珠光體耐熱鋼的焊接工藝評定內容及其注意事項

王 勇 沈 科 施斌瑤

（常州朗脈潔凈技術有限公司，江蘇常州213149）

0 引言

隨著用戶的大量需求和國內研究部門對珠光體耐熱鋼的進一步深入研究，珠光體耐熱鋼在我國石化機械制造行業出現了一個嶄新的發展前景，在制藥設備要求嚴格的領域也有著巨大的發展潛力。為了推動珠光體耐熱鋼在石油化工、制藥工程和其他工業領域的廣泛應用，特在此介紹一些工作經驗，以求提高珠光體耐熱鋼設備的制造水平和產品質量。

1 珠光體耐熱鋼焊接工藝評定及注意事項

珠光體耐熱鋼是以Cr、Mo為主要合金元素的低合金結構鋼。鉻的作用是提高耐蝕性，鉻的氧化物比較致密，不易分解，能有效地起到保護膜作用；鉬是鋼中強化元素，鉬優先進入固溶體使其強化，提高鋼的熱強性。珠光體耐熱鋼廣泛應用于600℃以下工作的設備中，它不僅具有良好的抗氧化性和熱強性，還具有一定的抗硫和氫腐蝕能力，同時具有很好的冷熱加工性能。但是，這種鋼淬硬傾向較大，焊接時在焊縫和熱影響區易產生硬而脆的馬氏體組織，而且還有很大的內應力，容易使焊縫的熱影響區產生冷裂紋，并且在焊后的熱處理過程中易產生再熱裂紋。與普通的低碳鋼和低合金結構鋼相比，制訂珠光體耐熱鋼焊接工藝時，除防止焊接裂紋外，最重要的是保證焊接接頭性能，特別是高溫性能滿足要求。

1.1 焊接方法

焊接珠光體耐熱鋼的常用方法有焊條電弧焊、鎢極和熔化極氬弧焊、埋弧焊和電渣焊。

焊條電弧焊具有機動、靈活，能作全方位焊接的優點。缺點是建立低氫的焊接條件比較困難，從而使焊接工藝變得較為復雜。焊接珠光體耐熱鋼一般應采用低氫型堿性焊條，多用于集管與接管的角焊縫。

鎢極氬弧焊（TIG焊）的焊接氣氛具有超低氫特點，能獲得純度較高的焊縫金屬。在珠光體耐熱鋼管道焊接中，TIG焊是提高焊接質量的最重要方法，其缺點是焊接效率低。因此，對厚壁管道焊接時常采用TIG焊焊接根部焊道（打底），而填充層則采用其他高效率的焊接方法完成。如盤管制作多采用TIG焊，接管與法蘭的焊縫多采用TIG焊打底，焊條電弧焊蓋面的焊接工藝方法。

埋弧焊具有熔敷金屬高的優點，在大厚度珠光體耐熱鋼焊接中得到廣泛應用。其缺點是不能在空間任何位置進行焊接，對于小直徑管和薄件很難發揮其應有的效率，故一般不采用此種焊接方式。

電渣焊是效率最高的一種焊接方法，在焊接過程中產生大量的熱，可起到對母材預熱的作用，焊縫冷卻速度相當緩慢，有利于氫的擴散逸出。其缺點是焊縫和熱影響區晶粒粗大，接頭必須經正火處理后才能使用。因此，這種方法不實用。

1.2 材料工藝評定

對比了以上幾種焊接方法后，針對產品結構制訂了很多種工藝評定，如表1、表2所示。

表112Cr1MoVG材料工藝評定（熱處理）

表212Cr1MoVG材料工藝評定

2 焊接材料的選擇

珠光體耐熱鋼焊接材料的選擇原則是焊縫金屬的合金成分、強度性能應基本上與母材一致。若二者成分相差很大，其焊接接頭在長期高溫使用后，會因成分不均勻而導致合金元素的擴散，使接頭高溫性能不穩定；焊縫強度不能選得過高，以免使塑性變差，冷彎角變小，甚至形成裂紋。為了防止焊縫出現熱裂紋，其含碳量＜0.12%，但不得低于0.07%，否則焊縫金屬熱處理性、沖擊韌度、熱強性會變差。12Cr1MoVG材料的化學成分和焊材的化學成分如表3、表4所示。

