|
高惠福
摘要：针对杨厂125MW工程，SH3级过热器出口联箱与主蒸汽管道联接项目（X10CrMoVNb91与12Cr1MoV）异种钢焊接接头焊接工艺试验，提出采用氩弧焊封底（焊丝：C9MV-IG），焊条电弧焊填充、盖面（焊条：Chromo9V），并适当控制焊缝线能量。为了尽量减小填充金属，坡口形状选用双V型，采用这种焊接工艺，焊接接头可以获得优良的焊缝。
（关键词）异种钢 线能量 工艺试验 冷裂纹
1.前言
结合杨厂125MW工程，SH3级过热器出口联箱与主蒸汽管道联接项目温度高，压力高，钢种复杂，为了设备的安全运行，对其作异种钢焊接接头焊接工艺试验。
管材：X10CrMoVNb91与12Cr1MoV 规格：Φ406×32
2.焊接性分析
X10CrMoVNb91属于Cr9%+Mo1%类马氏体高合金耐热钢，这类钢由于含铬、钼元素较高，焊接性能较差，有淬硬倾向。12Cr1MoV钢属于珠光体耐热钢，是我国目前火力发电厂热力设备中应用很广泛，其主要问题是在拘束应力较大的情况下，有冷裂纹倾向。当这二种材料焊接时，焊接接头会出现如下特点：
2.1焊接接头的脆化
2`1.1晶粒粗大引起脆化
焊缝及热影响区的粗晶区加热温度超过1100℃，晶粒长大较快，在1100℃以上停留时间越长，焊接线能量越大，晶粒粗大越严重，这种晶粒粗大引起的脆化现象，在P91这一边焊接接头更为严重，所以，必须控制焊接线能量，不能大。
2.1.2淬硬组织引起脆化
对于焊条电弧焊，冷却是比较快，电弧一离开马上开始迅速降温。因此，在以下容易出现淬硬组织，形成粗大的马氏体组织，这是导致淬硬组织脆化的原因，所以需要对焊接线能量控制和合理的焊接工艺选择。
2.2冷裂纹
冷裂纹是在焊后冷却过程中，在Ms点以下或更低的温度区间（甚至在室温下）逐渐形成的一种裂纹，产生冷裂纹的有三个因素：
2.2.1钢种的淬硬倾向
合金成分含量越多，淬硬倾向越大，焊后易得到硬度很高的马氏体组织，马氏体组织具有明显的空气淬硬倾向，使焊缝金属脆性增加。在焊接热循环作用下，经高温过热，焊缝及熔合线附近晶粒急剧长大，加上焊接残余应力的作用，极易形成冷裂纹。此外，这两类钢的碳当量值均较高，珠光体钢12Cr1MoV的碳当量值为0.56%，马氏体高合金耐热钢X10CrMoVNb91的碳当量值为2.1%，均超过产生冷裂纹的碳当量极限值0.4%，所以冷裂纹倾向均很大。
2.2.2氢的含量及其积聚程度
含氢量越高，冷裂倾向越大，氢浓度高的部位，容易形成冷裂纹。焊缝中的氢来源：母材、焊材，所以电站焊接重要部件都用碱性焊条，就是为降低焊缝的含氢量，也叫低氢型焊条。
2.2.3焊接接头的应力状态
拉伸拘束应力的存在是产生冷裂纹的充分条件，拉应力大，开裂倾向大，因此要避免强行对口。
以上三个条件中，不一定三个因素同时存在 才有冷裂纹，可能是某因素起主要作用也会开裂。
2.3 X10CrMoVNb91+12Cr1MoV在焊接过程中，为保证焊接接头的质量，防止各种问题的出现，应要制定合理的焊接工艺。
3.焊接工艺
X10CrMoVNb91+12Cr1MoV钢焊接工艺采用GTAW（氩弧焊）+SMAW（电弧焊）的焊接方法。对本钢种采用手工氩弧焊打底，焊条电弧焊填充及盖面的组合工艺。
焊接设备：选用逆变式直流弧焊机（带高频和衰减）。
工艺试验用的钢管化学成分（见表1）
表1
化学成分
|
C
|
Mn
|
Si
|
S
|
P
|
Cr
|
Mo
|
V
|
Nb
|
X10CrMoVNb91
|
0.13
|
0.41
|
0.295
|
0.009
|
0.010
|
8.36
|
0.94
|
0.2
|
0.09
|
12Cr1MoV
|
0.108
|
0.61
|
0.295
|
0.020
|
0.019
|
1.12
|
0.29
|
0.29
|
/
|
焊接材料：焊丝、焊条牌号及化学成分（见表2）
表2
牌号 化学成分
|
C
|
Si
|
Mn
|
S
|
P
|
Cr
|
Mo
|
V
|
Ni
|
Cu
|
Al
|
Nb
|
N
|
C9MV-IG
|
0.12
|
0.28
|
