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1、T91+12Cr1MoV 异种钢焊接工艺的试验研究摘要：文章对 T91+12Cr1MoV 异种钢焊接工艺问题进行了研究，并对有关焊接工艺简化的可能性进行了探讨，通过对比试验和试验验证，提出了简单实用、可指导实际施工的焊接工艺。采用该工艺指导实际生产获得了良好的效果。目前，T91 钢已广泛应用到我国新机组建设或老机组的改造中，在老机组改造中，遇到的突出问题就是 T91 钢与 TP347、G102 和 12Cr1MoV 等钢的异种钢焊接问题。国外就 T91 异种钢焊接问题的研究，在焊接材料上多采用“中匹配”即合金元素含量介于 2 种母材之间的焊接材料方案，在工艺上多采用焊前预热、焊后热处理工艺 1
2、。下面就在我国采用较多的 T91+12Cr1MoV 异种钢焊接工艺及焊接工艺的简化问题进行探讨。1 试验材料1.1 母材T91 钢是在 ASTM A213-T9 钢的基础上，降低含碳量，添加微量 Nb、V 合金化，并控制含 N 量得到的。允许使用于壁温625 的锅炉过热器及高温再热器，该钢具有较大的冷裂倾向，焊接时可能产生冷裂纹和热裂纹。12Cr1MoV 钢属珠光体低合金热强钢，该钢具有较高的热强性能和持久塑性，可用于壁温580 的锅炉受热面管，该钢的焊接性良好，对于壁厚较小的小径管，焊前不预热，焊后不热处理。T91 钢和 12Cr1MoV 钢的化学成分见表 1、表 2，常温机械性能见表 3。
3、12T91 钢的异种钢接头裂纹敏感性分析T91 异种钢的焊接具有以下性能2：a.T91 钢和 T22、G102、TP347 3 种异种钢焊接接头对热裂纹不敏感，抗裂性能良好。b.T91 钢对再热裂纹不敏感。c.T91 钢碳当量高，淬硬倾向大，T91 异种钢焊接接头的冷裂纹倾向与同质材料焊接接头相当，通过一定的工艺措施可以避免产生冷裂纹。13 焊接材料分别选用高、低匹配的 2 种类型的焊接材料进行对比试验，一种是与 T91 钢相匹配的焊丝,即 TIG-9CrMoV(N)焊丝；另一种是与 12Cr1MoV 钢相匹配的焊丝，即TIG-R31 焊丝，试验用母材和焊丝的化学成分见表 4。14 焊接方法不
4、同的焊接方法对焊缝的韧性影响较大，采用氩弧焊焊接方法，焊缝具有优异的塑性和韧性，因此选用全氩弧焊焊接方法。2T91+12Cr1MoV 异种钢焊接工艺21 焊接工艺根据现场实际生产的需要，选择母材规格为42 mm5 mm，坡口采用“V”型，坡口角度为 602，对口间隙为 1.52 mm，焊丝规格为2.5 mm。由于T91钢碳当量高，具有一定的冷裂倾向，因此焊前应采取预热措施，预热温度 1502003，采用火焰加热的方法。内部充氩气保护，电源采用直流正接极，焊后热处理温度为 74010，保温时间 1 h。22 焊接工艺方案根据 T91+12Cr1MoV 异种钢焊接不同的匹配和是否热处理，选用了 4
5、 种方案，方案内容见表 5。3 焊接接头试验对焊制的 T91+12Cr1MoV 异种钢焊接接头经 X射线探伤合格后，按焊接工艺评定规程的要求，制取拉伸、弯曲、金相、高温短时拉伸试样。31T91+12Cr1MoV 异种钢机械性能试验试验结果见表6。焊接接头的抗拉强度均高于 T91+12Cr1MoV 异种钢焊接接头的规定值，但 12Cr1MoV 钢侧经保温 1 h 热处理后，母材抗拉强度下降比较多，使12Cr1MoV 钢的抗拉强度接近该钢的下限，因此有必要对焊后热处理的时间进行研究。取 12Cr1MoV 钢母材、T91+12Cr1MoV 异种钢焊接接头，热处理保温时间分别为30 min 和 40
6、min 进行对比试验，试验结果见表 7。由表 7 可知，焊后热处理保温时间30 min 就可以满足性能的需要。因此焊后热处理的保温时间选用 30 min，1 h 的保温时间较长。32 弯曲试验对 T91+12Cr1MoV 异种钢焊接接头进行了弯曲试验，试验结果见表8。从表 8 弯曲试验结果看，用高匹配的焊丝，焊后不热处理，弯曲试验不合格，因此用高匹配的焊丝焊接 T91+12Cr1MoV 异种钢焊接接头，焊后必须进行热处理。用低匹配的焊丝焊后热处理和不热处理，弯曲试验均合格。33 金相分析对 T91+12Cr1MoV 异种钢焊接接头按不同的工艺方案进行了金相组织分析（热处理试样的保温时间为 30
