發(fā)布時(shí)間：2014-07-27 16:17

　　1 T91/12Cr1MoV異種鋼焊接性分析
　　1.1 SA213 -T91鋼是一種改進(jìn)的9CrlMo鋼，它是在9Cr1Mo鋼的基礎(chǔ)上通過添加V、Nb等微量元素形成的。具有較低的熱膨脹系數(shù)和良好的導(dǎo)熱性，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度較高，特別是在高溫下具有較高的蠕變強(qiáng)度和持久強(qiáng)度及許用應(yīng)力。12CrlMoV鋼是一種常見的珠光體耐熱鋼。應(yīng)用廣泛，常用來制造壁溫≤580℃ 的高壓、超高壓鍋爐過熱器管、聯(lián)箱和主蒸汽管道等，具有較好的焊接性能。
　　1.2 SA213 - T91 屬于馬氏體耐熱鋼，12Cr1MoV 屬于珠光體耐熱鋼，化學(xué)成分及常溫機(jī)械性能。前者淬硬傾向大，焊接性能差。焊縫及熱影響區(qū)極易產(chǎn)生高硬度馬氏體和貝氏體組織，使接頭脆性增加，殘余應(yīng)力增大，導(dǎo)致產(chǎn)生冷裂紋。后者由于含碳及合金元素較多，焊縫及熱影響區(qū)容易出現(xiàn)淬硬組織，當(dāng)焊件剛性及接頭應(yīng)力大時(shí)，容易產(chǎn)生冷裂紋，焊后熱處理過程中易于產(chǎn)生再熱裂紋。當(dāng)將其兩種耐熱鋼對焊時(shí)，施焊難度較大。
　　2 焊接時(shí)出現(xiàn)的問題
　　2.1 T91含有Cr、Mo、V、Cb等強(qiáng)碳化物元素，焊接時(shí)焊縫從高溫冷卻時(shí)易產(chǎn)生淬硬性的馬氏體組織，焊縫有很大冷、熱裂傾向。
　　2.2兩種母材含有很多的合金元素，其熔融金屬的流動性差，焊接時(shí)還產(chǎn)生較多的熔渣。
　　2.3由于馬氏體鋼導(dǎo)熱性差，焊接應(yīng)力不能得到充分釋放，焊后焊縫的殘余應(yīng)力很大。
　　2.4焊前不預(yù)熱，冷裂紋的出現(xiàn)不可避免。為此，為防止產(chǎn)生冷裂紋，焊前必須預(yù)熱（預(yù)熱溫度200-250℃），并在焊接過程中保持層間溫度不低于預(yù)熱溫度�？紤]到冷卻速度過慢，由奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變，預(yù)熱及層間溫度不宜過高，但以不超過260℃為易。
　　2.5焊后不易立即進(jìn)行高溫回火處理，一方面可進(jìn)行消氫處理，減少熱應(yīng)力，防止在冷卻程中裂紋的產(chǎn)生；另一方面，進(jìn)行一定時(shí)間的恒溫后熱處理，可使接頭高溫金屬實(shí)現(xiàn)由奧氏體向馬氏體的充分轉(zhuǎn)變，從而避免殘余奧氏體組織在回火冷卻后轉(zhuǎn)變成新的回火馬氏體。后熱處理完成后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行高溫回火處理，750 ℃±10 ℃，保溫30 min的熱處理。升溫速度<300℃／h，冷卻速度<300℃／h。冷卻至300℃以下可不控制。以得到綜臺性能良好的回火索氏體組織，并消除焊接殘余應(yīng)力。
　　2.6焊接接頭性能的劣化程度隨焊接線能量的增大而加劇。
　　2.7焊接接頭由于化學(xué)成分和金相組織不同，膨脹系數(shù)也不同，在焊接時(shí)會產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力。
　　因此，異種鋼焊接時(shí)，如焊接工藝選擇不當(dāng)，焊工操作不當(dāng)，很容易產(chǎn)生焊接冷、熱裂紋、夾渣等缺陷。為了得到優(yōu)質(zhì)的焊接接頭，有必要從焊接工藝及參數(shù)、焊工操作技術(shù)等方面進(jìn)行嚴(yán)格控制。
