CN102489842B - 珠光体耐热钢与奥氏体耐热钢钢管的钨极氩弧焊焊接工艺 - Google Patents
珠光体耐热钢与奥氏体耐热钢钢管的钨极氩弧焊焊接工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种珠光体耐热钢与奥氏体耐热钢钢管的钨极氩弧焊焊接工艺，其特征在于：是通过采用高合金的焊接材料，严格执行焊接工艺，减少热输入，控制焊逢的熔合比实现的，其焊接工艺为：1.焊接方法、焊接材料及焊缝坡口形式的选择；2.焊前准备：坡口的清理、准备并安装充氩装置、焊前预热；3.层间温度的控制；4.焊接工艺参数的制定；5.检测：外观检查及无损检测、力学性能试验、焊接接头的金相组织检验。本发明解决了珠光体耐热钢与奥氏体耐热钢焊接接头存在的问题，抑制熔合区中碳的扩散，提高焊缝金属的抗裂能力，改变焊接接头的应力分布，为焊接生产提供技术保障，可确保焊口合格率达到98%以上，且完全满足使用要求。
Description
技术领域
本发明属于焊接工艺技术领域，特别涉及一种珠光体耐热钢12Cr1MoVG与奥氏体耐热钢TP347H钢管的手工钨极氩弧焊焊接工艺。
背景技术
对珠光体耐热钢与奥氏体耐热钢焊接接头来说，成分、组织、性能和应力等都是影响焊接质量的因素，除了这两种母材焊接时易产生的问题外，主要存在以下问题：1、焊缝成分的稀释：由于珠光体钢母材对焊缝的稀释作用，使填充金属受到稀释，经热源搅拌后所形成的焊缝金属其成分大体是均匀的，过度稀释的焊缝金属中就会形成脆性的马氏体组织，有产生裂纹的可能；2、形成碳的扩散迁移层：异种钢接头在高温条件下工作时，在珠光体钢一侧产生脱碳层，在相邻的奥氏体焊缝侧形成增碳层。脱碳层硬度低，质软，晶粒粗大；增碳层中的碳以碳化物形态析出，硬度高，其后果是接头的高温持久强度和耐腐蚀性能下降，脆性增大，使接头可能沿熔合区产生破坏；3、形成脆化过渡层：在紧邻珠光体一侧熔合线附近的奥氏体焊缝中，存在一个窄的低塑性过渡带（层），这一过渡层的存在对珠光体耐热钢与奥氏体耐热钢焊接接头的抗裂性能影响很大；4、热应力及其影响：奥氏体耐热钢线膨胀系数比珠光体耐热钢约大30-40％，而热导率只有珠光耐热钢的1/3，这种异种钢接头在焊后冷却及运行中将产生热应力，在周期性加热和冷却条件下工作时，在熔合区珠光体钢侧，尤其在脱碳层，可能产生热疲劳裂纹，引起过早断裂。
发明内容
本发明克服了上述珠光体耐热钢与奥氏体耐热钢焊接存在的缺陷，目的是为高效率地制造出合格的产品，满足生产需要，提供一种珠光体耐热钢与奥氏体耐热钢钢管的钨极氩弧焊焊接工艺。
本发明珠光体耐热钢与奥氏体耐热钢钢管的手工钨极氩弧焊焊接工艺内容简述：
本发明珠光体耐热钢与奥氏体耐热钢钢管的钨极氩弧焊焊接工艺，其特征在于：是通过采用高合金的焊接材料，减少热输入，控制焊缝的熔合比实现的，其焊接工艺为：
1、焊接方法采用手工钨极氩弧焊；
焊接材料：焊丝选用SNi6082 GB/T15620-2008，焊丝直径为Φ2.5mm，焊丝的化学成分按质量的百分比：C≤0.10、 Mn 2.5-3.5、Si≤0.5、 S ≤0.015、 P≤0.02、 Cr 18.0-22.0、 Ni≥67、Ti≤0.7、 Cu≤0.5、 Fe≤3.0、 Nb+Ta 2.0-3.0；钨极为WCe20，钨极直径为Φ3.0mm；保护气体为氩气Ar，纯度为99.99%；
焊缝坡口形式的选择：采用70°的V形坡口；
2、焊前准备工作：
（1）、清除坡口内、外壁两侧各20mm左右范围内油污、铁锈、氧化物和水分影响焊接质量的杂物；