7、 min），T91 钢的母材组织为索氏体；12Cr1MoV 钢的母材组织为铁素体+珠光体。T91+12Cr1MoV 异种钢焊接接头各区的显微组织比较见表 9。从表 9 可以看出，无论是采用高匹配的 T91 钢焊接材料，还是低匹配的12Cr1MoV钢焊接材料，在金相组织上没有大的区别，但焊后热处理都使焊缝及热影响区组织得到了改善，焊缝由马氏体或柱状铁素体加珠光体转化为回火马氏体或索氏体，T91钢侧的热影响区组织由马氏体转变为索氏体，12Cr1MoV 钢侧的热影响区由铁素体加珠光体转变为索氏体。34 短时高温拉伸试验在使用不同的焊接材料及是否热处理的条件下，对 T91+12Cr1MoV 异种钢焊接
8、接头进行了高温短时拉伸试验，以进一步比较该焊接接头焊后的高温性能，试验结果见表 10。由表 10 可知，无论是高匹配的还是低匹配的焊接材料，高温短时拉伸试验结果都断裂在 12Cr1MoV 钢母材侧，因此从焊材上考虑，选用低匹配的焊接材料就可以满足焊接接头的性能要求。另外，焊后是否热处理对高温性能影响不大，这可通过进一步的试验来验证焊后不热处理的可能性，以简化焊接工艺。4 结论a.选用高匹配的焊接材料焊后不热处理，该工艺不可行，性能试验结果不合格。选用高匹配的焊接材料，焊后热处理或者选用低匹配的焊接材料，无论焊后是否进行热处理，各种试验结果均合格。因此从现场实际考虑，采用低匹配、焊后热处理的 T
9、91+12Cr1MoV 异种钢焊接工艺，能够得到综合性能良好、组织稳定的焊接接头。b.焊后热处理时间由 1 h 降低到 30 min，可以满足接头性能的要求，因此热处理工艺中保温时间参数选用 30 min。c.对 T91+12Cr1MoV 异种钢焊接接头，选用低匹配的焊接材料，焊后不热处理的焊接工艺是可行的，但应通过进一步试验来验证。在马头发电总厂 2002 年的#7 机组大修中，将部分高温对流过热器的 G102 钢管更换为 T91 钢，涉及到 T91+12Cr1MoV 异种钢焊接问题，使用该工艺(选用低匹配的焊接材料，焊后热处理)现场实际焊接这种接头 296 道，焊后经 X 射线探伤，焊口一
10、次合格率 98%，运行至今未见异常，效果良好。T91/12Cr1MoVT91/12Cr1MoV 异种钢异种钢 Ws/DsWs/Ds 焊接工艺（上）焊接工艺（上）(图图)http:/2003 年 08 月 07 日 09:44论文集双击鼠标滚屏焦作市河南火电二公司焊接培训中心邢增为0 0、引言、引言T91 是一种改进的 9Cr-1Mo 钢，属于马氏体耐热钢，由于具有良好的热强性和热物理性能，在我国新建高参数机组及部分老机组的改造中，以其代替价格昂贵的 TP304H、焊接性差的F12 钢，及热强性较低的T22、P22 钢已成为一种趋势。该钢将在我国电站用钢中具有广泛的应用前景。我公司承建禹州电厂
11、2X350MW 机组中，锅炉过热器管排焊口就为 T91/12Cr1MoV异种钢的焊接。对于12Cr1MoV钢的焊接，已有成熟的焊接工艺，但对T91/12Cr1MoV异种钢的焊接，我们施工中还是首次碰到，本文主要针对 T91/12Cr1MoV 异种钢Ws/Ds 的焊接进行试验，取得科学的焊接工艺用于指导现场生产。1 1、焊接性分析、焊接性分析T91 钢属空冷马氏体钢，其合金元素总含量超过13%，淬硬倾向大，冷裂纹敏感性大。12Cr1MoV钢是一种综合性能较好的珠光体耐热钢，其碳当量 Ceq=0.59%，焊接性能相对较好，淬硬及冷裂倾向小。T91 与12Cr1MoV异种钢之间的焊接难度大，易产生各
12、种缺陷，尤其是冷裂纹的倾向大，与T91 同种钢的焊接对冷裂纹的倾向相当。必须采用合理的焊接工艺才可保证焊缝的焊接质量。2 2 焊接工艺试验焊接工艺试验2.1 试验主要材料T91 钢管 51X712Cr1MoV 钢管51X7 氩气纯度99.95%焊丝TiG-R40 2.5焊条R407 3.2试验用焊接钢材的化学成分见表1表1 试验所用母材、焊材化学成分（Wt%）2.2 焊接方法：Ws/Ds2.3 坡口型式：V 型 坡口角度=35；对口间隙2.53.5mm2.4 焊接工艺参数（1）水平固定，焊接工艺参数见表2（2）垂直固定，焊接工艺参数见表32.5 焊接加热规范试验国内外不同资料对T91 小径管的
