12Cr1MoV鋼焊縫金相組織研究

楊毅

(大連熱電集團(tuán) 北海熱電廠，遼寧 大連 116032)

一 12Cr1MoV焊接工藝要點(diǎn)

(一)焊接特點(diǎn)分析

(1)12Cr1MoV鋼一般在熱處理狀態(tài)下焊接，其熱處理工藝為1000℃～1020℃正火+740℃回火，焊后大多數(shù)需要進(jìn)行高溫回火。

(2)在選擇焊接材料時(shí)，應(yīng)保證焊縫金屬具有相應(yīng)的熱強(qiáng)性，焊縫金屬的成分應(yīng)力求與母材相近。但為了避免焊縫金屬產(chǎn)生較大的熱裂傾向，焊縫金屬的含碳量和力學(xué)性能要比母材低一些［1］。

(3)為了防止出現(xiàn)冷裂紋和消除近縫區(qū)硬化現(xiàn)象，應(yīng)正確選定預(yù)熱溫度和焊后回火溫度。

(二)焊前準(zhǔn)備

(1)焊接方法的選擇。當(dāng)管壁厚度≥6mm時(shí)，采用氬弧焊打底，手工電弧焊蓋面;當(dāng)管壁厚度≤6mm時(shí)，采用全氬弧焊焊接。

(2)焊接材料的選擇。氬弧焊絲采用TIG－R31，直徑2.5mm，電極為鈰鎢極，直徑2.0mm，氬氣純度不低于99.96%。手工電弧焊采用R317焊條，規(guī)格為φ3.2mm和φ4.0mm。

(3)坡口及其加工。采用V形坡口，其α=60°±5°，P=1 ±0.5mm，b=2±0.5mm。坡口采用氧乙炔中性焰切割，然后用角向磨光機(jī)平整，坡口兩側(cè)各不小于15mm的范圍內(nèi)不得有油漆、鐵銹等污物，必要時(shí)用干凈的白布蘸丙酮擦洗至干凈為止。坡口處的母材應(yīng)無裂紋、重皮、損傷及毛刺等缺陷。

(三)焊接工藝

根據(jù)12Cr1MoV鋼的焊接特點(diǎn)，擬定了焊接工藝。

(1)焊接工藝參數(shù)。焊前預(yù)熱溫度為200℃～300℃。

(2)焊接工藝措施。①焊前將R317焊條在烘干箱內(nèi)進(jìn)行380℃×3h烘干，然后裝入保溫筒內(nèi)，隨用隨取。②徹底清除焊絲表面的油污等雜物，直至露出金屬光澤。③管子對口定位焊時(shí)，定位焊縫應(yīng)分布均勻，焊縫長度以15mm為宜。若其有缺陷，應(yīng)及時(shí)清除掉，重新進(jìn)行定位焊。

二 實(shí)驗(yàn)材料及實(shí)驗(yàn)方法

(1)試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用母材為外徑28mm，壁厚4mm的12Cr1MoV鋼管，成分見表1－1。焊材選用TIG－R31，成分見表1－2。母材和焊材的常溫機(jī)械性能見表1－3。

表1 －1 12Cr1MoV化學(xué)成分(Wt%)［2］

表1 －2 R13化學(xué)成分［2］

表1 －3 母材和焊材的常溫機(jī)械性能

(2)試驗(yàn)方法

試驗(yàn)管材采用鎢極氬弧焊進(jìn)行焊接，坡口形式如圖1－1，焊接參數(shù)見表1－4。

圖1 －1 坡口形式

表1 －4 焊接參數(shù)

三 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

(1)接頭顯微組織

焊接部位組織主要分為焊縫區(qū)、熔合區(qū)、熱影響區(qū)和基體四部分。焊縫組織主要由網(wǎng)狀鐵素體+粒狀貝氏體組成，網(wǎng)狀鐵素體內(nèi)部的貝氏體晶粒度大于10級(jí)，是由馬氏體+殘余奧氏體組成，而網(wǎng)狀鐵素體晶粒度約為3級(jí)，焊縫處w(C)、w (Mn)、w(Si)較高，晶粒度大于10級(jí)，晶粒細(xì)小;熱影響區(qū)的組織主要由片狀馬氏體+珠光體+鐵素體組成，熱影響區(qū)又可分為粗晶區(qū)和細(xì)晶區(qū)兩部分，粗晶區(qū)是由于過熱引起的奧氏體晶粒嚴(yán)重長大，冷卻后形成的過熱組織，晶粒度一般在1～2級(jí)。細(xì)晶區(qū)又可叫作重結(jié)晶區(qū)，此部分性能相當(dāng)好，相當(dāng)于熱處理的正火區(qū)域;熔合區(qū)位于熱影響區(qū)和焊縫區(qū)之間熔合線附近的區(qū)域，又叫半熔化區(qū)。化學(xué)成分和組織性能都有較大的不均勻性。在靠近母材一側(cè)的金屬組織處于過熱狀態(tài)，塑性很差。組織不單一，較為復(fù)雜，所以性能上也不穩(wěn)定，它對接頭的強(qiáng)度塑性和韌性等性能有很大的影響，在許多的情況下是產(chǎn)生裂紋及局部破壞的根源;母材組織主要為鐵素體+珠光體，晶粒度約為8級(jí)。

(2)接頭的顯微硬度分布

接頭的硬度分布在母材處最低，焊縫處的硬度分布較平緩，這是因?yàn)楹缚p組織主要由網(wǎng)狀鐵素體+粒狀貝氏體組成，晶粒細(xì)小，成分均勻。焊縫硬度分布在250HV～300HV。母材組織為片狀鐵素體和珠光體硬度較低，約為150HV左右。熱影響區(qū)組織為晶粒大小不一的片狀馬氏體+珠光體+鐵素體，所以熱影響區(qū)硬度為150Hv～215Hv。熔合區(qū)組織主要為魏氏組織，硬度約為340HV。