12Cr1MoV合金鋼管焊接工藝、焊后熱處理、檢驗

[ 關鍵詞：12Cr1MoV合金鋼管 合金鋼管的焊接工藝 　發表日期：2022-11-03 ]

12Cr1MoV合金鋼管的焊接工藝

　　12Cr1MoV 鋼中的 Cr、Mo、V 等強烈的碳化物形成元素有使接頭過熱區產 生再熱裂紋的傾向。坡口機加工后（焊接前）MT 檢查，無裂紋、無缺陷，焊前坡口及 周圍表面清理（油污、除銹等）至見金屬光澤；坡口裝配避免強制組對。

　　焊接前整體或局部預熱，焊縫兩邊各 150mm 范圍內保證預熱溫度 250～300 度；層 間溫度應在預熱溫度控制范圍內。 GTAW（純 Ar 氣體保護）：建議采用 TIG-R31（含 V）焊絲，直徑 2.5mm，電流 100～ 140A。 如果有一定壁厚，管徑不是很小的話，建議采取 GTAW+SMAW。 SMAW：焊條采用 R337，規格可以按實際情況來定。 焊接完成后清理飛濺，加熱至 350～450℃，保溫并緩冷的后熱措施。 12Cr1MoV 最好采用相應成分的耐熱鋼焊條，如 R310、R312、R317、R316Fe，焊 前預熱 250～350℃，焊后回火處理 710～750℃。 焊補缺陷或焊后不能進行熱處理時，也可采用奧氏體鋼焊條，如 A302、A307。這時， 由于焊縫與母材膨脹系數不同，同時在長期高溫工作時還可發生碳的擴散遷移現象，而 易于導致在融合區發生破壞。所以，選用奧氏體焊條時要慎重。

　　12Cr1MoV 珠光體耐熱鋼管焊接工藝 12Cr1MoV 是我國使用廣泛的珠光體耐熱鋼之一，主要用于制造管壁溫度小于 580℃ 的鍋爐過熱管、聯箱和主汽管道。在 12t/h 雙汽包橫置式沸騰爐制造過程中，鍋爐的蒸 汽出口溫度為 450℃，最高工作壓力為 3.8MPa，按設計圖紙要求采用 12Cr1MoV 珠光體 耐熱鋼管（φ159mm×10mm）作為過熱器聯箱管，以滿足產品的使用要求。

1 焊接性分析

　　12Cr1MoV 珠光體耐熱鋼為低合金耐熱鋼，此類鋼的 Cr 含量較高，在 500-550℃時 具有較高的熱強性和持久強度。12Cr1MoV 鋼的化學成分及力學性能見表 1。

表1 12Cr1MoV 珠光體耐熱鋼化學成分和力學性能

化學成分%								力學性能
C	Mn	Si	Ci	Mo	V	S	P	σb/MPa	σs/ MPa	δ5/%
0.12	0.60	0.35	1.10	0.31	0.19	0.013	0.022	436	217	22

注：表中數據為焊接試件母材復驗結果 由表 1 可見，12Cr1MoV 鋼的碳及合金元素含量較多，淬硬敏感性較大，易在焊縫及 12Cr1MoV 熱影響區出現淬硬組織。在接頭剛性及應力較大時，易產生冷裂紋。由于過熱聯箱是在 較高溫度下工作的受壓元件，焊接時應采取必要的工藝措施，使焊接接頭有足夠的熱強 性能，保證過熱聯箱安全運行。

2．合金鋼管焊接工藝

2.1 焊接方法

　　在蒸汽管道的管子對接時，對打底焊縫的質量要求較高，不僅要求焊縫熔透、背面 齊平，還要求焊縫背面無渣或少渣，否則會影響設備的安全運行。因此，采用手工鎢極 氬弧焊（TIG）打底，手工電弧焊（SMAW）填充和蓋面的焊接工藝方法。

2.2 坡口尺寸

　　選用單面 V 形坡口，坡口尺寸見圖 1。用機械方法加工，應嚴格控制根部間隙和坡 口鈍邊尺寸，以確保打底焊縫徹底熔透。

2.3 焊接材料選擇

　　手工鎢極氬弧焊（TIG）選用:TIC-R31 焊絲，焊絲直徑為 φ2.5mm。 手工電弧焊（SMAW）選用:R307（E5515-B2）焊條，直徑為 φ3.2mm、φ4mm。