13、焊接加热规范要求不一，如国外某些资料对8mm 以下的T91 小径管的焊接要求层间温度为180250，焊后回火为760X0.5h；而国内国家电力瓮火电建设部的T91/P91 钢管焊接工艺暂行规定则规定的焊接层间温度为300350，焊后回火为 750X1h。为制定一个科学的适合工地施工的焊接热规范，结合12Cr1MoV钢的特性，按照电力建设施工及验收技术规范 火力发电焊接篇（DL5007-92）的有关规定，综合有关资料，我们在焊接工艺参数不变的前提下制定两种焊接加热规范分别进行试验。A：1、预热方式：火焰加热汲 测温：特式测温仪测量 热处理方式：远红外加热。2、氩弧焊打底前预热：100150，盖面
14、前预热温度：250300。3、层间温度：2003004、焊后热处理：焊缝整体焊接完毕后，冷却到室温后升温到 75恒温30min。升降温速度为 150/h。B：1、预热方式：火焰加热 测温：笔式测温仪测量 热处理方式：远红处加热。2、氩孤焊打底前预热：100150。盖面前预热温度：250350。3、层间温度：3003504、焊后热处理：焊缝整体焊接完毕后，冷却到室温后升温到 750恒温60min。升降温速度为 150/h。3 3、焊后试验、焊后试验3.1 机械性能试验分别按照A、B 两种热处理规范处理的两组试件，经射线探伤都达到了 1 级标准。拉伸试验结果见表4，冷弯试验结果见表5。（以下各种表
15、中A、B 分别代表采用2.5 中的A、B 两种热规范预热、热处理的试件）3.2 硬度试验硬度试验结果见表63.3 金相试验采用氯化铁盐酸水溶液侵蚀，放大400 倍，在光学显微镜下观察的焊接接头热得理后的微观金相组织分布见表7。电站锅炉过热管异种钢焊接性研究电站锅炉过热管异种钢焊接性研究论文标题:电站锅炉过热管异种钢焊接性研究Research on Weldability of Dissimilar Steel of Power Station Boiler Super-heater Tubes论文作者 张心保论文导师 孙咸,论文学位 硕士,论文专业 材料加工工程论文单位 太原理工大学,点击次数
16、 68,论文页数 87 页 File Size4725k2002-05-01 论文免费下载 http:/ dissimilar joint;operating at high temperature;carbon migration;creep-cracking;early failureanalysis国内某火电厂电站锅炉三级过热器珠光体耐热钢 12Cr1MoV 和奥氏体耐热钢0Cr17Ni12Mo2异种钢焊接接头在560高温运行5.7万小时后有部分接头发生了早期断裂失效现象。本文基于这一事故对 P/A 异种钢焊接接头的焊接性进行了研究，重点试验研究了接头在运行前后的力学性能及金相组织变化，
17、并分析了其早期失效的原因。对两种母材及接头的拉伸试验表明，珠光体耐热钢的强度低于奥氏体钢；经高温运行后，钢材的强度有所升高而塑性有所下降，因此在高温运行时易发生脆性断裂。异种钢接头的熔合区在焊态即存在马氏体过渡层；在高温长期运行中，珠光体发生球化，降低了钢的蠕变抗力；还会发生碳的迁移，即碳原子从合金元素含量较低的珠光体钢侧越过熔合线扩散到合金元素含量较高的奥氏体焊缝侧，结果会在珠光体钢侧形成软化区而在焊缝内形成硬化区，扩散到焊缝中的碳除了一部分溶入马氏体基体外，其余部分以 M_(23)C_6 碳化物的形式沿熔合线析出；焊缝中的富母材成分的“半岛”区的存在会加剧焊缝性能的不均匀，增大焊缝的界面应
18、力。异种钢的焊接接头在高温运行中，在高温和应力的作用下，珠光体的脱碳层会产生蠕变裂纹，发生低应力脆性断裂，从而导致接头的早期失效。异种钢焊接异种钢焊接焊接,异种一、异种钢焊接概述及其焊接特点两种牌号不同的钢之间的焊接称之为异种钢焊接，它是属于异种金属焊接中应用最为广泛的一类接头。对于异种钢焊接接头又可分为两种情况，第一类为同类异种钢组成的接头，这类接头的两侧母材虽然化学成分不同，但都属于铁素体类钢或都属于奥氏体类钢；第二类接头为异类异种钢组成，即接头两侧的母材不属于同一类钢，例如一侧为铁素体类钢，另一侧为奥氏体类钢(如奥氏体不锈钢)。对于母材都属于铁素体类钢，其焊缝采用奥氏体不锈钢焊条或镍基焊
19、条焊接的接头，也属于第二类接头。由于异种钢接头两侧的母材无论从化学成分上还是物理、化学性能上都存在着差异，因此，焊接时，要比同一种钢自身之间的焊接要复杂得多。异种钢焊接时存在以下焊接特点：接头中存在着化学成分的不均匀性异种钢焊接接头的化学成分不均匀性及由此而导致的组织和力学性能不均匀性问题极为突出，特别是对于第二类异种钢接头更是如此。不仅焊缝与母材的成分往往不同，就连焊缝本身的成分也是不均匀的，这主要是由于焊接时稀释率的存在所造成的。这种化学成分的不均匀性对接头的整体性能影响较大。接头熔合区组织和性能的不稳定性在母材与焊缝金属之间的熔合区由于存在着明显的宏观化学成分不均匀性，因此就引起组织极大
