12Cr1MoVG鋼管的焊接方法探討

楊建棟

（新疆冶金建設(shè)公司）

12Cr1MoVG鋼管的焊接方法探討

楊建棟

（新疆冶金建設(shè)公司）

針對在施工中12Cr1MoVG珠光體耐熱鋼管的焊接問題，通過對其成分、性能及焊接性的分析，制定了相應(yīng)的焊接工藝。在實際生產(chǎn)中，按照此工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品具有良好的焊縫，能夠保證管道的安全運行。

12Cr1MoVG珠光體耐熱鋼；焊接性分析；焊接工藝

1 前言

12Cr1MoVG珠光體耐熱鋼是以Cr-Mo以及Cr-Mo基多元合金鋼為主，加入合金元素Cr、Mo、V。低合金珠光體耐熱鋼具有很好的抗氧化性、熱強性、抗硫和氫腐蝕的能力，工作溫度可高達600℃，廣泛用于制造鍋爐過熱管、主蒸汽管道等制造蒸汽動力發(fā)電設(shè)備。

某工程熱電鼓風站送制氧中壓蒸汽管道施工，共有兩趟DN200中壓蒸汽管道。管徑為D219×10（mm），最高工作壓力3.82MPa，設(shè)計壓力4.202MPa，設(shè)計溫度 450℃，試驗壓力 6.02MPa，材質(zhì)為12Cr1MoVG低合金珠光體耐熱鋼管。為保證工程質(zhì)量，針對12Cr1MoVG低合金珠光體耐熱鋼管的焊接性能進行了分析，并制定了焊接施工方案。

2 12Cr1MoVG鋼成分及性能淺析

珠光體耐熱鋼Cr的質(zhì)量分數(shù)一般為0.5%～9%，Mo的質(zhì)量分數(shù)一般為0.5%或1%。隨著Cr、Mo含量的增加，鋼的抗氧化性、高溫強度和抗硫化物腐蝕能力也都在增加。在Cr-Mo鋼中加入少量的V等元素后，可進一步提高鋼的熱強性。表1為12Cr1MoVG的化學成分，表2為12Cr1MoVG的室溫力學性能。

表1 12Cr1MoVG的化學成分（質(zhì)量分數(shù)） %

表2 12Cr1MoVG的室溫力學性能

珠光體耐熱鋼的組織為珠光體+鐵素體，通過基體固溶強化的方式提高其熱強性。合金元素Cr能形成致密的氧化膜，提高鋼的抗氧化性；Mo是耐熱鋼的強化元素，優(yōu)先溶于固溶體，強化固溶體。Mo的熔點高達2625℃，固溶后可提高鋼的再結(jié)晶溫度，有效地提高鋼的高溫強度和抗蠕變能力。Mo可以減小鋼材的熱脆性，還可以提高鋼的抗腐蝕能力。V可以形成細小彌散的碳化物和氮化物，分布在晶內(nèi)和晶界，阻礙碳化物聚集長大，提高蠕變強度。V可阻礙Cr和Mo形成碳化物，促進Cr和Mo的固溶強化作用。

3 12Cr1MoVG的焊接性分析

12Cr1MoVG珠光體耐熱鋼的焊接性與低碳調(diào)質(zhì)鋼相近，焊接中存在的主要問題是冷裂紋、熱影響區(qū)的硬化、軟化，以及焊后熱處理或高溫長期使用中的消除應(yīng)力裂紋。如果焊接材料選擇不當，焊縫中還有可能產(chǎn)生熱裂紋。

3.1 熱影響區(qū)硬化及冷裂紋的預防

12Cr1MoVG珠光體耐熱鋼中的Cr、Mo元素能顯著提高鋼的淬硬性，推遲冷卻過程中的組織轉(zhuǎn)變，提高過冷奧氏體的穩(wěn)定性。在焊接熱輸入過小時，熱影響區(qū)易出現(xiàn)淬硬組織；焊接熱輸入過大時，熱影響區(qū)晶粒明顯粗化。