0.68
|
0.009
|
0.01
|
8.45
|
0.94
|
0.21
|
0.72
|
0.05
|
0.003
|
0.051
|
0.032
|
Chromo9V
|
0.10
|
0.24
|
0.62
|
0.009
|
0.009
|
9.05
|
1.05
|
0.20
|
0.73
|
0.04
|
0.007
|
0.052
|
0.04 |
施焊前检查：GTAW焊丝用砂纸除去表面锈垢和油污，至金属光泽。
SMAW焊条使用前必须按其说明要求烘焙。
3.1焊前准备
3.1.1坡口制作：形状尺寸如图2所示。(略)
3.1.2焊前清理，用角向磨光机对坡口及其内15mm外20mm两侧范围打磨，清除锈垢和油污等赃物，直至露出金属光泽。
3.1.3对口点固焊，如图3所示。(略)
对口装配时将管道垫置牢固，不得在管道上焊接临时支撑物，管道对口错位≤1mm，间隙为3—4mm，钝边为1—2mm。点固焊时采用定位块，固定在坡口内，材质选用12Cr1MoV。
3.2焊接工艺
3.2.1焊前预热
预热采用远红外履带加热片，加热坡口两侧150mm左右，测温用热电偶。在焊缝旁离坡口边缘约20—30mm处，上中下每一部位设置一个测点。如图4所示。(略)
GTAW焊预热温度150-200℃，SMAW焊预热温度250-300℃，预热温度要保温一定时间，使内外壁温差<30℃方可施焊。
3.2.2GTAW打底焊
为了防止焊缝根部氧化，管内可采用充气，充气的气体采用混合气体（88%N2+12%H2）。GTAW打底选用钨极为Φ2.5mm的铈钨，焊丝直径为Φ2.4mm，打底层厚度≥3mm。焊接参数见表3。
表3
焊丝牌号
|
焊接电流
（A）
|
电弧电压
（V）
|
焊接速度（mm/min）
|
正面保护（Ar）（L/min）
|
C9MV-IG
|
90-110
|
9-11
|
60-80
|
10-15
|
3.2.3SMAW填充及盖面
SMAW填充采用多层多道焊，其焊层排列和工艺参数见图5和表4。多层多道焊焊层厚度以焊条直径为宜，焊道宽度以焊条直径3倍为宜。焊每一层（道）都要清理干净，清理可采用磨光机、电动钢丝刷等，清除焊渣及飞溅，特别是中间接头及坡口边缘。在施焊过程中，若温度高于规定温度应暂停焊接。
表4
焊条规格
|
焊接电流（A）
|
电弧电压（V）
|
焊接速度（mm/min）
|
Φ2.5
|
80-100
|
20-23
|
100-150
|
Φ3.2
|
120-140
|
21-25
|
85-110
|
Φ4.0
|
140-180
|
23-27
|
80-100
|
3.2.4焊接及焊后热处理
焊接及焊后热处理工艺曲线图6所示
3.2.5需要注意的几个问题：
A. 氩弧焊打底时，为保证焊接质量，引弧时采用高频，收弧时采用衰减。
B. 焊接过程中内充气，必须将焊缝厚度焊接到管壁厚度的1/3以上时可停止充气。
C. 烘焙好的焊条应装入保温筒，温度控制在100-150℃，随取随用。
D. 每层焊道力求平整，尽量不出“死角”，并严格进行层间清理，熔渣一定要清理干净。
E. 热处理时热电偶与工件的接触必须良好，力求测温正确。
4. 试验结果：
对焊缝质量进行焊后检验，经X光射线探伤检验，焊缝质量达到Ⅱ级合格标准，再进行力学性能试验。经拉伸、弯曲、冲击试验，各项性能指标均检验合格。
5.结论
对X10CrMoVNb91+12Cr1MoV异种钢焊接时应考虑以下几点：
5.1控制焊接线能量，获得理想的金相组织。
5.2电焊填充第一层时尽可能减小焊接电流，防止根层由于电流过大被击穿。每一根焊条收弧时都填满熔池并过渡到坡口边缘，防止产生弧坑裂纹。
5.3采用上述工艺焊接异种钢，焊缝未发现异常情况，说明该工艺可行。
本文作者一九六八年三月参加工作，长期从事焊接技术工作，现为上海电力安装一公司焊接培训中心焊接工程师，本文撰写于一九九八年五月。
参考文献：
1、欧共体EN287—1《焊接操作工培训》
2、欧共体EN287—3《焊接工艺评定》
（本文作者为上海电力安装第一工程公司焊接培训中心焊接工程师）
|