20、的不均匀性，给接头的物理化学性能、力学性能带来很大影响。比如用奥氏体不锈钢焊条焊接低合金钢与奥氏体不锈钢之间的异种钢接头，在熔合区就存在着“碳迁移”现象，使熔合区靠焊缝一侧形成增碳层，而低合金钢一侧形成脱碳层，在此区域内硬度变化剧烈，同时力学性能下降，甚至引起开裂。焊后热处理是较难处理的问题异种钢接头的焊后热处理是一个比较难处置的问题，如果处置不当，会严重损坏异种钢接头的力学性能，甚至造成开裂。例如对于同类异种钢接头，一侧母材强度较低，要求的焊后热处理温度也较低，而另一侧母材强度及合金元素含量较高，要求的焊后热处理温度较高，此时如果 PWHT 温度选择不当，会使强度低的一侧母材强度下降过度。二
21、、异种钢焊接工艺要点1.焊材选择正确地选用焊材是焊接异种钢的关键，焊接接头的质量和使用性能与所选用的焊材密切相关。异种钢接头的焊缝和熔合区，由于合金元素被稀释及碳的迁移等原因存在一个过渡区，过渡区中不但化学成分、金相组织不均匀，而且物理性能、力学性能等通常也有很大差异，可能会引起焊接缺陷(如裂纹等)或严重降低性能。为此必须按照母材的成分、性能、接头形式和使用要求等来正确选用焊材。其焊材选用的基本原则有以下几点：在焊接接头不产生裂纹等缺陷的前提下，若焊缝金属的强度和塑性不能兼顾时，则应选用塑性和韧性较好的焊材。焊缝金属性能只需要符合两种母材中的一种，即可认为满足使用技术要求。一般情况下，选用焊材
22、使焊缝金属的力学性能及其他性能不低于母材中性能较低一侧的指标，即认为满足了技术要求。但在某些情况下还应从焊接工艺性能(如抗裂性等)方面来考虑。结构钢的异种钢号焊接时，对相同强度等级的结构钢焊条，一般应选用抗裂性能好的低氢焊条。对于金相组织差别比较大的异种钢接头，如珠光体奥氏体异种钢接头，则必须充分考虑填充金属受到稀释后焊接接头性能仍然得到保障。在满足性能要求的条件下，选用工艺性能好、价低、易得的焊材。对于异类异种钢接头，一般均选用高铬镍奥氏体不锈钢焊条或镍基合金焊条。对于工作条件苛刻的重要接头，首推选用镍基合金焊条，因为虽然它价格较贵，但可以减少或避免碳迁移，且其焊缝金属的线膨胀系数介于铁素体
23、钢和奥氏体钢之间，对接头的组织及力学性能都有好处。2.焊接预热要求预热温度的确定，一般按预热要求高的一侧来确定焊接预热温度，但对于异类异种钢接头，可以适当降低预热温度，必要时经试验后确定。3.焊接规范的确定对于异类异种钢接头，在选择焊接规范时，因设法降低熔合比。为此，应选择小直径焊条或焊丝，尽量选用小电流快速焊。4.采用预堆边焊的方法进行焊接有时为了解决异种钢接头预热和焊后热处理难的问题，往往采用预堆边焊的方法进行焊接，如图 10-8。其工艺顺序为：在需要热处理的一侧母材坡口先预堆边焊 1 2 层与焊缝同种钢的焊条此侧进行 PWHT冷态焊接整个焊缝，然后接头不再进行 PWHT。这种做法，可减少
24、熔合区成分不均匀所带来的一些问题，也给接头的热处理带来方便，但切记此时预堆边焊层的厚度一定要保证大于或等于 4mm，以起到隔离层的作用。5.焊后热处理温度的确定一般是按照热处理温度要求高的一侧母材来选定异种钢接头的 PWHT 温度，此时一定要事先做焊接工艺评定，以防使强度低的一侧母材强度严重下降，出现强度不合格。三、复合钢板的焊接复合钢板是由不锈钢、镍基合金、铜基合金或钛板为复层，珠光体钢为基层，以爆炸焊、复合轧制、堆焊等方法制成的双金属板材。复合钢板的基层应满足接头强度和刚度的要求，复层应满足耐蚀等要求。为了保证复合钢板不失去原有的综合性能，对基层和复层必须分别进行焊接，其焊接性、焊材选择、
25、焊接工艺等由基层、复层材料决定。基层和复层交界处的焊接属异种钢焊接，其焊接性主要取决于基层和复层的物理性能、化学成分、接头形式、填充金属成分。凡是异种钢焊接存在的问题在复合钢板焊接时同样存在，为此本节只阐述复合钢板焊接时应注意的一些问题。目前应用较多的是奥氏体不锈钢为复层、珠光体为基层的复合钢板，其次是铁素体钢为复层、珠光体为基层的复合钢板。1.焊接方法根据复合钢板材质、接头厚度、坡口尺寸及施焊条件等确定焊接方法，通常有焊条电弧焊、埋弧焊、钨极氩弧焊、CO2 气体保护焊及等离子弧焊等。目前常用钨极氩弧焊或焊条电弧焊焊接复层，用埋弧焊或焊条电弧焊焊接基层。2.坡口形式对接接头坡口形式见 JB/T