（2）、准备并安装充氩装置，采用管内充氩气保护工艺，正面保护气体流量为：8-9L/min,背面保护气体流量为：4-6L/min，在焊口的两端塞可溶纸，位置距离管口约30mm，组对后在焊口间隙塞保温棉条，保证焊口无缝隙，在钢管对面开口，将充氩用铜管塞进焊口中间，钢管正面开口，保证气室内的空气被充分置换，开始充氩约3分钟后，进行打底焊接，焊缝处的保温棉条逐渐打开，到封口时拔出铜管快速焊接；
（3）、焊前预热：采用小型对开式电加热器预热，温度为150℃，并且在整个焊接过程中焊口温度不得低于150℃；
3、层间温度控制在150℃-250℃之间；
4、焊接工艺参数：焊丝：SNi6082，直径Φ2.5㎜；焊接电流直流正接，电流80-90A；电压10-12V；速度38-43mm/min；氩气流量：正面8-9L/min、背面4-6L/min；施焊2层，每层焊接完成后应采用钢丝刷将焊道浮渣清理干净；
5、检验：
焊后焊缝进行外观检验：焊缝余高为1.7mm-2.1mm,表面焊缝宽为7.8mm-8.1mm，无咬边、表面气孔、未焊透缺陷，按JB/T4730.2-2005《承压设备无损检测》进行100％X射线探伤检验，焊缝质量为I级或II级；
焊后焊接接头进行力学性能试验：抗拉强度σb为：590MPa/605MPa，均塑断于热影响区；进行d＝4a, α=180°的弯曲试验，面、背弯试样其拉伸面上的焊缝和热影响区内，沿任何方向没有单条长度大于3mm的开口缺陷；
焊后焊接接头的金相组织依据JB/T2636-94《锅炉受压元件焊接接头金相和断口检验方法》进行检测，金相试样经研磨、抛光、化学侵蚀后，在光学显微镜下观察并拍照，获得：12Cr1MoVG母材金相组织：铁素体+珠光体；12Cr1MoVG侧热影响区金相组织：粒状贝氏体；TP347H母材金相组织：有孪晶的奥氏体； TP347H侧热影区金相组织：有孪晶的奥氏体；12Cr1MoVG与TP347H焊缝金相组织：基体+金属间化合物。
本发明解决了珠光体耐热钢与奥氏体耐热钢焊接接头存在的问题，抑制熔合区中碳的扩散，提高焊缝金属的抗裂能力，改变焊接接头的应力分布，为焊接生产提供技术保障，可确保焊口合格率达到98%以上，且完全满足使用要求。
附图说明
图1是焊缝坡口形式结构示意图
图2是12Cr1MoVG母材金相组织：铁素体+珠光体
图3是12Cr1MoVG侧热影响区金相组织：粒状贝氏体
图4是TP347H母材金相组织：有孪晶的奥氏体
图5是TP347H侧热影响区金相组织：有孪晶的奥氏体
图6是12Cr1MoVG与TP347H焊缝金相组织：基体+金属间化合物。
具体实施方式
本发明珠光体耐热钢与奥氏体耐热钢钢管的钨极氩弧焊焊接工艺是这样实现的，下面做具体说明。
采用珠光体耐热钢12Cr1MoVG，奥氏体耐热钢TP347H。奥氏体耐热钢线膨胀系数比珠光体耐热钢约大30-40％，而热导率只有珠光耐热钢的1/3。
珠光体耐热钢12Cr1MoVG（Φ38*5）实测化学成分的质量百分比：C 0.10、Mn 0.66、Si 0.28、Cr 1.10、Mo 0.30、V 0.19、P 0.015、S 0.004；其实测抗拉强度值为565MPa-580MPa；其实测屈服强度值为415MPa-420MPa；实测延伸率为25％-25.5％；
奥氏体 耐热钢TP347H（Φ38*5）实测化学成分的质量百分比：C 0.05、Mn 1.61、Si 0.46、Cr 17.43、Ni 11.28、Nb+Ta 0.60、P 0.040、S 0.030；其实测抗拉强度值为615MPa-630MPa；其实测屈服强度值为280MPa-285MPa；实测延伸率为54％-58％。
珠光体耐热钢12Cr1MoVG的金相组织为铁素体+珠光体；奥氏体耐热钢TP347H的金相组织为奥氏体。
珠光体耐热钢12Cr1MoVG的碳当量Ceq= 0.62 可焊性差；奥氏体耐热钢TP347H为奥氏体钢,可焊性良好。
