SA335P91钢是一种改进型的9Cr-1Mo钢，是由美国橡树岭国家实验室和美国燃烧公司研究开发的，它是一类在9Cr－1Mo钢基础上加入了V、Nb、N、Ti、Al合金元素的改进型的新钢种。由于该钢种具有良好的抗高温氧化和抗蠕变性能，同时热强性好，能有效地减轻结构自重，因而近几十年应用在美、欧、日等发达国家的电站设备中。我国也从20世纪90年代中期引进了该钢种，并应用于十余座火力发电厂中，但由于P91钢属马氏体钢，具有一定冷裂倾向和接头脆化倾向，因而对焊接工艺和热处理工艺有严格的要求，操作技术上也有一些特点。
1 焊接材料及方法
（1）P91钢管规格为￠325.5mm×29.5mm，焊接材料由AEC提供，包括￠2.4mm的CM-91G焊丝，￠3.2mm和￠4.0mm的CROMOCORD9M焊条，熔敷金属化学成分见表1。
（2）焊接工艺为手工钨极氩弧焊打底，电弧焊盖面，管内壁充氩保护。接头形式为双V形坡口对接焊缝，该坡口扩大了底层的焊接空间，易于焊丝摆动，熔合良好，使熔滴准确到位并焊透，以保证背面成形的均匀性。
2 焊接加热规范
根据国外有关资料介绍，P91钢除TIG焊外，其他工艺，不论材料厚度多少，预热温度都需要至少200℃，而对TIG焊来说，由于其非常低的扩散氢含量，预热温度可以放宽至100－150℃左右，最高层间温度一般限制在300℃左右，这样可以保证每道焊缝都转变为马氏体组织，从而在下一道焊缝的热循环下都得到部分回火。
焊后热处理温度的选择也有一些限制因素：这一温度须高于各种标准所规定的最低温度，即高于730℃，在实际操作中，为使焊缝金属获得足够的回火，实际的处理温度明显需要高于这一水平（但不超过780－790℃）。实际焊接施工中，经755℃保温2－3h的热处理，可得到满意的冲击韧性，而且也保证了整个焊接接头区的硬度低于300HV，焊缝金属硬度一般为2402－280HV。
预热是反之再热裂纹和冷裂纹的有效手段。德国标准规定预热和层间温度应在180－250℃，不要超过350℃，焊后热处理之前，必须将材料冷却到150℃以下，应力较大时，冷去温度不要低于100℃。如果在室温下冷却，应严禁潮湿。采用150－350℃的预热温度，有利于焊工的操作，保证打底的质量。同时，还可以适当降低焊接电流，避免出现弧坑裂纹，并有利于防止冷裂纹和再热裂纹。但当预热温度低于280℃时，焊条熔化时有“噼啪”声，熔池变得不稳定。焊后缓慢降温到100－150℃，保温1h，热处理后可以获得良好性能的焊接接头，这对于以后高温长时间运行的组织稳定性是有好处的。
为了尽可能降低焊接残余应力，应采用较高的温度，但温度过高，有可能降低钢材的抗拉强度，破坏钢材的原有组织和性能，促使碳化物的聚集和长大。为得到合适的硬度和良好的韧性，我们选择750－770℃的焊后热处理温度，从实际情况看，是可行的。
综合分析以上因素，最终确定的加热规范如图1所示，科技术要求如下：
（1）升、降温速度≤160℃/h。
（2）温度再300℃以下可不予控制。
（3）焊后若来不及进行热处理，则应立即进行脱氢处理，处理温度为300－350℃，恒温2h。
3 焊接工艺参数
（1）水平固定，其焊接工艺参数见表2。
（2）垂直固定，其焊接工艺参数见表3。
4 焊接操作工艺
4.1 双层TIG打底焊
采用双层TIG焊打底，这样做一是因为TIG打底一层时焊层较薄会导致击穿，影响根层焊缝质量；二是因为TIG焊第二层时能降低对第一层背面焊缝的氧化程度。应注意，第一层打底时，应边打底边揭开充氩保护胶布，以防止空气进入焊后内部影响打底质量。
4.2 合理控制管内保护氩气流量
P91钢根层焊接存在较大的表面氧化问题，因此必须采取管内充氩保护措施。一方面要合理控制氩气流量，大径管一般控制再20－30L/min为宜；另外要使管内氩气有流动性以提高保护气Ar纯度，从而再次降低焊接接头的热输入量。考虑到焊接根部第二道焊缝时对第一道焊缝的高温氧化影响，内保护气一直持续到第二道焊缝焊完。
4.3 多层多道焊
采用多层多道焊不仅可以控制焊接线能量，而且，后层焊道对前层的热处理能细化晶粒，改善接头性能。
4.4 双人焊接操作
大径厚壁P91管均应采用双人焊接，打底时一人焊接，一人从另一侧进行监视打底焊情况，如图2所示。
通过实际操作试验发现，由于母材、焊材的合金元素含量高，液态金属的流动性较差，因此焊接时应特别注意以下几点：
（1）焊条必须按照说明书中规定的300－350℃保温2h烘焙，以保证焊条的干燥性。
（2）由于液态金属流动性差，安装对口时应适当加大对口间隙（3－4mm），打底时，焊接电流应适当，以保证根部焊接质量。
（3）焊条的引弧电流过小，易粘焊条；但焊接电流过大，则造成熔池不清，易形成夹渣缺陷。因此，选择适当的焊接电流是保证焊接质量的关键。
（4）由于P91钢易出现冷裂纹和弧坑裂纹，因此焊接时应注意降弧坑填满，可以采用逐渐减小电流或采用断弧叠加法收弧。
（5）该焊条的焊渣不易清理，应注意层间清理，特别是接头部位，必要时采用砂轮机打磨，以保证接头质量。
（6）每层焊道不可过厚。
5 焊接工艺评定结果
P91钢最容易产生的缺陷是夹渣，主要分布于坡口边缘，主要是由于清渣不彻底造成。当焊条烘干不好时，出现焊接缺陷的可能性会进一步加大。
焊接接头的抗拉强度为656－691MPa,延伸率为25％－27％，均超过了规定的标准。冷弯试验的16个试样，除2个试样有横向裂纹外（在弯曲到50℃以后出现的缺陷），其余的14个试样的弯曲试验满足了要求。冲击韧性的值由于受缺口部位加工精度的影响，其冲击韧度为70－90％J/cm2。
P91钢的焊态硬度为300－330HB，热处理后的焊缝硬度 为240－250HB。但从热处理后的实际情况看，焊缝硬度主要分布在180－240HB。
