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    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:2012-11-03 ]

    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。

    宁夏快3