由于珠光体耐热钢12CrMo1VG与奥氏体耐热钢TP347H二者物理性能、化学成分、金相组织、可焊性等有较大的差别，给焊接增加了很大的难度。为此对珠光体耐热钢12Cr1MoVG与奥氏体耐热钢TP347H钢管进行焊接，采用如下焊接工艺。
1、焊接方法采用手工钨极氩弧焊；
焊接材料：焊丝选用SNi6082 GB/T15620-2008，焊丝直径为Φ2.5mm，焊丝的化学成分按质量的百分比：C≤0.10、 Mn 2.5-3.5、Si≤0.5、 S ≤0.015、 P≤0.02、 Cr 18.0-22.0、 Ni≥67、Ti≤0.7、 Cu≤0.5、 Fe≤3.0、 Nb+Ta 2.0-3.0；钨极为WCe20，钨极直径为Φ3.0mm；保护气体为氩气Ar，纯度为99.99%；
见图1，焊缝坡口形式的选择：采用70°的V形坡口；坡口间隙太小容易造成未焊透；间隙过大，填充金属量大，焊接速度相对减慢，温度升高，容易导致背面烧穿。增大坡口角度,增加焊接层数,这样可以减小熔合比,可以有效降低珠光体母材对焊逢的稀释作用。
2、焊前准备工作：
（1）、清除坡口内、外壁两侧各20mm左右范围内油污、铁锈、氧化物和水分影响焊接质量的杂物；
（2）、准备并安装充氩装置，充氩保护的质量直接影响焊接质量，对过烧缺陷消除起关键作用。充氩装置需要有较好的密封性，并且易于取出和安装。为了避免焊缝根部氧化烧损，采用管内充氩气保护工艺，正面保护气体流量为：8-9L/min,背面保护气体流量为：4-6L/min，在焊口的两端塞可溶纸，位置距离管口约30mm，组对后在焊口间隙塞保温棉条，保证焊口无缝隙，在钢管对面开口将充氩铜管塞进焊口中间，钢管正面开口，保证气室内的空气被充分置换，开始充氩约3分钟后，进行打底焊接，焊缝处的保温棉条逐渐打开，到封口时拔出铜管快速焊接，可以最大可能避免根部氧化缺陷的产生；
（3）、焊前预热：采用小型对开式电加热器预热，温度为150℃，并且在整个焊接过程中焊口温度不得低于150℃；
3、层间温度：小径管焊接过程中，因热量不易散失，焊口温度容易升高，层间温度过高，使接头金属晶粒长大，甚至出现过烧，层间温度应控制在150℃-250℃之间；
4、焊接工艺参数：焊丝SNi6082，直径Φ2.5㎜；焊接电流直流正接，电流80-90A；电压10-12V；速度38-43mm/min；氩气流量：正面8-9L/min、背面4-6L/min；施焊2层，每层焊接完成后应采用钢丝刷将焊道浮渣清理干净；
焊丝的线膨胀系数介于12Cr1MoVG钢和TP347H钢之间，具有一定的高温强度和塑性，是珠光体耐热钢和奥氏体耐热钢异种钢焊接比较理想的填充材料。
焊接电流是影响焊接质量的关键因素之一，电流过小，缺少足够的焊接线能量，不能使坡口两侧母材充分熔化，形成未焊透；电流过大，焊接热输入量过大，熔池温度过高容易产生过烧。
[0014]5、检验：
焊后焊缝进行外观检验：焊缝余高为1.7mm-2.1mm,表面焊缝宽为7.8mm-8.1mm，无咬边、表面气孔、未焊透等缺陷。合格；按JB/T4730.2-2005《承压设备无损检测》进行100％X射线探伤检验，焊缝质量Ⅰ级片5张，Ⅱ级片3张。合格；
焊后焊接接头进行力学性能试验。抗拉强度σb分别为：590MPa/605MPa，均塑断于热影响区；进行d＝4a,α=180°的弯曲试验，面、背弯试样其拉伸面上的焊缝和热影响区内，沿任何方向没有单条长度大于3mm的开口缺陷。依据《蒸汽锅炉安全技术监察规程》焊接接头的力学性能符合焊接工艺要求。