2.4 焊接準備

2.4.1 焊前準備

　　1）焊前應把坡口兩側管子內外各 20～30mm 范圍打磨干凈，直至露出金屬光澤，確 保無油漬、鐵銹、水份、氧化物或其他有害的物質。
　　2）氬弧焊用焊絲表面不得有油脂、鐵銹等污物。電弧焊的焊條，在焊前須經 350～ 400℃烘干 1～2h，且在 120℃保溫筒存放，隨用隨取。
　　3）采用 3～4 塊鍥形塊（材料與母材相同或接近）均為分布定位焊在坡口上，對接 口必須平齊，錯邊量不得大于 0.5mm，定位焊的焊材及焊接參數與正式施焊相同。并且 在預熱的狀態下進行定位焊。

2.4.2 焊前預熱

　　預熱是珠光體耐熱鋼焊接的重要措施。預熱可以減慢焊縫及熱影響區的冷卻速度， 有利于避免產生淬硬組織，有助于焊接區的氫的逸出，防止產生焊接裂紋。由于 12Cr1MoV 鋼的碳含量及合金元素的含量較高，所以選擇預熱溫度為 200～300℃，預熱 區域以焊縫為中心，兩側至少為 100mm。在整個焊接過程中，應保持層間溫度不低于預 熱溫度。

2.5 焊接

2.5.1 焊接參數

　　焊接 12Cr1MoV 鋼時，應采用較小的焊接線能量，以減小焊接應力，減少焊接過熱 區寬度，細化品粒，提高焊縫金屬的抗裂性能，焊接參數見表 2。

表2 焊接參數

焊接 方法	層次	焊材牌號	焊絲（條） 直徑/mm	極性	電流I/A	電壓U/V	氬氣流量 Q （L.min-1）
TIC	1	TIC-R31	2.5	直接 正接	105～125	10～12	8～10
SMAW	2	R307 (E5515-B2)	3.2	直流 反接	110～130	20～22	—
SMAW	3-4	R307 (E5515-B2)	4.0	直流 反接	160～180	22～24	—

2.5.2 焊接操作

　　不但要嚴格控制焊接規范參數， 而且焊接操作對焊接接頭質量 12Cr1MoV 鋼的焊接， 有著至關重要的影響。

　　1)氬弧焊打底焊。

　　將管件處于水平轉動位焊接，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 側熔透。同時，要控制好熔池溫度防止產生焊穿和焊瘤缺陷。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，然后繼續引弧焊接。

　　2)焊條電弧焊填充焊。

　　應采用短弧焊接，且熱輸入量不宜過大。若采用長弧焊接， 不僅會出現電弧燃燒不穩定、熔深淺、熔化金屬飛濺大及合金元素燒損加劇等問題，而 且容易產生咬邊、未焊透等缺陷，同時空氣中的 N2、O2 等有害氣體易進入熔池，在焊 縫中形成氣孔缺陷。 焊接時焊條可作小月牙形運條， 在坡口兩側要停留 0.5～1S,焊接層 間必須徹底清理焊渣,發現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，以免產生弧坑裂紋。各層間的接頭應錯開，不得有重疊。

　　3)焊條電弧焊蓋面焊。

　　焊接電流比填充層稍小些，應選擇正確的焊條角度，運條要 均勻，防止在坡口邊緣產生咬邊缺陷。焊縫余高要控制在 1～3mm，避免焊接接頭在使用 中產生應力集中。

3．焊后熱處理

　　焊后需進行消除應力熱處理， 以消除或減少影響區出現的 12Cr1MoV 鋼的焊接接頭， 淬硬組織，增加塑性和韌性，有效地減少焊接殘余應力，同時有利于擴散氫的逸出，從 而減少冷裂紋傾向。 所以， 焊接結束時， 應立即采用保溫材料將焊縫和近縫區覆蓋保溫, 使接頭緩慢冷卻.隨后,再將焊件整體加熱至 720-760℃，恒溫 1～2h 后,隨爐冷卻至室 溫。

4．焊接檢驗

　　依照上述焊接工藝進行試件焊接， 試件經外觀檢查、 磁粉探傷和 X 射線探傷合格后， 在試件上截取力學性能試樣、金相檢驗試樣進行檢驗。檢驗結果見表 3。

表3 接頭力學性能

接頭力學性能					金相組織
σb/MPa	σs/ MPa	斷裂部位	90°面彎	90°背彎	焊縫	熱影響區	母材
536	388	母材	完好	完好	鐵素體+ 回火索氏體	少量魏氏體+鐵素 體+回火索氏體	鐵素體+ 珠光休

5 結論

1）12Cr1MoV 珠光體耐熱鋼管焊接必須控制好焊前預熱、焊接規范參數、焊后熱處 理等環節。
2）12Cr1MoV 珠光體耐熱鋼管采用手工鎢極氬弧焊（TIG）打底，手工電弧焊（SMAW） 填充和蓋面的焊接工藝是可行的，焊接接頭能滿足設備的使用要求。