26、 4709钢制压力容器焊接规程图 A1。可采用 V 形、X形、V 和 U联合形坡口。也可以在接头背面一小段距离内进行机械加工，去掉复层金属，以确保焊基层焊道时不使基层焊肉焊到复层上。一般尽可能采用 X 形坡口双面焊，先焊基层，再焊过渡层，最后焊复层。以保证焊接接头具有较好的耐腐蚀性。同时考虑过渡层的焊接特点，尽量减少复层一侧的焊接工作量。角接接头坡口形式见 JB/T 4709钢制压力容器焊接规程中图 A2。无论复层位于内侧或外侧，均先焊接基层。复层位于内侧时，在焊复层以前应从内侧对基层焊根进行清根。复层位于外侧时，应对基层最后焊道进行修磨光。焊复层时，先焊过渡层，再焊复层。当复层金属的熔化温度
27、高于基层钢的熔化温度，而且两种金属在冶金上不相容时，复层金属必须采用衬垫以保持复层的完整性。在基层焊完后，用角焊缝将衬垫与复层焊接起来。3.填充金属选择基层采用适宜的填充金属进行焊接，使接头具有预期使用所需要的力学性能。在大多数情况下，选用合适的中间填充金属作为钢的过渡层，从而控制复层金属最终焊道的含铁量，避免复层和基层处焊道产生脆化、裂纹等，保证复层焊道的耐蚀、耐磨等特殊性能。4.焊接顺序及焊材选用 通常先焊基层，第一道基层(碳钢、低合金钢)焊缝不应熔透到复层金属，以防焊缝金属发生脆化或产生裂纹。措施是采用合适的接头设计，限制钢焊缝金属熔透；从接头背面去除复层，这当然也增加了焊复层的工作量，
28、提高了焊接成本。焊(堆焊)复层一侧时，必须考虑稀释的影响。无论哪一种堆焊方法，第一层堆焊的焊缝金属都是由堆焊材料的熔敷金属和熔入的母材金属熔合而成的。由于母材的合金元素含量很低，所以它对第一层焊缝金属的合金成分具有稀释作用。因此，可能使焊缝金属中奥氏体和铁素体形成元素含量不足，结果堆焊金属可能出现大量的马氏体组织，并可能产生裂纹，同时导致堆焊层韧性降低。下面以手工电焊条为例说明。手工电焊条的熔合比一般是 20左右。如用 308 型焊条(Cr18、Ni8)型的电焊条，经母材稀释以后，堆焊的焊缝金属成分将变成 15-7 型，这样焊缝中可能是奥氏体+马氏体组织。若在实际操作中熔合比控制较大时，就有可
29、能在焊缝中产生大量的脆硬马氏体，这样的堆焊层无论力学性能、耐蚀性能，还是抗裂性能都很差。由于稀释作用，焊缝中的 Ni 含量较低，在熔合线附近产生较宽的马氏体过渡层。同样的堆焊方法，若选用 309 型的堆焊材料，经母材稀释后，堆焊的焊缝金属成分是 19-9 或 18-8 型，这样第一层就基本达到堆焊成分的要求，而且焊缝组织是奥氏体+铁素体组织，这样焊缝金属就具有较高的抗热裂性能和抗腐蚀性能。所以在焊接复合板的复层时，应选择合适的填充金属先堆焊一层或多层过渡层，然后再焊复层。过渡层的填充金属必须能容许基层钢的稀释。以压力容器常见的 16MnR+304 复合板为例，焊接复层时通常采用 309 型焊材
30、先堆焊一层，然后用 308 型焊材焊盖面层。根部可用碳弧气刨、铲削或磨削法进行清根。在堆焊过渡层前，必须清除清根坡口中的任何残余物。要焊后热处理以消除焊接残余应力，选择热处理温度时应考虑：基层和复层的热处理规范的差异；对复层耐蚀性的影响；基层和复层界面的元素扩散是否会产生脆性相，导致钢板性能恶化；由于基层和复层的物理性能差异，热处理冷却过程产生残余应力，沿厚度方向在复层上形成拉伸应力，导致复层产生应力腐蚀开裂等。消除应力热处理可在焊完基层后进行，然后焊过渡层，再焊复层。热处理温度取下限，延长保温时间。异种钢 CO2 气体保护焊焊接的推广应用 2008-05-07 16:11:39中国焊接之家【
31、摘要】针对电机轴的异种材质的基本特性,焊接时采用 CO2 气体保护焊,选择好焊接材料、焊接规范参数、焊接顺序,加上严格的技术管理,可得到良好的焊接质量。电机辐射轴为轴与筋的组合焊接结构件,它是电机的主要部件之一,受力比较复杂,除了承重和传力外,还承受较大的弯矩和扭矩。为此要求辐射轴应有足够的强度、刚度和韧性,尤其是焊接质量的优劣将直接影响到辐射轴的机械强度和疲劳寿命,进而影响到定转子气隙、轴承寿命及整机性能。某电机公司引进国外公司辐射轴的筋轴配对金属材料,即轴选用合金钢 40Cr,筋选用低碳钢 Q235A。工艺上采用CO2 气体保护焊焊接成形。工件结构如图 1 所示。图111 主轴21 筋板3