　　3 T91與12Cr1MoV異種鋼焊接工藝
　　3.1焊接方法及設(shè)備：TIG焊；ZX7-400IGBT。
　　3.2材料的規(guī)格及焊接位置與試件數(shù)量：Φ63.5×4.5；水平固定與垂直固定各5件。
　　3.3焊接材料的選擇：選用TGS-9Cb,Φ2.0焊絲。
　　3.3.1選擇焊接材料的正確是異種鋼焊接時(shí)的關(guān)鍵，接頭質(zhì)量和性能與焊接材料關(guān)系十分密切。選擇時(shí)應(yīng)考慮在焊接接頭不產(chǎn)生裂紋等缺陷的前提下，若不可能兼顧焊縫金屬的強(qiáng)度和塑性，則應(yīng)選用塑性較好的焊接材料；異種鋼焊接材料的焊縫金屬性能只需符合兩種母材中的一種即認(rèn)為滿足技術(shù)要求；焊接材料應(yīng)具有良好的工藝性能。焊縫成形美觀；焊接材料應(yīng)經(jīng)濟(jì)、易得。
　　3.3.2 珠光體鋼與馬氏體鋼異種鋼焊接接頭熱處理時(shí)在熔合區(qū)可能發(fā)生c擴(kuò)散，井留下一個(gè)c擴(kuò)散層，如果用高匹配焊接材料進(jìn)行焊接，則C擴(kuò)散層轉(zhuǎn)移到珠光體鋼母材一側(cè)。因珠光體鋼有較好塑性，C擴(kuò)散層即使在珠光體鋼這一側(cè)，其接頭塑性也較好，利于提高接頭的熱強(qiáng)性。
　　綜上所述，選擇焊接材料應(yīng)綜臺考慮上述各個(gè)方面，而不能簡單依據(jù)某種原則。為此，對于T91與12CrlMo異種鋼焊接采用高匹配焊接材料應(yīng)是較好的選擇。
　　表1.TGS-9Cb焊絲化學(xué)成分（%）
　　元素CSIMnPSNICr
　　含量0.080.200.950.0060.0060.699.02
　　3.4焊前準(zhǔn)備
　　3.4.1清理焊縫兩側(cè)20mm內(nèi)外壁的油銹污蝕等，直至發(fā)出金屬光澤。
　　3.4.2增大坡口角度，增加焊接層數(shù)，這樣可以減小熔合比，可以有效降低珠光體母材對焊逢的稀釋作用。所以采用60°-70°的坡口，小鈍邊，大間隙。
　　3.5焊接工藝參數(shù)
　　由于采用手工鎢極氬弧焊，氬弧焊的熔合比范固較大。因而�？刂坪煤附庸に噮�數(shù)對降低熔合比有直接的影響。焊接熱輸入越大。母材熔人焊縫越多，而焊接熱輸入又取決于焊接電流、電弧電壓和焊接速度等工藝參數(shù)，因而在焊接時(shí)應(yīng)在保證焊縫組織正常、熔合區(qū)硬化程度正常的前提下，采用小的工藝參數(shù)以減少熱輸入，降低熔合比。
　　水平固定管、垂直固定管焊接工藝參數(shù)見表2、表3。
　　表2.水平固定焊接工藝參數(shù)
　　層數(shù)焊接
　　方法焊條（絲）電流范圍電壓
　�。╒）速度（mm/min-1）氬氣流量
　　（L/min-1）
　　牌號直徑極性電流（A）
　　正面反面
　　1TIGTGS-9CbΦ2.0DG+80-9019～2570-808-1010-12
　　2TIGTGS-9CbΦ2.0DG+85-9519～2565-758～1010-12
　　表3.垂直固定焊接工藝參數(shù)
　　層
　　數(shù)
　　焊接
　　方法焊條（絲）電流范圍電壓
　�。╒）速度
　�。╩m/min-1）氬氣流量
　�。↙/min-1）
　　牌號直徑極性電流（A）
　　正面反面
　　1TIGTGS-9CbΦ2.0DG+75-8519～2560-658～1210-12
　　2TIGTGS-9CbΦ2.0DG+80-9023～2565-758--1210-12
　　4 焊接操作技術(shù)要點(diǎn)
　　4.1焊接過程中內(nèi)壁充氬，保護(hù)焊縫背面，防止氧化。
　　4.2接頭必須在自由狀態(tài)下組對，不得強(qiáng)行點(diǎn)固焊接，以防止焊縫產(chǎn)生較大的拘束應(yīng)力。
