1 T91/12Cr1MoV異種鋼焊接性分析
　　1.1 SA213 -T91鋼是一種改進的9CrlMo鋼，它是在9Cr1Mo鋼的基礎上通過添加V、Nb等微量元素形成的。具有較低的熱膨脹系數和良好的導熱性，抗拉強度和屈服強度較高，特別是在高溫下具有較高的蠕變強度和持久強度及許用應力。12CrlMoV鋼是一種常見的珠光體耐熱鋼。應用廣泛，常用來制造壁溫≤580℃ 的高壓、超高壓鍋爐過熱器管、聯箱和主蒸汽管道等，具有較好的焊接性能。
　　1.2 SA213 - T91 屬于馬氏體耐熱鋼，12Cr1MoV 屬于珠光體耐熱鋼，化學成分及常溫機械性能。前者淬硬傾向大，焊接性能差。焊縫及熱影響區極易產生高硬度馬氏體和貝氏體組織，使接頭脆性增加，殘余應力增大，導致產生冷裂紋。后者由于含碳及合金元素較多，焊縫及熱影響區容易出現淬硬組織，當焊件剛性及接頭應力大時，容易產生冷裂紋，焊后熱處理過程中易于產生再熱裂紋。當將其兩種耐熱鋼對焊時，施焊難度較大。
　　2 焊接時出現的問題
　　2.1 T91含有Cr、Mo、V、Cb等強碳化物元素，焊接時焊縫從高溫冷卻時易產生淬硬性的馬氏體組織，焊縫有很大冷、熱裂傾向。
　　2.2兩種母材含有很多的合金元素，其熔融金屬的流動性差，焊接時還產生較多的熔渣。
　　2.3由于馬氏體鋼導熱性差，焊接應力不能得到充分釋放，焊后焊縫的殘余應力很大。
　　2.4焊前不預熱，冷裂紋的出現不可避免。為此，為防止產生冷裂紋，焊前必須預熱（預熱溫度200-250℃），并在焊接過程中保持層間溫度不低于預熱溫度�？紤]到冷卻速度過慢，由奧氏體向鐵素體轉變，預熱及層間溫度不宜過高，但以不超過260℃為易。
　　2.5焊后不易立即進行高溫回火處理，一方面可進行消氫處理，減少熱應力，防止在冷卻程中裂紋的產生；另一方面，進行一定時間的恒溫后熱處理，可使接頭高溫金屬實現由奧氏體向馬氏體的充分轉變，從而避免殘余奧氏體組織在回火冷卻后轉變成新的回火馬氏體。后熱處理完成后，應及時進行高溫回火處理，750 ℃±10 ℃，保溫30 min的熱處理。升溫速度<300℃／h，冷卻速度<300℃／h。冷卻至300℃以下可不控制。以得到綜臺性能良好的回火索氏體組織，并消除焊接殘余應力。
　　2.6焊接接頭性能的劣化程度隨焊接線能量的增大而加劇。
　　2.7焊接接頭由于化學成分和金相組織不同，膨脹系數也不同，在焊接時會產生較大的殘余應力。
　　因此，異種鋼焊接時，如焊接工藝選擇不當，焊工操作不當，很容易產生焊接冷、熱裂紋、夾渣等缺陷。為了得到優質的焊接接頭，有必要從焊接工藝及參數、焊工操作技術等方面進行嚴格控制。
　　3 T91與12Cr1MoV異種鋼焊接工藝
　　3.1焊接方法及設備：TIG焊；ZX7-400IGBT。
　　3.2材料的規格及焊接位置與試件數量：Φ63.5×4.5；水平固定與垂直固定各5件。
　　3.3焊接材料的選擇：選用TGS-9Cb,Φ2.0焊絲。
　　3.3.1選擇焊接材料的正確是異種鋼焊接時的關鍵，接頭質量和性能與焊接材料關系十分密切。選擇時應考慮在焊接接頭不產生裂紋等缺陷的前提下，若不可能兼顧焊縫金屬的強度和塑性，則應選用塑性較好的焊接材料；異種鋼焊接材料的焊縫金屬性能只需符合兩種母材中的一種即認為滿足技術要求；焊接材料應具有良好的工藝性能。焊縫成形美觀；焊接材料應經濟、易得。
　　3.3.2 珠光體鋼與馬氏體鋼異種鋼焊接接頭熱處理時在熔合區可能發生c擴散，井留下一個c擴散層，如果用高匹配焊接材料進行焊接，則C擴散層轉移到珠光體鋼母材一側。因珠光體鋼有較好塑性，C擴散層即使在珠光體鋼這一側，其接頭塑性也較好，利于提高接頭的熱強性。
　　綜上所述，選擇焊接材料應綜臺考慮上述各個方面，而不能簡單依據某種原則。為此，對于T91與12CrlMo異種鋼焊接采用高匹配焊接材料應是較好的選擇。
　　表1.TGS-9Cb焊絲化學成分（%）
　　元素CSIMnPSNICr
　　含量0.080.200.950.0060.0060.699.02
　　3.4焊前準備
　　3.4.1清理焊縫兩側20mm內外壁的油銹污蝕等，直至發出金屬光澤。
　　3.4.2增大坡口角度，增加焊接層數，這樣可以減小熔合比，可以有效降低珠光體母材對焊逢的稀釋作用。所以采用60°-70°的坡口，小鈍邊，大間隙。
　　3.5焊接工藝參數