32、1 横板一、40Cr 钢的焊接性能分析 40Cr 钢的化学成分见表 1。表 140Cr 钢化学成分(质量分数)(%)40Cr 钢的焊接性:碳当量估算分析(按 J IS 标准计算公式)Ceq=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14(%)=0162%从表 1 中看出该钢中碳含量较高,且碳当量较大。据经验,当碳当量大于 0145%时,则热影响区淬硬倾向性增大,使焊接接头的熔合性能降低,且易产生冷裂纹。故焊接时需采用相应的工艺措施。但该类工件结构对称,刚体拘束度小,则是焊接有利的一面。二、焊接方法的选择采用细丝 CO2 气体保护焊,熔滴短路过渡方式焊接。三、焊前准备1.焊接
33、电源和焊接材料的选择(1)焊接电源采用直流电源,反接法。(2)焊接材料采用化学成分与母材相近,大于 500MPa 强度等级的焊材。焊丝:ER50 6,112mm。(3)焊材牌号见表 2;焊丝化学成分见表 3;熔敷金属力学性能见表 4。表 2焊材牌号表 3焊丝化学成分(质量分数)(%)表 4熔敷金属力学性能2.焊接用 CO2 气体质量要求(1)CO2 9915%,水蒸气+乙醇0105%。(2)CO2 气瓶使用前要倒立放水,将气瓶倒置 12h 后打开瓶阀放出瓶中的自由水;正立放气,放气约 12min;当气压低于 1MPa 时不用。(3)采取挡风措施焊接,特别要避免风扇直接吹向焊接点,防止焊接气孔产
34、生。3.检查电器线路是否安全可靠(1)连接好气管、地线等。(2)接通电源,检查流量计上加热器是否工作,否则应检修然后调整好气体流量。(3)调整提前送气和延时送气时间,通常为 2s。(4)安装好焊丝,调整好送丝轮压紧力。四、工艺措施(1)筋板用刨边机开双面坡口,坡口角度 4550,要求工件表面洁净,无硬化层。(2)采用水平角焊接操作工位,背靠背交叉对称的焊接顺序,以控制焊接变形。(3)采用多层焊,最后一层焊道用左焊法,其余各层用右焊法。(4)焊后进行退火处理,温度 630650。五、工艺规范参数(1)焊接电流根据焊接位置、板厚及其他工艺要求来确定。细丝 CO2 焊接,电流的调节主要是通过改变焊丝
35、的送丝速度来实现的。(2)电弧电压当焊接电流 I 300A 时,电弧电压 U=14+0105 I;当焊接电流 I 300A 时,U=20+0105 I;电缆加长时可增加 23V 修正。(3)气体流量当焊接电流 200A 时,气体流量取 1015L/min;当 200A 焊接电流 I 250A 时,焊嘴与母材间距离取 2025mm。(5)焊丝伸出长度L=(1015)d,一般取 1520mm(d 为焊丝直径,单位 mm)。六、结语在外国公司现场工程师的监督下,经外观检查、磁粉探伤、超声波探伤检验,均达到了外商的技术条件要求。经过两年的生产实践证明,采用以上工艺方法生产的辐射轴,完全达到了电机的技术
36、性能要求,现已纳入公司正常的工免费考研网 TP347TP347/12Cr1MoV/12Cr1MoV 异种钢异种钢 TIGTIG 焊接工艺研究焊接工艺研究发布时间:2009-3-16阅读次数:647 次发布人:中华焊工费永敏(大唐西固热电公司焊培中心;甘肃兰州 730060)摘要：本文针对 12Cr1MoV 和 TP347 异种钢焊接工艺进行了试验分析，提出了合理的焊接工艺参数和工艺过程，对在焊接过程中需要注意的问题进行了详细的论述，对现场实际工作有着较高的指导作用。关键词：TP347；12Cr1MoV；异种钢；焊接工艺。作者简介：作者简介：费永敏，男，1969 年 7 月出生，甘肃兰州人，大唐
37、西固热电公司焊培中心焊工培训教师，焊接技师，长期从事电站焊工培训及焊接管理等工作。1.前言前言在电力飞速发展的今天，大机组大容量的电厂越来越多，所使用的耐热钢材料的品种增多,这就要求我们焊接工作者不仅对同种材料的焊接有所了解,而且还要对多种异种钢的焊接工艺有进一步认识,对于 12Cr1MoV 和 TP347 钢的异种钢焊接工艺就是其中之一，根据中心的工作安排,我们对 12Cr1MoV 和 TP347 钢的异种钢小径管焊接进行了工艺评定及分析。2.2.2.2.焊接性分析焊接性分析2.1 TP347 与 12CrMoV 钢的化学成分及机械性能见表 1，常温机械性能见表 2。表 1 12CrMoV
38、钢和 TP347 钢母材的化学成分C C C CMnMnMnMnsi si si siCrCrCrCrM0M0M0M0V V V VNiNiNiNiS/PS/PS/PS/P组组织织12Cr1MoV0.080150.07170.37091.2025035015030-0.035PTP347040.102.000.7517.0020.009.0013.000.03A表 212CrMoV 钢和 TP347 钢母材的常温机械性能 b b b b（MPaMPaMPaMPa）s s s s（MPaMPaMPaMPa）A A A A（%）HBWHBWHBWHBW12Cr1MoV48025521166TP34