當焊縫擴散氫含量過高、焊接熱輸入較小時，由于淬硬組織和擴散氫的作用，常在珠光體耐熱鋼的焊接接頭中出現(xiàn)冷裂紋?？刹捎玫蜌浜笚l和控制焊接熱輸入在合適的范圍，加上適當?shù)念A熱、后熱措施，來避免產(chǎn)生焊接冷裂紋。這就要求在實際生產(chǎn)中正確選定預熱溫度和焊后回火溫度防止冷裂紋的產(chǎn)生。

3.2 消除應(yīng)力裂紋（SR裂紋）

消除應(yīng)力裂紋出現(xiàn)在焊接熱影響區(qū)的粗晶區(qū)，與焊接應(yīng)力和焊接參與應(yīng)力有關(guān)。采用大熱輸入的焊接方法時，在高拘束應(yīng)力作用下，接頭處焊層間或堆焊層下的過熱區(qū)易出現(xiàn)消除應(yīng)力裂紋。在實際生產(chǎn)中采用高溫塑性高于母材的焊接材料，將預熱溫度提高，層間溫度控制在300℃左右，同時采用小熱輸入的焊接工藝，減小焊接過熱區(qū)寬度，選擇合適的熱處理制度，避免在敏感溫度區(qū)間（500～700℃）停留較長時間。

3.3 控制有害元素的含量

由于在回火脆化溫度范圍內(nèi)（350～500℃）長期加熱后，P、Sb、Sn等雜質(zhì)元素在奧氏體晶界偏析而引起的晶界脆化，同時與促進回火脆化的元素Mn、Si也有關(guān)。因此基體金屬必須控制有害雜質(zhì)元素的含量，焊縫金屬必須控制P和Si的含量，同時降低Si、Mn含量。

3.4 嚴格按焊接規(guī)范操作

通過碳當量參數(shù)來評定鋼材冷裂紋傾向，根據(jù)國際焊接學會（ⅡW）推薦的碳當量計算公式∶CE(ⅡW)=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15(%)=0.623，說明鋼材淬硬傾向大，焊接性差，必須嚴格按照焊接規(guī)范施焊，同時做好焊前需預熱及焊后熱處理工作防止產(chǎn)生裂紋。

4 焊接工藝方案的制定

在蒸汽管道的管子對接時，對打底焊縫的質(zhì)量要求較高，不僅要求焊縫熔透、背面齊平，還要求焊縫背面無渣或少渣，否則會影響管道的安全運行。根據(jù)12Cr1MoVG的焊接性分析，采用具有超低氫特點的鎢極氬弧焊（TIG）打底，選用直徑為Φ2.5mm的H08CrMnSiMoV（ER55-B2MnV）焊絲；手工電弧焊（SMAW）填充和蓋面，選用直徑為Φ3.2mm、Φ4.0mm的R317（E5515-B2-V）焊條。焊條使用前進行350～400℃烘干1～2h，隨爐冷卻到約150℃，放置在保溫桶內(nèi)，隨用隨取。

4.1 焊接工藝參數(shù)的確定

采用多層多道焊接，具體焊接工藝參數(shù)見表3。管道坡口形式及尺寸見圖1

圖1 管道坡口示意圖

表3 焊接工藝參數(shù)

采用磁力管道切割機，調(diào)整好角度進行坡口加工，坡口及兩側(cè)管子內(nèi)外各20～30mm范圍打磨干凈，直至露出金屬光澤，確保無油漬、鐵銹、水分、氧化物或其他有害的物質(zhì)。