焊后焊接接头的金相组织依据JB/T2636-94《锅炉受压元件焊接接头金相和断口检验方法》进行检测。金相试样经研磨、抛光、化学侵蚀后，在光学显微镜下观察并拍照，获得：见图2， 12Cr1MoVG母材金相组织：铁素体+珠光体；见图3， 12Cr1MoVG侧热影响区金相组织：粒状贝氏体；见图4，TP347H母材金相组织：有孪晶的奥氏体；见图5，TP347H侧热影区金相组织：有孪晶的奥氏体；见图6，12Cr1MoVG与TP347H焊缝金相组织：基体+金属间化合物。没有裂纹疏松；没有过烧组织；没有淬硬马氏体组织。依据《蒸汽锅炉安全技术监察规程》焊接接头的金相组织符合焊接工艺要求。
本发明珠光体耐热钢与奥氏体耐热钢钢管的钨极氩弧焊焊接工艺，解决了珠光体耐热钢与奥氏体耐热钢焊接接头存在的：焊缝成分的稀释；形成碳的扩散迁移层；形成脆化过渡层；热应力及其影响等问题。抑制熔合区中碳的扩散，提高焊缝金属的抗裂能力，改变焊接接头的应力分布，为焊接生产提供技术保障，可确保焊口合格率达到98%以上，且完全满足使用要求。
Claims (1)
1.一种珠光体耐热钢与奥氏体耐热钢钢管的钨极氩弧焊焊接工艺，其特征在于：是通过采用高合金的焊接材料，减少热输入，控制焊缝的熔合比实现的，其焊接工艺为：
（1）、焊接方法采用手工钨极氩弧焊；
焊接材料：焊丝选用SNi6082 GB/T15620-2008，焊丝直径为Φ2.5mm，焊丝的化学成分按质量的百分比：C≤0.10、 Mn 2.5-3.5、Si≤0.5、 S ≤0.015、 P≤0.02、 Cr 18.0-22.0、 Ni≥67、Ti≤0.7、 Cu≤0.5、 Fe≤3.0、 Nb+Ta 2.0-3.0；钨极为WCe20，钨极直径为Φ3.0mm；保护气体为氩气Ar，纯度为99.99%；
焊缝坡口形式的选择：采用70°的V形坡口；
（2）、焊前准备工作：
①、清除坡口内、外壁两侧各20mm左右范围内油污、铁锈、氧化物和水分影响焊接质量的杂物；
②、准备并安装充氩装置，采用管内充氩气保护工艺，正面保护气体流量为：8-9L/min,背面保护气体流量为：4-6L/min，在焊口的两端塞可溶纸，位置距离管口约30mm，组对后在焊口间隙塞保温棉条，保证焊口无缝隙，在钢管对面开口，将充氩用铜管塞进焊口中间，钢管正面开口，保证气室内的空气被充分置换，开始充氩约3分钟后，进行打底焊接，焊缝处的保温棉条逐渐打开，到封口时拔出铜管快速焊接；
③、焊前预热：采用小型对开式电加热器预热，温度为150℃，并且在整个焊接过程中焊口温度不得低于150℃；
（3）、层间温度控制在150℃-250℃之间；
（4）、焊接工艺参数：焊丝：SNi6082，直径Φ2.5㎜；焊接电流直流正接，电流80-90A；电压10-12V；速度38-43mm/min；氩气流量：正面8-9L/min、背面4-6L/min；施焊2层，每层焊接完成后应采用钢丝刷将焊道浮渣清理干净；
（5）、检验：
焊后焊缝进行外观检验：焊缝余高为1.7mm-2.1mm,表面焊缝宽为7.8mm-8.1mm，无咬边、表面气孔、未焊透缺陷，按JB/T4730.2-2005《承压设备无损检测》进行100％X射线探伤检验，焊缝质量为I级或II级；
焊后焊接接头进行力学性能试验：抗拉强度σb为：590MPa/605MPa，均塑断于热影响区；进行d＝4a, α=180°的弯曲试验，面、背弯试样其拉伸面上的焊缝和热影响区内，沿任何方向没有单条长度大于3mm的开口缺陷；
焊后焊接接头的金相组织依据JB/T2636-94《锅炉受压元件焊接接头金相和断口检验方法》进行检测，金相试样经研磨、抛光、化学侵蚀后，在光学显微镜下观察并拍照，获得：12Cr1MoVG母材金相组织：铁素体+珠光体；12Cr1MoVG侧热影响区金相组织：粒状贝氏体；TP347H母材金相组织：有孪晶的奥氏体； TP347H侧热影区金相组织：有孪晶的奥氏体；12Cr1MoVG与TP347H焊缝金相组织：基体+金属间化合物。
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