珠光體耐熱鋼的焊接工藝評定內(nèi)容及其注意事項(xiàng)

王 勇 沈 科 施斌瑤

（常州朗脈潔凈技術(shù)有限公司，江蘇常州213149）

0 引言

隨著用戶的大量需求和國內(nèi)研究部門對珠光體耐熱鋼的進(jìn)一步深入研究，珠光體耐熱鋼在我國石化機(jī)械制造行業(yè)出現(xiàn)了一個(gè)嶄新的發(fā)展前景，在制藥設(shè)備要求嚴(yán)格的領(lǐng)域也有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α榱送苿?dòng)珠光體耐熱鋼在石油化工、制藥工程和其他工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，特在此介紹一些工作經(jīng)驗(yàn)，以求提高珠光體耐熱鋼設(shè)備的制造水平和產(chǎn)品質(zhì)量。

1 珠光體耐熱鋼焊接工藝評定及注意事項(xiàng)

珠光體耐熱鋼是以Cr、Mo為主要合金元素的低合金結(jié)構(gòu)鋼。鉻的作用是提高耐蝕性，鉻的氧化物比較致密，不易分解，能有效地起到保護(hù)膜作用；鉬是鋼中強(qiáng)化元素，鉬優(yōu)先進(jìn)入固溶體使其強(qiáng)化，提高鋼的熱強(qiáng)性。珠光體耐熱鋼廣泛應(yīng)用于600℃以下工作的設(shè)備中，它不僅具有良好的抗氧化性和熱強(qiáng)性，還具有一定的抗硫和氫腐蝕能力，同時(shí)具有很好的冷熱加工性能。但是，這種鋼淬硬傾向較大，焊接時(shí)在焊縫和熱影響區(qū)易產(chǎn)生硬而脆的馬氏體組織，而且還有很大的內(nèi)應(yīng)力，容易使焊縫的熱影響區(qū)產(chǎn)生冷裂紋，并且在焊后的熱處理過程中易產(chǎn)生再熱裂紋。與普通的低碳鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼相比，制訂珠光體耐熱鋼焊接工藝時(shí)，除防止焊接裂紋外，最重要的是保證焊接接頭性能，特別是高溫性能滿足要求。

1.1 焊接方法

焊接珠光體耐熱鋼的常用方法有焊條電弧焊、鎢極和熔化極氬弧焊、埋弧焊和電渣焊。

焊條電弧焊具有機(jī)動(dòng)、靈活，能作全方位焊接的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是建立低氫的焊接條件比較困難，從而使焊接工藝變得較為復(fù)雜。焊接珠光體耐熱鋼一般應(yīng)采用低氫型堿性焊條，多用于集管與接管的角焊縫。

鎢極氬弧焊（TIG焊）的焊接氣氛具有超低氫特點(diǎn)，能獲得純度較高的焊縫金屬。在珠光體耐熱鋼管道焊接中，TIG焊是提高焊接質(zhì)量的最重要方法，其缺點(diǎn)是焊接效率低。因此，對厚壁管道焊接時(shí)常采用TIG焊焊接根部焊道（打底），而填充層則采用其他高效率的焊接方法完成。如盤管制作多采用TIG焊，接管與法蘭的焊縫多采用TIG焊打底，焊條電弧焊蓋面的焊接工藝方法。

埋弧焊具有熔敷金屬高的優(yōu)點(diǎn)，在大厚度珠光體耐熱鋼焊接中得到廣泛應(yīng)用。其缺點(diǎn)是不能在空間任何位置進(jìn)行焊接，對于小直徑管和薄件很難發(fā)揮其應(yīng)有的效率，故一般不采用此種焊接方式。

電渣焊是效率最高的一種焊接方法，在焊接過程中產(chǎn)生大量的熱，可起到對母材預(yù)熱的作用，焊縫冷卻速度相當(dāng)緩慢，有利于氫的擴(kuò)散逸出。其缺點(diǎn)是焊縫和熱影響區(qū)晶粒粗大，接頭必須經(jīng)正火處理后才能使用。因此，這種方法不實(shí)用。

1.2 材料工藝評定

對比了以上幾種焊接方法后，針對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)制訂了很多種工藝評定，如表1、表2所示。

表112Cr1MoVG材料工藝評定（熱處理）

表212Cr1MoVG材料工藝評定

2 焊接材料的選擇

珠光體耐熱鋼焊接材料的選擇原則是焊縫金屬的合金成分、強(qiáng)度性能應(yīng)基本上與母材一致。若二者成分相差很大，其焊接接頭在長期高溫使用后，會因成分不均勻而導(dǎo)致合金元素的擴(kuò)散，使接頭高溫性能不穩(wěn)定；焊縫強(qiáng)度不能選得過高，以免使塑性變差，冷彎角變小，甚至形成裂紋。為了防止焊縫出現(xiàn)熱裂紋，其含碳量＜0.12%，但不得低于0.07%，否則焊縫金屬熱處理性、沖擊韌度、熱強(qiáng)性會變差。12Cr1MoVG材料的化學(xué)成分和焊材的化學(xué)成分如表3、表4所示。

表312Cr1MoVG材料的化學(xué)成分

表4 焊材的化學(xué)成分

從表3、表4的化學(xué)成分可以看出，母材與焊接材料的化學(xué)成分基本相當(dāng)，焊接材料的含碳量≤0.12%，這樣可以提高焊接接頭的韌性和抗熱、抗冷裂紋的能力。