4.2 管道的組對與點固焊

利用定位鋼板組對管道，保證管道內(nèi)壁齊平，錯邊量不得大于1mm。組對接口間隙要保持均勻一致，對接管口與管道中心線垂直，對接后管道平直。

將焊口均分為四等分，利用鎢極氬弧焊按照正式施焊的預熱要求和焊接材料及參數(shù)進行對稱點固焊，焊縫長度約5mm，保證焊縫牢固可靠，防止焊接變形。

4.3 焊前預熱

預熱是防止珠光體耐熱鋼產(chǎn)生焊接冷裂紋和消除應(yīng)力裂紋的有效措施之一。根據(jù)材料化學成分、焊接性、接頭拘束度、厚度等因素綜合考慮，按照250～350℃的溫度預熱。采用火焰加熱的方式進行局部預熱，以焊縫為中心，每側(cè)不小于100mm的預熱寬度。在整個焊接過程中，應(yīng)保持層間溫度不低于預熱溫度。

4.4 打底層焊接

將管件處于水平轉(zhuǎn)動位焊接，焊接時采用短弧，焊槍盡可能與工件表面垂直，有利于氬氣對焊接熔池的保護。焊槍和焊絲可稍作橫向擺動，保證坡口兩側(cè)熔透。同時，要控制好熔池溫度防止產(chǎn)生焊穿和焊瘤缺陷。在接頭部位，要用手提砂輪打磨弧坑，將弧坑處的收弧裂紋和氣孔等焊接缺陷清除，然后繼續(xù)引弧焊接。

4.5 填充層焊接

采用短弧焊接，且熱輸入量不宜過大。焊接時焊條可作小月牙形運條，在坡口兩側(cè)要停留0.5～1s,焊接層間必須徹底清理焊渣,發(fā)現(xiàn)有氣孔等焊接缺陷時,用手提砂輪將焊接缺陷除掉收弧時必須將弧坑填滿，以免產(chǎn)生弧坑裂紋。各層間的接頭應(yīng)錯開，不得有重疊。

4.6 蓋面層焊接

選擇合適的焊條角度，運條要均勻，防止在坡口邊緣產(chǎn)生咬邊缺陷。焊縫余高要控制在1～3mm，避免焊接接頭在使用中產(chǎn)生應(yīng)力集中。

4.7 焊后熱處理

焊接結(jié)束后，立即采用復合硅酸鹽板等保溫材料將焊縫和近縫區(qū)覆蓋保溫,使接頭緩慢冷卻。至室溫后立即進行焊后熱處理，采用電加熱的處理方式。加熱范圍以焊縫為中心，每側(cè)不小于100mm，將電加熱極固定在加熱區(qū)域，用復合硅酸鹽板等保溫材料覆蓋加熱器，再用鐵絲將保溫材料固定好。熱處理溫度溫度為720℃，具體熱處理工藝曲線如圖2所示。

圖2 熱處理工藝曲線

5 結(jié)束語

針對D219×10（mm）的12Cr1MoVG珠光體耐熱鋼制定的焊接工藝，焊接后的實踐表明，焊縫無夾渣、咬邊、裂紋、弧坑、氣孔等缺陷，對焊縫進行100%的X射線探傷，未發(fā)現(xiàn)任何缺陷。管道試壓一次性通過，滿足設(shè)計要求，可保障管道的安全運行。

Discussion the Welding Method of 12Cr1MoVG Steel Tube

YANG Jian-dong
（Xinjiang Metallurgical Construction Company）

With regard to the welding problem of 12Cr1MoVG pearlitic hear-resisting steel tube during construction, the corresponding bonding technology is produced through the analysis in terms of its ingredient,property and weld ability.In the actual production,the products,produced by this technology are well welded so as to ensure the pipeline could operate safely.

12Cr1MoVG pearlitic hear-resisting steel tube；weld ability analysis；bonding technology

TG457.6

A

1672—4224（2015）04—0051—03

聯(lián)系人：楊建棟，男，30歲，本科，助理工程師，烏魯木齊（830057）新疆冶金建設(shè)公司

E-mail:335491666@qq.com