15CrMo合金鋼管的焊接工藝

[ 關(guān)鍵詞：15CrMo合金鋼管的焊接工藝　發(fā)表日期：2020-01-10 09:25:50 ]

　　15crmo合金鋼管是無縫鋼管的一種，其性能要比一般的無縫鋼管高很多，因為這種鋼管里面含 Cr 比較多，其耐高溫、腐蝕的性能是其他無縫鋼管比不上的，所 以合金鋼管在石油、化工、電力、鍋爐等行業(yè)的用途比較廣泛。

15CrMo合金鋼管

概述

　　15crmo合金鋼管：鋼系珠光體組織耐熱鋼，在高溫下具有較高的熱強性 （δb≥440MPa）和抗氧化性，并具有一定的抗氫腐蝕能力。由于鋼中含有較高 含量的 Cr、C 和其它合金元素，鋼材的淬硬傾向較明顯，焊接性差。

15CrMo焊接性

焊接材料：針對 15CrMo 鋼的焊接性的工作特點，根據(jù)以往的經(jīng)驗，參照國外提供的焊接工藝卡，我們選擇了兩種方案進行焊接試驗。

方案Ⅰ：焊接預(yù)熱，采用 ER80S-B2L 焊絲，T1G 焊打底，E8018-B2 焊條，焊條 電弧焊蓋面，焊后進行局部熱處理。
方案Ⅱ：采用 ER80S-B2L 焊絲，T1G 焊打 底，E309Mo-16 焊條，焊條填充電弧焊蓋面，焊后不進行熱處理。

15crmo合金鋼管化學成份：

材質(zhì)/鋼號/牌號/鋼級：15CrMo
C：0.12~0.18
Si：0.17~0.37
Mn：0.40~0.70
Mo：0.40~0.55
Cr：0.80~1.10

焊接材料的化學成分和力學性能

型號 C Mn Si Cr Ni Mo S P δb/Mpa δ,%
E309Mo-16≤0.12 0.5～2.5 0.9 22.0～25.0 12.0～14.0 2.0～3.0≤0.025≤0.035 550 25
E8018-B2 0.070.7 0.3 1.1 0.5 ≤0.04 ≤0.03 550 19
ER80S-B2L≤0.05 0.70.41.2 ＜0.20.5 ≤0.025 ≤0.025 ≤500 25

1 焊條烘烤規(guī)范

焊條型號 烘烤溫度 保溫時間
E8018-B2 300 ℃ 2h
E309Mo-16 150 ℃ 1.5h

2 焊前準備

　　試件采用 15CrMo鋼管,規(guī)格為 φ325×25，坡口型式及尺寸。焊前用角向磨光機將坡口內(nèi)外及坡口邊緣 50mm 范圍內(nèi)打磨至露出金屬光澤，然后用丙酮清洗干凈。
試件為水平固定位置，對口間隙為 4mm，采用手工鎢極氬弧焊沿園周均勻點焊 六處，每處點固長度應(yīng)不小于 20mm。焊條按表 2 的規(guī)范進行烘烤。

3 焊接工藝參數(shù)

按方案Ⅰ焊前需進行預(yù)熱，根據(jù) Tto-Bessyo 等人提出的計算預(yù)熱溫度公式：To=350√[C]-0.25（℃）

式中，

To——預(yù)熱溫度，℃。
[C]=[C]x [C]p [C]p=0.005S[C]x [C]x=C （Mn Cr）/9 Ni/18 7Mo/90

式中，

[C]x——成分碳當量；
[C]p——尺寸碳當量；
S——試件厚度（本文中 S=25mm）;
[C]x=C （Mn Cr）/9 7/90Mo=0.361
[C]p=0.045 則 To=138℃