39、7515205纵352.2 碳当量及可焊性：12Cr1MoV 的碳当量 Ceg=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5=0.62 可焊性差,TP347 为奥氏体钢,可焊性良好。3.焊接时存在问题:由于 TP347 与 12CrMoV 二者化学成分有较大的差别，加之显微组织的截然不同，从焊接角度出发，属典型异种钢接头。对于异种钢焊接接头来说，成分、组织、性能和应力等都是影响焊接质量的因素，主要出现以下问题。3.1 珠光体钢母材对焊缝的稀释作用及熔合区生成马氏体过渡层,从而恶化了焊接接头的质量，容易引起裂纹。3.2 熔合区的碳扩散,结果在靠近熔合线的珠光体母材上形成铁素体组织脱
40、碳层而软化，在奥氏体焊逢一侧形成高硬度的增碳层。3.3 焊接接头由于化学成分和金相组织不同，膨胀系数也不同，在焊接时会产生较大的残余应力。4.TP347H 和 12Cr1MoV 异种钢焊接工艺4.1 金属材料的规格：4254.2 焊接位置与试件数量为：水平固定、垂直固定各 5 件。4.3 焊接方法：TIG 焊接。4.4 焊接材料的选择：根据火力发电厂焊接技术规程、火力发电厂异种钢焊接技术规程的要求和以上的特点，现选择 Inconl 82（ERCrNi-3）焊丝,焊丝的化学成分见表 3。表 3 焊丝的化学成分（）焊丝焊丝i i i iC C C CMnMnMnMnFeFeFeFeSi Si Si
41、 SiCuCuCuCur r r rTi Ti Ti TiNbNbNbNbInconlInconl 8282200230100200400625Inconl82 焊丝的线膨胀系数为 14.5106，介于 12Cr1MoV 钢和 TP347H 不锈钢之间，而且具有一定的高温强度和塑性，是耐热钢和奥氏体不锈钢异种钢比较理想的填充材料。采用 Inconl 82 焊接异种钢其主要问题，是焊接接头出现热裂纹、气孔、夹渣、未焊透等缺陷，为防止缺陷的产生，必须在焊接工艺上来采取措施，选择合适的线能量。从理论上来讲，线能量越小越好。这样可以减小焊接接头的熔合比和热裂纹倾向，同时也减少了焊缝中有害杂质的聚集及碳
42、的扩散。但实际应用线能量是不能太小，因为镍基合金（Inconl 82）焊丝在熔化状态下，表面张力大，铁水粘，流动性差，线能量太小时，有气泡和熔渣形成时不易排除，易产生未熔合、气孔和夹渣等缺陷，所以，使用镍基合金做为填充材料时，所选用的线能量即不能太小，也不能太大。4.5 焊前准备1）清理焊逢缝两侧 20mm 内外壁的油锈污蚀等,直至发出金属光泽。2）增大坡口角度,增加焊接层数,这样可以减小熔合比,可以有效降低珠光体母材对焊逢的稀释作用。所以采用 70-80的坡口，小钝边，大间隙。坡口形式及充氩方式如下图 1、2 所示：图 1坡口形式图 2 充氩方式4.6 焊接工艺参数水平固定管、垂直固定管焊接
43、工艺参数见表 4、表 5。表 4 水平固定焊接工艺参数焊接方法层数焊条（丝）电流范围电压（V）速度（mm/min-1）氩气流量（L/min-1）牌号直径极性 电流（A）正面背面TIG1ERCrNi822.0DG+70-801925708-1010-15TIG2ERCrNi822.0DG+70-8019256581010-15TIG3ERCrNi822.0DG+80-902325858-1010TIG4ERCrNi822.0DG+75-9023257581010表 5垂直固定焊接工艺参数层数焊接方法焊条（丝）电流范围电压（V）速度(mm/min-1)氩气流量（L/min-1）牌号直径极性电流（A
44、）正面背面1TIGERCrNi822.0DG+75-8519256581010-152TIGERCrNi822.0DG+80-902325708-10103TIGERCrNi822.0DG+80-90232575810104.7 焊接操作要点1)接头必须在自由状态下组对，不得强行点固焊接,以防止焊缝产生较大的拘束应力。2）引弧时在焊缝内采用短路引弧，钨极接触焊件的动作要快，轻防止碰断钨极端头，造成夹钨或形成电伤。3）由于现场环境和管子直径的因素，在焊接方法上采用手工钨极氩弧焊，而钨极氩弧焊的熔合比的变化范围很大，它可以在 10-100之间，当不使用填充材料时熔合比可达到 100，打底时必须采用