　　由于采用手工鎢極氬弧焊，氬弧焊的熔合比范固較大。因而�？刂坪煤附庸に噮祵档腿酆媳扔兄苯拥挠绊�。焊接熱輸入越大。母材熔人焊縫越多，而焊接熱輸入又取決于焊接電流、電弧電壓和焊接速度等工藝參數，因而在焊接時應在保證焊縫組織正常、熔合區硬化程度正常的前提下，采用小的工藝參數以減少熱輸入，降低熔合比。
　　水平固定管、垂直固定管焊接工藝參數見表2、表3。
　　表2.水平固定焊接工藝參數
　　層數焊接
　　方法焊條（絲）電流范圍電壓
　�。╒）速度（mm/min-1）氬氣流量
　�。↙/min-1）
　　牌號直徑極性電流（A）
　　正面反面
　　1TIGTGS-9CbΦ2.0DG+80-9019～2570-808-1010-12
　　2TIGTGS-9CbΦ2.0DG+85-9519～2565-758～1010-12
　　表3.垂直固定焊接工藝參數
　　層
　　數
　　焊接
　　方法焊條（絲）電流范圍電壓
　�。╒）速度
　�。╩m/min-1）氬氣流量
　　（L/min-1）
　　牌號直徑極性電流（A）
　　正面反面
　　1TIGTGS-9CbΦ2.0DG+75-8519～2560-658～1210-12
　　2TIGTGS-9CbΦ2.0DG+80-9023～2565-758--1210-12
　　4 焊接操作技術要點
　　4.1焊接過程中內壁充氬，保護焊縫背面，防止氧化。
　　4.2接頭必須在自由狀態下組對，不得強行點固焊接，以防止焊縫產生較大的拘束應力。
　　4.3焊接時，預熱溫度和焊熱處理應在保證接頭質量的前提下進行，采取較小的工藝參數比較合適。
　　4.4合金元素多，焊接時產生較多的熔渣，每次熄弧后，必須打磨熄弧處，以減少雜質聚集。
　　4.5熔融金屬的流動性差，且焊接位置為全位置，因此，焊工在焊接時要通過調整焊接參數，運用好操作技術，在焊縫仰位部位，熔滴下掛，操作不當時，內側焊縫極易產生內凹。因此焊工操作時，應采用電流上限，利用電弧的吹力托住熔滴進行焊縫成形，避免焊縫產生內凹；在仰位向立位過渡區域，熔滴下掛，操作不當時，內側焊縫易產生內凹，因此焊工操作施焊中應充分利用維弧電流調節焊接熔池形狀，利用電弧的吹力托住熔滴避免焊縫產生內凹；在平焊位置，熔滴下掛，內側焊縫極易下掛并產生焊瘤。因此焊工操作時，應采用外加絲，加快施焊速度，控制焊接熔池形狀，筆耕論文，避免焊縫內側產生焊瘤。
　　5 焊接試樣檢驗結果
　　5.1焊后經外觀檢驗合格，取二件進行斷口試驗，結果全部合格。
　　5.2焊件進行X射線探傷，結果全部為I級，符合標準要求。
　　5.3 T91/12Cr1MoV焊接試件模擬工藝力學性能見表4，面彎、背彎各二件，試驗結果無裂紋。
　　表4 模擬工藝力學性能統計表
　　項目
　　部位σS
　　MPaσb
　　MPaδ10
　　%Ψ%AK（V）
　　JHB其他
　　水平固定焊縫552.0663.014.571.596,116,120224拉力斷于母材
　　熱影響區545.5672.014.571.5198,210,217195拉力斷于母材
　　母材--------216,217,224195
　　垂直固定焊縫513.0653.014.571.5128,138,146227拉力斷于母材
　　熱影響區535.0657.015.071.5224,228,236197拉力斷于母材
　　母材--------226,228,232197
　　注：拉力試樣斷于母材，側面彎曲大于500，斷面未見缺陷，射線拍片均為Ⅰ級片。
　　5.4 T91/12Cr1MoV焊接試件微觀金相檢驗結果見5。焊接接頭的金相檢驗結果，組織為回火索氏體、板條馬氏體，未發現宏觀缺陷、微觀裂紋及網狀組織，說明焊接材料的選擇與使用，預熱溫度、層間溫度的控制和熱處理規范是正確的但從組織分析，原奧氏體晶粒粗大，馬氏體的位向比較明顯。
　　表5.T91/12Cr1MoV焊接試件微觀金相檢驗結果
　　取樣位置微觀組織
　　母材2G12Cr1MoV側組織：鐵素體＋珠光體  T19側組織：回火索氏體
　　5G12Cr1MoV側組織：鐵素體＋珠光體  T19側組織：回火索氏體
　　焊縫2G回火馬氏體
　　5G回火馬氏體
　　熱影響區2G12Cr1MoV側組織：鐵素體＋珠光體  T19側組織：回火馬氏體＋回火索氏體
　　5G12Cr1MoV側組織：鐵素體＋珠光體  T19側組織：回火馬氏體＋回火索氏體

 

本文編號：6975