15NiCuMoNb5-6-4鋼埋弧焊（SAW）焊接工藝

費 鼎

（無錫華光鍋爐股份有限公司，無錫 214028）

1 研究背景

隨著電力需求的增加，電站鍋爐鋼材使用的等級和要求越來越高。無錫華光鍋爐股份有限公司（以下簡稱“我公司”）在某余熱鍋爐管道中，選用了符合EN10216-2標準的15NiCuMoNb5-6-4，其環縫拼接坡口如圖1所示。如何高效焊接15NiCuMoNb5-6-4環縫并保證接頭質量還是個難題。本文圍繞15NiCuMoNb5-6-4的焊接性及焊接過程中的控制要點進行詳細介紹。

圖1 15NiCuMoNb5-6-4環縫拼接坡口

2 15NiCuMoNb5-6-4鋼的特性

15NiCuMoNb5-6-4是一種銅-鎳-鉬合金鋼，屬于低合金鐵素體-貝氏體鋼，通過銅的沉淀強化提高材料的強度和抗腐蝕性能，提高回火后的強度，但銅合金鋼具有脆性大的特點，添加一定的Ni消除由于Cu的存在而帶來的高溫紅脆的趨勢；同時，加入一定量彌散的Nb可進一步細化晶粒，提高材料的綜合性能。其化學成分和常溫力學性能分別如表1和表2所示。該鋼材具有較高的強度，經過計算，該鋼碳當量Ceq＞0.46%，有一定的空淬硬化裂紋傾向，具有一定的冷裂敏感性；同時，15NiCuMoNb5-6-4含有Cr、Mo、Nb等強碳化物形成元素，增加了再熱裂紋敏感性；焊縫組織的相變和鋼管壁厚本身造成的結構拘束應力及焊接殘余應力，使焊接接頭處的組織應力增大。以上因素可導致焊接接頭沖擊韌性下降，并容易產生冷裂紋，必須采取嚴格的工藝措施才能防止冷裂紋產生。

3 15NiCuMoNb5-6-4環縫的拼接

3.1 焊接工藝的確定

根據實際情況，確定了15NiCuMoNb5-6-4拼接采用GTAW+SMAW+SAW組合工藝。焊前預熱并控制層間溫度，采用較小的焊接線能量并控制每道焊縫的厚度，焊后進行回火熱處理。

3.2 焊接材料的選擇

焊接材料應保證焊縫熔敷金屬既達到常溫下母材的強度，同時達到運行溫度下母材的韌性和強度（蠕變強度）。

3.3 焊接工藝參數

焊接線能量直接影響到焊接接頭的沖擊韌性。小的線能量可有效減少碳化物的析出和鐵素體的含量，減小熱影響區中脆化區的寬度，提高接頭的沖擊韌性。采用較小的焊接電流和較快的焊接速度進行多層多道焊，控制焊層厚度和焊道擺動寬度，防止形成粗大晶粒而降低接頭力學性能。焊接工藝參數見表3。

4 檢驗

焊縫焊后進行100%RT無損檢測，熱處理后再進行100%MT檢查。如存在缺陷，打磨完全去除缺陷后重新進行預熱、焊接及無損檢測。

表1 15NiCuMoNb5-6-4鋼的化學成分（Wt%）

表2 15NiCuMoNb5-6-4鋼的常溫力學性能

表3 焊接工藝參數

5 焊后熱處理

焊后熱處理可消除焊縫應力，改善焊縫及熱影響區組織，獲得穩定的鐵素體+回火貝氏體組織。為獲得綜合機械性能較好的焊接接頭，15NiCuMoNb5-6-4鋼焊后熱處理溫度應在620±20℃。而在620℃保溫120min回火可使15NiCuMoNb5-6-4鐵素體+回火貝氏體均勻析出，這些析出物通過沉淀強化而改善材料的蠕變斷裂強度，從而提高材料的蠕變性能，并具有較好的強度和沖擊韌性。熱處理時，進出爐溫度控制在≤425℃，升降溫速度控制在≤110℃/h。本體上的控溫熱電偶應緊貼焊縫。圖2為15NiCuMoNb5-6-4鋼進行整體焊后熱處理的曲線圖。

圖2 熱處理曲線圖

6 結論

制定合理的焊接工藝，控制好預熱、焊接線能量、層間溫度、焊后熱處理等環節，15NiCuMoNb5-6-4的環縫接頭完全符合要求。我公司在該產品15NiCuMoNb5-6-4管道制造中已成功使用埋弧焊焊接工藝，并取得了良好效益，為以后15NiCuMoNb5-6-4的焊接積累了經驗。