15CrMoG耐熱鋼焊接接頭工藝研究

王曉梁，仇　彬

（1.江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院南通分院，江蘇 南通226011；2.江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院鹽城分院，江蘇 鹽城224000）

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15CrMoG耐熱鋼焊接接頭工藝研究

王曉梁1，仇彬2

（1.江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院南通分院，江蘇 南通226011；2.江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院鹽城分院，江蘇 鹽城224000）

摘要：通過對15CrMoG耐熱鋼焊接性分析，提出較為合理的焊接工藝，并對焊接接頭進行工藝評定，評定結果符合要求，具有實用價值。

關鍵詞：15CrMoG耐熱鋼；焊接工藝

隨著工業的發展，珠光體耐熱鋼以其良好的抗氧化性、熱強性、一定的抗硫和氫腐蝕能力等性質，在高壓鍋爐、壓力容器、石油管道、化工設備等部件上的應用愈加廣泛。15CrMoG耐熱鋼在實際應用中，焊接接頭易出現冷裂紋、再熱裂紋和回火脆性等問題[1]，因此如何編排出較為合理的焊接工藝，成為實際應用中的關鍵因素之一。本文對15CrMoG耐熱鋼焊接性分析，提出較為合理的焊接工藝，并對焊接接頭進行工藝評定，最終正確、合理的運用到實際工作中。

1　15CrMoG成分與性能特點

15CrMoG耐熱鋼[2]是以Cr、Mo為基本元素，正火狀態下顯微組織為珠光體+鐵素體的一類熱強鋼。不僅滿足常溫力學性能要求，而且高溫時具有足夠的抗氧化性和熱強性。其中Cr顯著提高鋼的抗氧化能力；Mo的作用是提高鋼的熱強性，高溫下的鐵素體的抗蠕變能力明顯增加，并可提高鋼在形變強化后的軟化溫度和再結晶溫度。15CrMoG化學成分和力學性能如表1、2[3]所示。

表1　15CrMoG鋼管化學成分（質量分數，%）

表2　15CrMoG鋼管力學性能

2　15CrMoG鋼焊接性工藝

15CrMoG耐熱鋼的焊接常用焊條電弧焊、鎢極氬弧焊、熔化極氬弧焊等方法。焊條電弧焊具有靈活性好，能作全位置焊接的優點；鎢極氬弧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，鎢極氬弧焊是提高焊接質量的最重要方法，因為其焊接效率低，因此計劃選擇多層焊采用鎢極氬弧焊打底，焊條電弧焊填充蓋面。合理的焊接工藝是獲得穩定的焊接接頭重要保證，其主要工藝如下。

（1）焊材選擇：為了保證耐熱、耐蝕等性能要求，焊材的選擇主要考慮焊縫金屬的成分、機械性能與集體金屬基本一致。否則，其接頭在高溫下長期工作，往往因成分不均勻而導致整個焊接接頭持久度下降。為此15CrMoG耐熱鋼打底焊選用含碳量比母材較低、合金成分與母材相近的ER55-B2焊絲，焊絲直徑選為φ2.5 mm.填充和蓋面選用R307φ3.2 mm的低氫型手工電弧焊焊條。焊條在使用之前，必須按一定的規范進行烘干處理，并放在焊條保溫桶中。

（2）預熱：預熱溫度應根據鋼的合金成分、接頭的拘束度和焊縫金屬的擴散氫含量來確定。預熱可以降低冷卻速度，由于在冷裂紋敏感溫度區間（約100℃～100℃）之上停留時間較長，使得大部分氫可在高溫下從焊接區逸出，從而可有效防止冷裂紋，也可防止產生再熱裂紋。本次實驗采用150℃的預熱溫度。

（3）焊后回火：焊后回火主要是為了在冷裂紋產生之前及時進行加熱處理，以消除殘余焊接應力，防止焊后冷裂紋的產生，同時改善焊接接頭組織。本次實驗采用680～700℃的回火加熱溫度，并保溫0.5 h.

