高惠福

摘要：針對楊廠125MW工程,，SH3級過熱器出口聯(lián)箱與主蒸汽管道聯(lián)接項(xiàng)目（X10CrMoVNb91與12Cr1MoV）異種鋼焊接接頭焊接工藝試驗(yàn)，提出采用氬弧焊封底（焊絲：C9MV-IG）,，焊條電弧焊填充、蓋面（焊條：Chromo9V）,，并適當(dāng)控制焊縫線能量,。為了盡量減小填充金屬，坡口形狀選用雙V型,，采用這種焊接工藝,，焊接接頭可以獲得優(yōu)良的焊縫。
 
（關(guān)鍵詞）異種鋼   線能量   工藝試驗(yàn)   冷裂紋
1.前言
    結(jié)合楊廠125MW工程,，SH3級過熱器出口聯(lián)箱與主蒸汽管道聯(lián)接項(xiàng)目溫度高,，壓力高，鋼種復(fù)雜,，為了設(shè)備的安全運(yùn)行,，對其作異種鋼焊接接頭焊接工藝試驗(yàn)。
    管材：X10CrMoVNb91與12Cr1MoV    規(guī)格：Φ406×32

2.焊接性分析
    X10CrMoVNb91屬于Cr9%+Mo1%類馬氏體高合金耐熱鋼,，這類鋼由于含鉻,、鉬元素較高，焊接性能較差,，有淬硬傾向,。12Cr1MoV鋼屬于珠光體耐熱鋼，是我國目前火力發(fā)電廠熱力設(shè)備中應(yīng)用很廣泛,，其主要問題是在拘束應(yīng)力較大的情況下,，有冷裂紋傾向。當(dāng)這二種材料焊接時,，焊接接頭會出現(xiàn)如下特點(diǎn)：
2.1焊接接頭的脆化
2`1.1晶粒粗大引起脆化
    焊縫及熱影響區(qū)的粗晶區(qū)加熱溫度超過1100℃,，晶粒長大較快，在1100℃以上停留時間越長,，焊接線能量越大,，晶粒粗大越嚴(yán)重，這種晶粒粗大引起的脆化現(xiàn)象，在P91這一邊焊接接頭更為嚴(yán)重,，所以,，必須控制焊接線能量，不能大,。
2.1.2淬硬組織引起脆化
    對于焊條電弧焊,，冷卻是比較快，電弧一離開馬上開始迅速降溫,。因此,，在以下容易出現(xiàn)淬硬組織，形成粗大的馬氏體組織,，這是導(dǎo)致淬硬組織脆化的原因,，所以需要對焊接線能量控制和合理的焊接工藝選擇。
2.2冷裂紋
    冷裂紋是在焊后冷卻過程中,，在Ms點(diǎn)以下或更低的溫度區(qū)間（甚至在室溫下）逐漸形成的一種裂紋,，產(chǎn)生冷裂紋的有三個因素：
2.2.1鋼種的淬硬傾向
    合金成分含量越多，淬硬傾向越大,，焊后易得到硬度很高的馬氏體組織,，馬氏體組織具有明顯的空氣淬硬傾向，使焊縫金屬脆性增加,。在焊接熱循環(huán)作用下,，經(jīng)高溫過熱，焊縫及熔合線附近晶粒急劇長大,，加上焊接殘余應(yīng)力的作用,，極易形成冷裂紋。此外,，這兩類鋼的碳當(dāng)量值均較高,，珠光體鋼12Cr1MoV的碳當(dāng)量值為0.56%，馬氏體高合金耐熱鋼X10CrMoVNb91的碳當(dāng)量值為2.1%,，均超過產(chǎn)生冷裂紋的碳當(dāng)量極限值0.4%,，所以冷裂紋傾向均很大。
2.2.2氫的含量及其積聚程度
    含氫量越高,，冷裂傾向越大,，氫濃度高的部位，容易形成冷裂紋,。焊縫中的氫來源：母材,、焊材，所以電站焊接重要部件都用堿性焊條,，就是為降低焊縫的含氫量,，也叫低氫型焊條,。
2.2.3焊接接頭的應(yīng)力狀態(tài)
    拉伸拘束應(yīng)力的存在是產(chǎn)生冷裂紋的充分條件，拉應(yīng)力大,，開裂傾向大,，因此要避免強(qiáng)行對口。
    以上三個條件中,，不一定三個因素同時存在 才有冷裂紋,，可能是某因素起主要作用也會開裂。
    2.3 X10CrMoVNb91+12Cr1MoV在焊接過程中,，為保證焊接接頭的質(zhì)量,，防止各種問題的出現(xiàn)，應(yīng)要制定合理的焊接工藝,。
3.焊接工藝
    X10CrMoVNb91+12Cr1MoV鋼焊接工藝采用GTAW（氬弧焊）+SMAW（電弧焊）的焊接方法,。對本鋼種采用手工氬弧焊打底，焊條電弧焊填充及蓋面的組合工藝,。
    焊接設(shè)備：選用逆變式直流弧焊機(jī)（帶高頻和衰減）,。
    工藝試驗(yàn)用的鋼管化學(xué)成分（見表1）

