12Cr1MoV合金钢管的焊接工艺.docx
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12Cr1MoV合金钢管的焊接工艺
12Cr1MoV合金钢管的焊接工艺
12Cr1MoV合金钢管的焊接工艺
工艺:
12Cr1MoV钢中的Cr、Mo、V等强烈的碳化物形成元素有使接头过热区产生再热裂纹的倾向。
坡口机加工后(焊接前)MT检查,无裂纹、无缺陷,焊前坡口及周围表面清理(油污、除锈等)至见金属光泽;坡口装配避免强制组对。
焊接前整体或局部预热,焊缝两边各150mm范围内保证预热温度250~300度;层间温度应在预热温度控制范围内。
GTAW(纯Ar气体保护):
建议采用TIG-R31(含V)焊丝,直径2.5mm,电流100~140A。
如果有一定壁厚,管径不是很小的话,建议采取GTAW+SMAW。
SMAW:
焊条采用R337,规格可以按实际情况来定。
焊接完成后清理飞溅,加热至350~450℃,保温并缓冷的后热措施。
12Cr1MoV最好采用相应成分的耐热钢焊条,如R310、R312、R317、R316Fe,焊前预热250~350℃,焊后回火处理710~750℃。
焊补缺陷或焊后不能进行热处理时,也可采用奥氏体钢焊条,如A302、A307。
这时,由于焊缝与母材膨胀系数不同,同时在长期高温工作时还可发生碳的扩散迁移现象,而易于导致在融合区发生破坏。
所以,选用奥氏体焊条时要慎重。
12Cr1MoV珠光体耐热钢管焊接工艺
叶剑文
谢美琼
(广州市锅炉压力容器监察检验所
广东510050)(广州市番禺区职业技术培训中心)
12Cr1MoV是我国使用广泛的珠光体耐热钢之一,主要用于制造管壁温度小于580℃的锅炉过热管、联箱和主汽管道。
在12t/h双汽包横置式沸腾炉制造过程中,锅炉的蒸汽出口温度为450℃,最高工作压力为3.8MPa,按设计图纸要求采用12Cr1MoV珠光体耐热钢管(φ159mm×10mm)作为过热器联箱管,以满足产品的使用要求。
1焊接性分析
12Cr1MoV珠光体耐热钢为低合金耐热钢,此类钢的Cr含量较高,在500-550℃时具有较高的热强性和持久强度。
12Cr1MoV钢的化学成分及力学性能见表1。
表1
12Cr1MoV珠光体耐热钢化学成分和力学性能
化学成分/%
力学性能
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:
表中数据为焊接试件母材复验结果
由表1可见,12Cr1MoV钢的碳及合金元素含量较多,淬硬敏感性较大,易在焊缝及热影响区出现淬硬组织。
在接头刚性及应力较大时,易产生冷裂纹。
由于过热联箱是在较高温度下工作的受压元件,焊接时应采取必要的工艺措施,使焊接接头有足够的热强性能,保证过热联箱安全运行。
2焊接工艺
2.1焊接方法
在蒸汽管道的管子对接时,对打底焊缝的质量要求较高,不仅要求焊缝熔透、背面齐平,还要求焊缝背面无渣或少渣,否则会影响设备的安全运行。
因此,采用手工钨极氩弧焊(TIG)打底,手工电弧焊(SMAW)填充和盖面的焊接工艺方法。
2.2坡口尺寸
选用单面V形坡口,坡口尺寸见图1。
用机械方法加工,应严格控制根部间隙和坡口钝边尺寸,以确保打底焊缝彻底熔透。
图1
坡口形式和尺寸
2.3焊接材料选择
手工钨极氩弧焊(TIG)选用:
TIC-R31焊丝,焊丝直径为φ2.5mm。
手工电弧焊(SMAW)选用:
R307(E5515-B2)焊条,直径为φ3.2mm、φ4mm。
2.4焊接准备
2.4.1焊前准备
1)焊前应把坡口两侧管子内外各20~30mm范围打磨干净,直至露出金属光泽,确保无油渍、铁锈、水份、氧化物或其他有害的物质。