45、小直径焊丝内填丝焊法。根层焊接时，需注意管道内部氩气充满且稳定后方可进行根层焊接，以防止根层氧化，最后收口时背部冲氩流量要衰减致 2-3 L/min，以免压力过大形成内凹。4）镍基焊丝的流动性和焊透能力很差。为减少熔合比，采用 V 形坡口，稍大角度，小直径焊丝，电流要尽量小，熔深要浅，快速焊接，电弧电压要比焊接其它材料稍大些以降低母材熔合比。5）填充层及盖面时，焊丝始终放在焊缝中间，通过焊枪的摆动将熔滴带到坡口两侧，焊丝的给进量要严格控制，每道的厚度不能大于两毫米。每道焊接完成后应采用钢丝刷将焊道浮渣清理干净，并控制好层间温度。每层之间的温度不能大于 400C。5.焊接试样检验结果5.1 焊接
46、接头外观检查、断口、射线探伤结果均合格见表 6：表 6外观检查、断口、射线探伤结果表试件编号试件编号焊接位置焊接位置外观检查外观检查断口检查断口检查射线探伤射线探伤评定结果评定结果1水平固定合格合格合格2水平固定合格合格合格3水平固定合格合格合格4水平固定合格合格合格5水平固定合格合格合格6垂直固定合格合格合格7垂直固定合格合格合格8垂直固定合格合格合格9垂直固定合格合格合格10垂直固定合格合格合格5.2 以上两种位置焊接工艺常温下的机械性能见表 7表 7 12CrMoV 钢和 TP347 钢对接焊接头的常温机械性能 b b b b（MPaMPaMPaMPa）s s s s（MPaMPaMPa
47、MPa）硬度硬度 HBWHBWHBWHBW弯曲弯曲焊缝熔合线热影响区面弯根弯水平固定590341195195198198180180垂直固定5753321971941971801805.3 焊接接头金相组织为：5.4 焊接特点及注意事项：选用 nconl 82 焊丝是比较理想的填充材料；尽量采用合适的焊接规范、大坡口、高电压、快速进行焊接。为了防止焊缝过热，焊接电流应比耐热钢小 1020左右,并且采用小直径焊丝。施焊时可不预热、不进行焊后热处理，适宜于现场操作。6.结论上述工艺在国投靖远第二发电有限公司#5、#6 炉过热器换管焊接中得到成功运用，焊口合12Cr1MoV珠光体12Cr1MoV 靠
48、熔合线索氏体焊缝枝晶+少量第二相质点TP347H 靠熔合线枝晶+少量第二相质点TP347H 侧+少量碳化物格率高达 98%以上，证明焊接工艺是正确的。为此认为 TP347 与 12CrMoV 钢进行焊接时，采用高合金的焊接材料，严格执行工艺，尽量减少热输入控制焊逢的熔合比才能获得合格的焊接接头，同时对现场焊接此类异种钢小径管有较高的指导作用。P91P91P91P91 与与 P22P22P22P22 异种钢焊接试验研究异种钢焊接试验研究牛锐锋，孟卫茹，赵健仓，王淦刚(1.西安理工大学，陕西西安 710048；2.西北电力建设第一工程公司，陕西渭南 714000)摘 要：对采用两类国产焊接材料所焊
49、与 P22 钢异质焊接接头，进行了机械性能和显微硬度分布测试及接头显微组织观察，并对试验结果进行了理论分析。结果表明，用 2.25Cr-1Mo 型焊接材料所焊接头能满足火电行业的使用要求，而用 5Cr-1Mo 型焊接材料所焊接头韧性不足。关键词：异种钢；焊接接头；力学性能；显微组织Study on Welding of Dissimilar Steel With P91 and P22Niu Rui-feng,Meng Wei-ru,Zhao Jian-cang,Wang an-gang(1.Xian Science and engineering University,Xian Shaanx
50、i,710048,China2.The first engineering company of west north electric power construction,WeiNan Shaanxi,714000,China)Abstract：After welding of dissimilar steel joint with P91and P22steel using of two types welding material madein China,the mechanical properties and the distribution of micro-hardness