隨著大容量、高蒸氣參數的超臨界及超超臨界機組不斷增加，原有的T91鋼已不能滿足超臨界及超超臨界機組安全運行的需要。T92鋼自出現以后，以其優異的綜合性能成為了超臨界及超超臨界機組的*選用鋼。T92鋼是一種高合金鐵素體耐熱鋼。T92鋼是在T91的基礎上，添加了1.5%-2%的鎢，降低了0.3%-0.6%的鉬的新型鐵素體耐熱鋼。

在實際生產過程中，焊接后的焊件中總是不可避免地存在焊接殘余應力，而焊接殘余應力又是決定焊接質量的一個至關重要的因素。焊接殘余應力產生的根本原因是由于焊接受熱不均勻。另外，焊接方法、焊接方向、焊接工藝參數、焊后的熱處理以及是否存在拘束條件等都對焊接殘余應力的產生有一定的影響。本文采用盲孔法對T92鋼在不同的焊速、不同熱處理溫度及有無外部拘束等條件下進行殘余應力測試，分析焊接殘余應力分布特征。

測試試件介紹

本文主要分析了無拘束和拘束兩種情況下，不同的焊速、不同的熱處理溫度對T92鋼管殘余應力分布的影響，共分4組12個試件，具體如下。

1. 無拘束條件下：A組試件：其他焊接條件相同，分別選取焊速為30、60、90mm/min；B組試件：其他焊接條件相同，分別選取熱處理溫度為650、700、750℃。

2. 拘束條件下：C組試件：其他焊接條件相同，分別選取焊速為30、60、90mm/min；D組試件：其他焊接條件相同，分別選取熱處理溫度為650、700、750℃。

本次實驗中采用手工鎢極氬弧焊，預熱溫度為150-200℃。母材選用材質為SA213-T92，規格為Φ48.3mm*9mm的T92鋼。拘束板可選用長度為100-120mm、厚度為14mm、寬30mm的“U”形鋼板。

盲孔法焊接殘余應力測試

采用盲孔法進行殘余應力測試，沿焊縫方向上，分別在焊縫區和左右熱影響區各選取三個測試點，測出焊接殘余應力值，計算平均值。測量出鉆孔前后各應變花的應變值ε₁、ε₂、ε₃，根據所測得的應變值，利用材料力學公式計算出沿焊縫方向的縱向殘余應力σ_x和垂直于焊縫方向的橫向殘余應力σ_y，計算公式如下：

式中A、B為應變釋放系數，與工件材料種類、孔徑大小、應變花尺寸等有關，通過實驗標定可得到A、B系數大小，分別為A=-0.226*10^-6、B=-0.646*10^-6。

試驗結果分析

試驗結束后，通過上述公式可得到各試件在焊縫區和左右熱影響區的平均縱向殘余應力和橫向殘余應力，A、B、C、D四組試件其試驗計算結果分別如圖1。

圖1試驗結果

在焊接過程中，不均勻的熱輸入是產生焊接殘余應力的重要因素，焊接溫度場的溫度分布越不均勻，焊接殘余應力越大。通過對比分析，由圖1（a）、（b）、（e）和（f）可知，在焊速為30mm/min時，殘余應力*大，并且隨著焊速的增加殘余應力不斷降低，但焊速由60增加到90mm/min時，殘余應力的降低量開始變緩。因此，在保證焊縫熔合良好的情況下，應盡可能提高焊速，以減小焊接熱輸入。焊速過慢產生較大殘余應力的主要原因是：當焊速過慢時，高溫停留時間變長，會造成熱影響區寬度增加，接頭晶粒變粗，力學性能降低，使焊件的殘余應力增大。

P92鋼在熱處理時有非常嚴格的溫度要求，幾十度的差別就會對焊接接頭性能產生很大的影響。從圖1（c）（d）（g）和（h）可知，適合的熱處理溫度可以提高焊接的組織穩定性、降低消除焊接殘余應力，同時無論有無拘束，當熱處理溫度為750℃左右時，P92鋼管焊接殘余應力趨于穩定，殘余應力值達到*低。結合現有的研究成果，可以推斷出P92鋼管焊后的*佳熱處理溫度在750℃左右。

焊件的拘束分為內部拘束和外部拘束。內部拘束是指焊件本身的剛性性能，與焊件的材質、焊件截面形狀及尺寸等有關。而外部拘束則是指外在的拘束條件。通過對圖1中測試結果對比分析可知，當焊件受到外部拘束時，同等焊接或熱處理條件下其焊接殘余應力較大，焊件變形變小；受到外部拘束條件下，焊件熱影響區的殘余應力值均大于焊縫區的殘余應力值，無外部拘束條件與之相反。

結論

本文采用盲孔法分別對拘束和無拘束、不同的焊熱和熱處理溫度條件下的T92鋼管進行焊接殘余應力測試，通過對比分析測試結果，可得出以下結論：

1. 在其他焊接條件相同的情況下，焊接殘余應力隨焊速的增大而減小，但當焊速增加到一定值時，殘余應力降低量會變緩。

2. 在其他焊接條件相同的情況下，通過熱處理可以有效地降低焊接殘余應力，但如果熱處理溫度過低，則無法達到減小殘余應力的目的。由此推斷出，T92鋼管焊接后的*佳熱處理溫度在750℃左右。

3. 當焊件存在外部拘束條件時，焊接殘余應力會增大，且焊件熱影響區的殘余應力值均大于焊縫區的殘余應力值。