（4）焊接參數：根部鎢極氬弧焊采用直流電源正接法，并且選取適當的焊接參數。電流過大則焊縫下陷，易焊穿，鎢極燒損嚴重，引起焊縫夾鎢；過小則造成電弧不穩和偏差，會產生未焊透和氣孔等缺陷。蓋面和填充的手工電弧焊采用直流反接，并且選用較大的焊接參數，清除根部焊縫中的某些缺陷。

2.1焊接過程

本實驗采用厚度為10 mm的15CrMoG鋼進行管對接試驗，鎢極氬弧焊打底，手工電弧焊填充蓋面，保護氣采用Ar氣，6～8 L/min氣體流量。焊接接頭形式如圖1所示。焊接前，將坡口及其兩側邊緣上的油污、鐵銹、氧化物等清除干凈，直至露出金屬光澤。

圖1　15CrMoG鋼焊接接頭形式

3　焊接工藝評定

3.1焊接實驗

采用厚度為10 mm的15CrMoG鋼進行管對接試驗，鎢極氬弧焊打底，手工電弧焊填充蓋面，保護氣采用Ar氣，6～8 L/min氣體流量。本次實驗參數如表3所示。

表3　15CrMoG鋼焊接方法及參數

焊接接頭形式如圖1所示。焊接前，將坡口及其兩側邊緣上的油污、鐵銹、氧化物等清除干凈。

3.2性能評定

外觀：焊縫成形良好，無可見缺陷；X射線探傷：按NB/T4730.2-2005標準對6個式樣進行100%射線探傷，結果均為級合格；力學性能試驗：試樣按NB/ T47014-2011標準進行試驗，試驗結果表4。從力學性能試驗結果可以看出：焊接接頭拉伸試樣斷裂于母材區，說明焊縫的抗拉強度都高于母材；彎曲試樣全部合格，說明焊縫的塑性好。結合X射線探傷結果，表明15CrMoG耐熱鋼的焊接工藝是可行的。

表4　力學性能試驗結果

3　結束語

15CrMoG耐熱鋼在以上的焊接工藝條件下，獲得良好的實驗結果，可以看出：（1）由于15CrMoG鋼焊接性差，采用鎢極氬弧焊打底、手工電弧焊填充蓋面，既保證質量又提高了效率。（2）為了保證焊接接頭在常溫與高溫下的力學性能，焊縫金屬的主要化學成分與母材接近。否則接頭在高溫下長期工作，往往因成分不均勻而導致整個焊接接頭持久度下降。

參考文獻：

[1]龔志翔，張建平，孔曉眉，等.15CrMoG鋼φ450mm管坯連鑄二冷工藝的優化[J].特殊鋼，2004，25（6）:10-12.

[2]克西格達拉.淺談珠光體耐熱鋼的焊接[J].農業技術與裝備，2010，29（12）:4-5.

[3]陳愛國，葉家瑋.15CrMoG船用鍋爐管焊接工藝探討[J].熱加工工藝，2007，36（23）：10-12.

作者介紹：王曉梁（1982-）男，江蘇南通人，工程師，碩士研究生，研究方向：焊接設備及自動化。

中圖分類號:TG457.11

文獻標識碼：A

文章編號：1672-545X（2016）04-0259-02

收稿日期：2016-01-03

Study on the Properties of Welded Joint of 15CrMoG Heat Resistant Steel

WANG Xiao-liang1，QIU Bin2
（1.Nantong Branch of Jiangsu Province Special Equipment Safety Supervision Inspection Institute，Nantong Jiangsu 226011，China；2.Yancheng branch of Jiangsu Province Special Equipment Safety Supervision Inspection Institute，Yancheng Jiangsu 224000，China）

Abstract:Through the analysis of 15CrMoG heat resistant steel welding，the welding process is proposed in this paper is reasonable，and process evaluation of welded joints，evaluation results meet the requirements，and has practical value.

Key words:15CrMoG heat resistant steel；welding process