表1

焊接材料：焊絲、焊條牌號及化學(xué)成分（見表2）

表2

施焊前檢查：GTAW焊絲用砂紙除去表面銹垢和油污,，至金屬光澤。
    SMAW焊條使用前必須按其說明要求烘焙,。
3.1焊前準(zhǔn)備
3.1.1坡口制作：形狀尺寸如圖2所示,。(略)
3.1.2焊前清理，用角向磨光機(jī)對坡口及其內(nèi)15mm外20mm兩側(cè)范圍打磨,，清除銹垢和油污等贓物,，直至露出金屬光澤。
3.1.3對口點(diǎn)固焊,，如圖3所示,。(略)
    對口裝配時將管道墊置牢固，不得在管道上焊接臨時支撐物,，管道對口錯位≤1mm,，間隙為3—4mm，鈍邊為1—2mm,。點(diǎn)固焊時采用定位塊,，固定在坡口內(nèi)，材質(zhì)選用12Cr1MoV,。
3.2焊接工藝
3.2.1焊前預(yù)熱
    預(yù)熱采用遠(yuǎn)紅外履帶加熱片,，加熱坡口兩側(cè)150mm左右，測溫用熱電偶,。在焊縫旁離坡口邊緣約20—30mm處,，上中下每一部位設(shè)置一個測點(diǎn),。如圖4所示。(略)
    GTAW焊預(yù)熱溫度150-200℃,，SMAW焊預(yù)熱溫度250-300℃,，預(yù)熱溫度要保溫一定時間，使內(nèi)外壁溫差<30℃方可施焊,。
3.2.2GTAW打底焊
    為了防止焊縫根部氧化,，管內(nèi)可采用充氣，充氣的氣體采用混合氣體（88%N2+12%H2）,。GTAW打底選用鎢極為Φ2.5mm的鈰鎢,，焊絲直徑為Φ2.4mm，打底層厚度≥3mm,。焊接參數(shù)見表3,。
表3

3.2.3SMAW填充及蓋面
    SMAW填充采用多層多道焊，其焊層排列和工藝參數(shù)見圖5和表4,。多層多道焊焊層厚度以焊條直徑為宜,，焊道寬度以焊條直徑3倍為宜。焊每一層（道）都要清理干凈,，清理可采用磨光機(jī),、電動鋼絲刷等，清除焊渣及飛濺,，特別是中間接頭及坡口邊緣,。在施焊過程中，若溫度高于規(guī)定溫度應(yīng)暫停焊接,。
表4

3.2.4焊接及焊后熱處理
    焊接及焊后熱處理工藝曲線圖6所示

3.2.5需要注意的幾個問題：
A. 氬弧焊打底時,，為保證焊接質(zhì)量，引弧時采用高頻,，收弧時采用衰減,。
B. 焊接過程中內(nèi)充氣，必須將焊縫厚度焊接到管壁厚度的1/3以上時可停止充氣,。
C. 烘焙好的焊條應(yīng)裝入保溫筒,，溫度控制在100-150℃，隨取隨用,。
D. 每層焊道力求平整,，盡量不出“死角”，并嚴(yán)格進(jìn)行層間清理,，熔渣一定要清理干凈,。
E.  熱處理時熱電偶與工件的接觸必須良好，力求測溫正確,。

4. 試驗(yàn)結(jié)果：
    對焊縫質(zhì)量進(jìn)行焊后檢驗(yàn),，經(jīng)X光射線探傷檢驗(yàn),，焊縫質(zhì)量達(dá)到Ⅱ級合格標(biāo)準(zhǔn)，再進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn),。經(jīng)拉伸,、彎曲、沖擊試驗(yàn),，各項(xiàng)性能指標(biāo)均檢驗(yàn)合格,。
 
5.結(jié)論
    對X10CrMoVNb91+12Cr1MoV異種鋼焊接時應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：
5.1控制焊接線能量，獲得理想的金相組織,。
5.2電焊填充第一層時盡可能減小焊接電流,，防止根層由于電流過大被擊穿。每一根焊條收弧時都填滿熔池并過渡到坡口邊緣,，防止產(chǎn)生弧坑裂紋,。
5.3采用上述工藝焊接異種鋼，焊縫未發(fā)現(xiàn)異常情況,，說明該工藝可行,。
 
    本文作者一九六八年三月參加工作，長期從事焊接技術(shù)工作,，現(xiàn)為上海電力安裝一公司焊接培訓(xùn)中心焊接工程師,，本文撰寫于一九九八年五月。
 
參考文獻(xiàn)：
1,、歐共體EN287—1《焊接操作工培訓(xùn)》
2,、歐共體EN287—3《焊接工藝評定》
    （本文作者為上海電力安裝第一工程公司焊接培訓(xùn)中心焊接工程師）