状层，内部退役表面2 mm深。
在外表面上可以看到具有相似外观的层，深度为0.5毫米。在根弯曲试样随后失败后，AS2205附加的硬度测量位置被确定
6.4.3。横向引导弯曲测试
两个38毫米宽的弯头（焊缝填充通道处于拉紧状态）均符合要求。在退役材料的焊接热影响区出现两个38 mm [1.500]宽根弯曲（根部拉伸）失效。断裂行为的变化是明显的，最初变脆并且在管脚附近发展到更加延展的韧性外观。另外两个根弯曲试验在19毫米[0.75]范围内被指定[16]。指定较窄的测试以减小弦长，即减少与38毫米试件相关联的反向弯曲或压扁效应。两个19毫米的标本都以与更宽的标本类似的方式失败了。所有根弯几乎立即失败，通过厚度故障一般发生在直到165°，包括弯角图4
6.4.4。硬度调查
根据AS 2205，在两个宏观样本中的第二个样本上完成了四次HV5横移。将退役材料内表面中所需的横移重新定位到横截面的中心，以避免带状层。从未受影响的新材料和退役材料的母材中指定更多的读数，随着第三次移动进入深色层中为1.5毫米。
以前的焊接服务和新的母体金属价值几乎相同。 165HV5的平均值与拉伸/硬度比较以及上述5.2和6.4.1中提供的轧机证书和焊接拉伸值的实际值有很好的相关性。焊缝金属和HAZ平均值分别为263和254，而黑化层的平均值分别是未受影响母体金属的261,100HV点。对于B31.3应用，当与HB相关时，焊缝金属结果处于上限，但241HB限制适用于表面焊接和HAZ，这是可以接受的
指定AS 2205.6.1时需要注意两
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