3 預(yù)熱

預(yù)熱可以降低冷卻速度，是防止出現(xiàn)焊接冷裂紋和再熱裂紋的有效工藝措施之一。預(yù)熱溫度根據(jù)鋼的合金成分、接頭的拘束度和焊縫金屬的擴(kuò)散氫含量來確定，珠光體耐熱鋼焊接的預(yù)熱溫度范圍一般在150～350℃?？刹捎醚酢胰不鹧骖A(yù)熱12Cr1MoVG工藝評定試樣，預(yù)熱溫度控制在250℃左右、層間溫度≥250℃、加熱范圍為坡口兩側(cè)100mm處。只有當(dāng)預(yù)熱溫度和層間溫度均控制在馬氏體轉(zhuǎn)變終止溫度以下時(shí)，焊接結(jié)束后奧氏體才能在控制溫度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)變成馬氏體，并在馬氏體轉(zhuǎn)變完后再進(jìn)行焊后熱處理，使馬氏體得到回火而改善韌性。

4 定位焊

提高定位焊焊縫質(zhì)量也是防止出現(xiàn)焊縫裂紋的一個(gè)途徑，因?yàn)樵诙ㄎ缓笗r(shí)，電弧極不穩(wěn)定，冷卻速度很快，易產(chǎn)生微裂紋，正式焊接前如果不能徹底清除，往往被殘留在正式焊縫中，可能成為引起正式焊縫宏觀裂紋的內(nèi)因。因此，定位焊前除一定按要求預(yù)熱外，還必須要用正式的焊接工藝參數(shù)進(jìn)行定位焊。

5 焊接環(huán)境

珠光體耐熱鋼焊接受環(huán)境的影響很高，當(dāng)風(fēng)速過大，尤其是管內(nèi)穿堂風(fēng)過大時(shí)，易使焊接接頭淬硬，含氫量也會增加。因此，當(dāng)環(huán)境濕度、風(fēng)速等超過規(guī)定后，應(yīng)禁止施焊。

6 焊接熱輸入

從避免熱影響區(qū)金屬的淬硬性、減慢焊后冷卻速度、防止冷裂紋產(chǎn)生角度來看，適當(dāng)增大焊接熱輸入是有利的。但是，過大的焊接熱輸入會增加焊接應(yīng)力和變形，使熱影響區(qū)過熱程度高、晶粒粗化、晶界的結(jié)合能力降低，產(chǎn)生再熱裂紋的可能性增加，同時(shí)會使接頭韌性下降。綜合考慮，珠光體耐熱鋼焊接宜用較小的焊接熱輸入焊接。焊接時(shí)應(yīng)采用多道焊和窄焊道，不擺動(dòng)或小幅度擺動(dòng)電弧。焊接時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制工藝參數(shù)，表5是規(guī)格為φ60×5的12Cr1MoVG材料的管對接接頭的焊接工藝參數(shù)，采用手工氬弧焊接方法焊3層。整個(gè)焊接過程盡量連續(xù)完成，中斷時(shí)應(yīng)用保溫棉包好緩冷。采用多層焊接，中間層溫度不應(yīng)低于預(yù)熱溫度。

表5 焊接工藝參數(shù)

7 焊后熱處理

珠光體耐熱鋼焊后熱處理的目的不僅是消除殘余應(yīng)力，更重要的是改善接頭組織，提高其綜合力學(xué)性能，包括提高接頭的高溫蠕變強(qiáng)度和組織穩(wěn)定性，降低焊縫及熱影響區(qū)的硬度。珠光體耐熱鋼焊后一般作高溫回火處理，回火參數(shù)主要是加熱溫度和保溫時(shí)間。選擇回火參數(shù)時(shí)，應(yīng)考慮盡量避免在回火脆性及消除應(yīng)力裂紋敏感溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，并要規(guī)定在危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)較快的加熱速度。對于某些合金成分較低、拘束度較小的珠光體耐熱鋼焊接接頭，如焊前正確預(yù)熱，焊接材料選擇得當(dāng)，經(jīng)焊接工藝評定試驗(yàn)證實(shí)接頭具有足夠的塑韌性，可以取消焊后熱處理，高溫長期運(yùn)行對焊態(tài)下的接頭有補(bǔ)充回火熱處理效應(yīng)。12Cr1MoVG焊后熱處理溫度控制在700～740℃為宜，保溫時(shí)間根據(jù)工件厚度來定，一般取0.04t（t為工件厚度），但不少于15min。圖1為12Cr1MoVG材料的熱處理工藝曲線圖。

8 結(jié)語

圖1 熱處理工藝曲線圖

本文介紹了珠光體耐熱鋼焊接工藝評定及其注意事項(xiàng)，對珠光體耐熱鋼焊接方法與其工藝性進(jìn)行了分析，闡述了合理的焊接規(guī)范，其目的是為了提高珠光體耐熱鋼設(shè)備的制造水平和產(chǎn)品質(zhì)量，以推動(dòng)珠光體耐熱鋼在石油化工、制藥工程和其他工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

［1］NB/T47014—2011 承壓設(shè)備焊接工藝評定［S］

［2］陳祝年.焊接工程師手冊［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002