　　4.3焊接時(shí)，預(yù)熱溫度和焊熱處理應(yīng)在保證接頭質(zhì)量的前提下進(jìn)行，采取較小的工藝參數(shù)比較合適。
　　4.4合金元素多，焊接時(shí)產(chǎn)生較多的熔渣，每次熄弧后，必須打磨熄弧處，以減少雜質(zhì)聚集。
　　4.5熔融金屬的流動性差，且焊接位置為全位置，因此，焊工在焊接時(shí)要通過調(diào)整焊接參數(shù)，運(yùn)用好操作技術(shù)，在焊縫仰位部位，熔滴下掛，操作不當(dāng)時(shí)，內(nèi)側(cè)焊縫極易產(chǎn)生內(nèi)凹。因此焊工操作時(shí)，應(yīng)采用電流上限，利用電弧的吹力托住熔滴進(jìn)行焊縫成形，避免焊縫產(chǎn)生內(nèi)凹；在仰位向立位過渡區(qū)域，熔滴下掛，操作不當(dāng)時(shí)，內(nèi)側(cè)焊縫易產(chǎn)生內(nèi)凹，因此焊工操作施焊中應(yīng)充分利用維弧電流調(diào)節(jié)焊接熔池形狀，利用電弧的吹力托住熔滴避免焊縫產(chǎn)生內(nèi)凹；在平焊位置，熔滴下掛，內(nèi)側(cè)焊縫極易下掛并產(chǎn)生焊瘤。因此焊工操作時(shí)，應(yīng)采用外加絲，加快施焊速度，控制焊接熔池形狀，筆耕論文，避免焊縫內(nèi)側(cè)產(chǎn)生焊瘤。
　　5 焊接試樣檢驗(yàn)結(jié)果
　　5.1焊后經(jīng)外觀檢驗(yàn)合格，取二件進(jìn)行斷口試驗(yàn)，結(jié)果全部合格。
　　5.2焊件進(jìn)行X射線探傷，結(jié)果全部為I級，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。
　　5.3 T91/12Cr1MoV焊接試件模擬工藝力學(xué)性能見表4，面彎、背彎各二件，試驗(yàn)結(jié)果無裂紋。
　　表4 模擬工藝力學(xué)性能統(tǒng)計(jì)表
　　項(xiàng)目
　　部位σS
　　MPaσb
　　MPaδ10
　　%Ψ%AK（V）
　　JHB其他
　　水平固定焊縫552.0663.014.571.596,116,120224拉力斷于母材
　　熱影響區(qū)545.5672.014.571.5198,210,217195拉力斷于母材
　　母材--------216,217,224195
　　垂直固定焊縫513.0653.014.571.5128,138,146227拉力斷于母材
　　熱影響區(qū)535.0657.015.071.5224,228,236197拉力斷于母材
　　母材--------226,228,232197
　　注：拉力試樣斷于母材，側(cè)面彎曲大于500，斷面未見缺陷，射線拍片均為Ⅰ級片。
　　5.4 T91/12Cr1MoV焊接試件微觀金相檢驗(yàn)結(jié)果見5。焊接接頭的金相檢驗(yàn)結(jié)果，組織為回火索氏體、板條馬氏體，未發(fā)現(xiàn)宏觀缺陷、微觀裂紋及網(wǎng)狀組織，說明焊接材料的選擇與使用，預(yù)熱溫度、層間溫度的控制和熱處理規(guī)范是正確的但從組織分析，原奧氏體晶粒粗大，馬氏體的位向比較明顯。
　　表5.T91/12Cr1MoV焊接試件微觀金相檢驗(yàn)結(jié)果
　　取樣位置微觀組織
　　母材2G12Cr1MoV側(cè)組織：鐵素體＋珠光體  T19側(cè)組織：回火索氏體
　　5G12Cr1MoV側(cè)組織：鐵素體＋珠光體  T19側(cè)組織：回火索氏體
　　焊縫2G回火馬氏體
　　5G回火馬氏體
　　熱影響區(qū)2G12Cr1MoV側(cè)組織：鐵素體＋珠光體  T19側(cè)組織：回火馬氏體＋回火索氏體
　　5G12Cr1MoV側(cè)組織：鐵素體＋珠光體  T19側(cè)組織：回火馬氏體＋回火索氏體

 

本文編號：6975