低合金耐熱鋼的焊接工藝

低合金耐熱鋼在焊接中出現的主要問題是焊縫及熱影響區容易產生淬硬組織、冷裂紋敏感性和熱影響區的軟化等問題，為了保證焊接質量，可以采用預熱、保溫、焊后熱處理、緩冷等工藝措施實現焊接，有效的緩解這些問題的產生。

熱焊法;冷焊法;減應區法

引言

耐熱鋼是指鋼再高溫條件能夠保持熱穩定性和熱強性的鋼材。熱穩定性是指鋼材在高溫條件下能保持化學穩定性（耐腐蝕、不氧化）。熱強性是指鋼材在高溫條件下具有足夠的強度。耐熱鋼的耐熱性能主要通過加入鉻、鉬、釩、鈦、鈮等合金元素來保證，因此在焊接材料的選擇上應根據母材的合金元素含量來確定。低合金耐熱鋼廣泛用于石油石化工業中的高溫管線、反應塔、熱電站的鍋爐、噴氣式發動機等裝置，企業在生產制造中經常采用的多為珠光體耐熱鋼，如15CrMo，1Cr5Mo等。

一、低合金耐熱鋼的焊接性

低合金耐熱鋼在焊接中出現的問題與低碳調質鋼相似，主要問題是焊縫及熱影響區在焊接快速冷卻過程中容易產生淬硬組織導致冷裂紋敏感性增大，還會產生熱影響區的軟化，大多數低合金耐熱鋼，因含有Cr、Mo、V、Nb和Ti等強碳化物形成元素，從而使接頭的過熱區具有不同程度的再熱裂紋傾向及明顯的回火脆性。

（一）熱影響區裂紋

低合金耐熱鋼中的Cr和Mo兩種元素都能明顯增加鋼的淬硬性，在焊后冷卻階段，它們增大了過冷奧氏體的穩定性。如果焊接線能量過小，就容易出現淬硬組織。而且含鉻量越高，冷卻速度越大，接頭的最高硬度也會越大，這些脆硬組織增加了接頭的冷裂紋傾向。

（二）熱影響區的軟化

低合金耐熱鋼焊接接頭熱影響區有軟化現象，軟化區的金相組織是鐵素體和部分碳化物，硬度明顯下降。軟化程度與母材焊前的組織狀態、焊接冷卻速度和焊后熱處理有關。母材合金化程度越高，母材硬度越高，焊后軟化程度越嚴重。焊后高溫回火不但不能使軟化區的硬度恢復，甚至還會稍有降低，采用正火+回火的方法可以減小軟化現象。

（三）回火脆性

低合金耐熱鋼及焊接接頭在370℃～565℃溫度區間長期服役過程中會發生漸進的脆變現象稱為回火脆性，回火脆性的原因是這個溫度范圍內長期受熱后，合金內的雜質元素P、As、Sn、Sb等在奧氏體晶界偏析而引起的晶界脆化。此外，鋼中的Mn、Si也會加劇回火脆化。因此對于基體金屬來說，通過嚴格控制有害雜質元素的含量，同時降低Mn、Si含量，對減小回火脆性有一定的效果。

二、低合金耐熱鋼焊接工藝

（一）焊接方法

低合金耐熱鋼由于含金含量不高，大部分焊接方法都可用，常采用的熔焊方法有焊條電弧焊、埋弧焊、鎢極氫弧焊、熔化極氣體保護焊和電渣焊。但常以焊條電弧焊為主，埋弧焊和氣體保護焊的應用也越來越多。

（二）焊前準備

厚板需要焊前開坡口，坡口加工可以采用火焰或者等離子進行切割，有時切割前也需要預熱，通常選用V型坡口，坡口角度為60°，將坡口及內處兩側打磨干凈，去除油污、鐵銹及水份等污物（去氫、防止氣孔），如果坡口上有裂紋，還要把裂紋去除掉。組對時，不能強制組對，因為強制組隊，會產生內應力，特別在厚板焊接時，要盡量避免妨礙焊縫自由收縮的拉筋、夾具和卡具等工具的使用。

（三）焊接材料的選擇

選則焊接材料的基本依據是保證焊縫金屬的合金成分、強度性能與母材相應指標相近或者應達到產品技術條件提出的最低性能指標。焊縫強度不能選得過高，如果焊縫金屬強度過高，焊縫塑性就會變差，冷裂紋傾向增大。為了提高焊縫金屬的抗熱裂能力，焊接材料中碳的質量分數應略低于母材，其ωC<0.12%，但不得低于0.07%，否則會造成焊縫金屬的沖擊韌度、熱強性等性能降低。焊接材料中的氫元素是極為有害的成分，要盡量降低焊接材料中的氫含量，所以選用低氫型堿性焊條，焊條或者焊劑用前烘干，隨用隨取，焊條放在保溫桶中隨用隨取，如果在保溫桶內超過4個小時，應重新烘干，烘干次數不得超過三次。如果焊件焊無法進行熱處理，也可選用奧氏體不銹鋼焊條，如A307焊條。

（四）預熱和焊后熱處理

預熱是焊接低合金耐熱鋼時防止焊接冷裂紋和消除應力的重要工藝措施，為了確保焊接質量，不論是點固焊或焊接過程中，都需要預熱，并讓溫度變化在一定范圍。低合金耐熱鋼預熱溫度范圍一般為80℃～150 ℃ ，預熱溫度的高低根據鋼材的化學成分、接頭拘束度和焊縫金屬中擴散氫含量來確定。焊后熱處理的目的在于改善焊縫金屬及其熱影響區的組織，使淬火馬氏體轉變成回火馬氏體，降低接頭區的硬度，提高其韌性、變形能力和高溫持久強度并消除內應力。焊后熱處理的方式有：完全退火、正火、高溫回火和回火+等溫退火等。如果焊縫合金成分含量較低、板材厚度不大、采用了低氫低碳焊接材料時，焊后可不進行熱處理。

但必須采取焊后緩冷措施，即使炎熱的夏季也要進行緩冷，一般是在焊后立即用石棉布覆蓋焊縫及近縫區，尺寸小的焊件可包裹在石棉布中緩冷。

三、焊接注意事項

焊接低合金耐熱鋼時要采取預熱，焊后緩冷等措施，但預熱溫度并不是越高越好，要按照焊接工藝要求去做;厚板宜需要采用多層焊，層間溫度不低于預熱溫度，焊接時每道焊縫盡量連續施焊，不要中斷。如確需中斷焊接，應采取熱保溫緩冷措施，再次施焊之前還需進行預熱;焊接過程中應注意填滿弧坑、打磨接頭、去除弧坑裂紋。電流越大、弧坑越深，因此應選擇合適的焊接參數、焊接線能量;各工種要密切配合，避免因下道工序銜接不上而影響整條焊縫質量;同時注意天氣，當環境溫度低時，可適當提高預熱溫度，防止溫度下降太快。

四、小結

預熱、保溫、焊后熱處理等工藝是低合金耐熱鋼的必要工藝措施，三者同等重要，不可偏廢。其中一個環節欠缺，就會導致焊接質量達不到要求。焊接時要嚴格執行焊接工藝，通過在施工過程中嚴格執行預熱、保溫、焊后熱處理等工藝措施，合理安排工序，就能保證焊接質量和技術要求。

參考文獻

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作者簡介：劉子建（1972-），男，遼寧工程職業學院教師，副教授，碩士研究生。