2)氩弧焊用焊丝表面不得有油脂、铁锈等污物。
电弧焊的焊条,在焊前须经350~400℃烘干1~2h,且在120℃保温筒存放,随用随取。
3)采用3~4块锲形块(材料与母材相同或接近)均为分布定位焊在坡口上,对接口必须平齐,错边量不得大于0.5mm,定位焊的焊材及焊接参数与正式施焊相同。
并且在预热的状态下进行定位焊。
2.4.2焊前预热
预热是珠光体耐热钢焊接的重要措施。
预热可以减慢焊缝及热影响区的冷却速度,有利于避免产生淬硬组织,有助于焊接区的氢的逸出,防止产生焊接裂纹。
由于12Cr1MoV钢的碳含量及合金元素的含量较高,所以选择预热温度为200~300℃,预热区域以焊缝为中心,两侧至少为100mm。
在整个焊接过程中,应保持层间温度不低于预热温度。
2.5焊接
2.5.1焊接参数
焊接12Cr1MoV钢时,应采用较小的焊接线能量,以减小焊接应力,减少焊接过热区宽度,细化品粒,提高焊缝金属的抗裂性能,焊接参数见表2。
表2
焊接参数
焊接
方法
层次
焊材牌号
焊丝(条)
直径/mm
极性
电流I/A
电压U/V
氩气流量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
12Cr1MoV钢的焊接,不但要严格控制焊接规范参数,而且焊接操作对焊接接头质量有着至关重要的影响。
1)氩弧焊打底焊。
将管件处于水平转动位焊接,焊接时采用短弧,焊枪尽可能与工件表面垂直,有利于氩气对焊接熔池的保护。
焊枪和焊丝可稍作横向摆动,保证坡口两侧熔透。
同时,要控制好熔池温度防止产生焊穿和焊瘤缺陷。
在接头部位,要用手提砂轮打磨弧坑,将弧坑处的收弧裂纹和气孔等焊接缺陷清除,然后继续引弧焊接。
2)焊条电弧焊填充焊。
应采用短弧焊接,且热输入量不宜过大。
若采用长弧焊接,不仅会出现电弧燃烧不稳定、熔深浅、熔化金属飞溅大及合金元素烧损加剧等问题,而且容易产生咬边、未焊透等缺陷,同时空气中的N2、O2等有害气体易进入熔池,在焊缝中形成气孔缺陷。
焊接时焊条可作小月牙形运条,在坡口两侧要停留0.5~1S,焊接层间必须彻底清理焊渣,发现有气孔等焊接缺陷时,用手提砂轮将焊接缺陷除掉收弧时必须将弧坑填满,以免产生弧坑裂纹。
各层间的接头应错开,不得有重叠。
3)焊条电弧焊盖面焊。
焊接电流比填充层稍小些,应选择正确的焊条角度,运条要均匀,防止在坡口边缘产生咬边缺陷。
焊缝余高要控制在1~3mm,避免焊接接头在使用中产生应力集中。
3焊后热处理
12Cr1MoV钢的焊接接头,焊后需进行消除应力热处理,以消除或减少影响区出现的淬硬组织,增加塑性和韧性,有效地减少焊接残余应力,同时有利于扩散氢的逸出,从而减少冷裂纹倾向。
所以,焊接结束时,应立即采用保温材料将焊缝和近缝区覆盖保温,使接头缓慢冷却.随后,再将焊件整体加热至720-760℃,恒温1~2h后,随炉冷却至室温。
4焊接检验
依照上述焊接工艺进行试件焊接,试件经外观检查、磁粉探伤和X射线探伤合格后,在试件上截取力学性能试样、金相检验试样进行检验。
检验结果见表3。
表3
接头力学性能和金相组织
接头力学性能
金相组织
σb/MPa
σs/MPa
断裂部位
90º面弯
90º背弯
焊缝
热影响区
母材
536
388
母材
完好
完好
铁素体+回火索氏体
少量魏氏体+铁素体+回火索氏体
铁素体+珠光休
5结论
1)12Cr1MoV珠光体耐热钢管焊接必须控制好焊前预热、焊接规范参数、焊后热处理等环节。
2)12Cr1MoV珠光体耐热钢管采用手工钨极氩弧焊(TIG)打底,手工电弧焊(SMAW)填充和盖面的焊接工艺是可行的,焊接接头能满足设备的使用要求。