因此預(yù)熱溫度選為 150℃。采用氧-乙炔焰對試件進行加溫，先用測溫筆粗略判 斷試件表面的的溫度（以筆跡顏色變化快慢進行估計），最后用半導體點溫計 測定，測量點至少應(yīng)選擇三點，以保證試件整體均達到所要求的預(yù)熱溫度。 焊接時，第一層采用手工鎢極氬弧焊打底，為避免仰焊處焊縫背面產(chǎn)生凹陷， 送絲時采用內(nèi)填絲法，即焊絲通過對口間隙從管內(nèi)送入。其余各層采用焊條電 弧焊，共焊 6 層，每個焊層一條焊道。方案Ⅰ和方案Ⅱ的焊接工藝參數(shù)見表 3、4。按方案Ⅰ焊。

3 方案Ⅱ的焊接工藝參數(shù)

焊道名稱 焊接方法 焊接材料 焊材規(guī)格/mm 焊接電流/A 電弧電壓/V 預(yù)熱及層 間溫度 熱處理規(guī)范

打底層 鎢板氬弧焊 ER80S-B2L φ2.4 110 12
填充層 焊條電弧焊 E309Mo-16 φ3.2 90～95 22～24 / /
蓋面層 焊條電弧焊 E309Mo-16 φ3.2 90～95 22～24
接時，層間溫度應(yīng)不低于 150℃，為防止中斷焊接而引起試件的降溫，施焊時應(yīng)由二名焊工交替操作，焊后應(yīng)立即采取保溫緩冷措施。

焊接工藝評定試驗

　　試件焊后按 JB4730-94《壓力容器無損檢測》標準進行 100%的超聲波探傷檢 驗，焊縫Ⅰ級合格。按 JB4708《鋼制壓力容器焊接工藝評定》標準進行焊接 工藝評定試驗。

4 焊接工藝評定試驗結(jié)果

試驗方案 拉伸試驗 彎曲試驗 沖擊韌性試驗 aky（J/cm2）
抗拉強度 δb/Mpa 斷裂部位 彎曲角度 面彎 背彎 焊縫 熔合線 熱影響區(qū)(HAZ)

方案Ⅰ 550/530 母材 50。 合格 合格 84.8 162 135.6
方案Ⅱ 525/520 母材 50。 合格 合格 79.4 109.2 96.7

　　從拉伸試驗結(jié)果可知，兩種方案的拉伸試樣全部斷在母材，說明焊縫的抗拉強 度高于母材；彎曲試驗全部合格，說明焊縫的塑性較好。根據(jù)表 5 中的沖擊韌性試驗結(jié)果可知，方案Ⅰ的沖擊韌性明顯高于方案Ⅱ，證明方案Ⅰ的焊后熱處 理規(guī)范比較理想，高溫回火不僅達到了改善接頭組織和性能目的，而且使韌性 與強度配合適當。從室溫機械性能結(jié)果可知，所推薦的兩種焊接工藝方案均可 用于現(xiàn)場施工。方案Ⅰ采用了與母材成分接近的焊條，焊縫性能同母材匹配，焊縫應(yīng)具有較高的熱強性，焊縫在高溫下長期使用不易破壞。難點是焊后熱處 理規(guī)范較為嚴格，回火溫度和保溫時間及加熱和冷卻速度控制不當反而會引起 焊縫性能下降。方案Ⅱ采用了奧氏體不銹鋼焊條施焊，雖然可以省去焊后熱處 理，但由于焊縫與母材膨脹系數(shù)不同，長期高溫工作時可發(fā)生碳的擴散遷移現(xiàn) 象，容易導致焊縫在熔合區(qū)發(fā)生破壞。因此，從使用可靠性考慮，現(xiàn)場采用方 案Ⅰ施焊更為穩(wěn)妥。

結(jié)論

　　15CrMo鋼厚壁高壓管的焊接采用兩種焊接方案均為可行。為了保證焊縫性能同母材匹配且具有較高的熱強性，采用方案Ⅰ效果更佳，關(guān)鍵是要嚴格控制焊后熱處理工藝。方案Ⅱ雖可省去焊后熱處理，但焊縫在高溫下發(fā)生碳的遷移擴散而導致焊縫破壞的可能性不容忽視，因此，只有在焊后無法進行熱處理時才慎重采用。