表312Cr1MoVG材料的化學成分

表4 焊材的化學成分

從表3、表4的化學成分可以看出，母材與焊接材料的化學成分基本相當，焊接材料的含碳量≤0.12%，這樣可以提高焊接接頭的韌性和抗熱、抗冷裂紋的能力。

3 預熱

預熱可以降低冷卻速度，是防止出現焊接冷裂紋和再熱裂紋的有效工藝措施之一。預熱溫度根據鋼的合金成分、接頭的拘束度和焊縫金屬的擴散氫含量來確定，珠光體耐熱鋼焊接的預熱溫度范圍一般在150～350℃。可采用氧—乙炔火焰預熱12Cr1MoVG工藝評定試樣，預熱溫度控制在250℃左右、層間溫度≥250℃、加熱范圍為坡口兩側100mm處。只有當預熱溫度和層間溫度均控制在馬氏體轉變終止溫度以下時，焊接結束后奧氏體才能在控制溫度范圍內轉變成馬氏體，并在馬氏體轉變完后再進行焊后熱處理，使馬氏體得到回火而改善韌性。

4 定位焊

提高定位焊焊縫質量也是防止出現焊縫裂紋的一個途徑，因為在定位焊時，電弧極不穩定，冷卻速度很快，易產生微裂紋，正式焊接前如果不能徹底清除，往往被殘留在正式焊縫中，可能成為引起正式焊縫宏觀裂紋的內因。因此，定位焊前除一定按要求預熱外，還必須要用正式的焊接工藝參數進行定位焊。

5 焊接環境

珠光體耐熱鋼焊接受環境的影響很高，當風速過大，尤其是管內穿堂風過大時，易使焊接接頭淬硬，含氫量也會增加。因此，當環境濕度、風速等超過規定后，應禁止施焊。

6 焊接熱輸入

從避免熱影響區金屬的淬硬性、減慢焊后冷卻速度、防止冷裂紋產生角度來看，適當增大焊接熱輸入是有利的。但是，過大的焊接熱輸入會增加焊接應力和變形，使熱影響區過熱程度高、晶粒粗化、晶界的結合能力降低，產生再熱裂紋的可能性增加，同時會使接頭韌性下降。綜合考慮，珠光體耐熱鋼焊接宜用較小的焊接熱輸入焊接。焊接時應采用多道焊和窄焊道，不擺動或小幅度擺動電弧。焊接時應嚴格控制工藝參數，表5是規格為φ60×5的12Cr1MoVG材料的管對接接頭的焊接工藝參數，采用手工氬弧焊接方法焊3層。整個焊接過程盡量連續完成，中斷時應用保溫棉包好緩冷。采用多層焊接，中間層溫度不應低于預熱溫度。

表5 焊接工藝參數

7 焊后熱處理

珠光體耐熱鋼焊后熱處理的目的不僅是消除殘余應力，更重要的是改善接頭組織，提高其綜合力學性能，包括提高接頭的高溫蠕變強度和組織穩定性，降低焊縫及熱影響區的硬度。珠光體耐熱鋼焊后一般作高溫回火處理，回火參數主要是加熱溫度和保溫時間。選擇回火參數時，應考慮盡量避免在回火脆性及消除應力裂紋敏感溫度范圍內進行，并要規定在危險區內較快的加熱速度。對于某些合金成分較低、拘束度較小的珠光體耐熱鋼焊接接頭，如焊前正確預熱，焊接材料選擇得當，經焊接工藝評定試驗證實接頭具有足夠的塑韌性，可以取消焊后熱處理，高溫長期運行對焊態下的接頭有補充回火熱處理效應。12Cr1MoVG焊后熱處理溫度控制在700～740℃為宜，保溫時間根據工件厚度來定，一般取0.04t（t為工件厚度），但不少于15min。圖1為12Cr1MoVG材料的熱處理工藝曲線圖。

8 結語

圖1 熱處理工藝曲線圖

本文介紹了珠光體耐熱鋼焊接工藝評定及其注意事項，對珠光體耐熱鋼焊接方法與其工藝性進行了分析，闡述了合理的焊接規范，其目的是為了提高珠光體耐熱鋼設備的制造水平和產品質量，以推動珠光體耐熱鋼在石油化工、制藥工程和其他工業領域的廣泛應用。

［1］NB/T47014—2011 承壓設備焊接工藝評定［S］

［2］陳祝年.焊接工程師手冊［M］.北京：機械工業出版社，2002