A335P91+12Cr1MoV异种钢焊接工艺与焊材的选用.docx

1、 1 A335P91+12Cr1MoV 异种钢焊接工艺与焊材的选用异种钢焊接工艺与焊材的选用 叶歆 摘摘 要：要：A335P91+12Cr1MoV 异种钢的焊接应选用合理的焊材及焊接工艺。本 文选用 CM-9CB、R407、R317 三种焊接材料，在相同的焊接工艺与热处理工艺 下做相应的工艺评定试验，最终选用 R407 焊条比较合理。 关键词：关键词：A335P91+12Cr1MoV 异种钢焊材的选用 焊接工艺 焊接质量 0、 前言前言 目前国内各大电厂都普遍使用 SA335P91 钢， 该钢是一种改良型马氏体耐热 钢，具有良好的高温热强性和抗氧化性能，且具有管壁薄、重量轻、便于安装等 优点。

2、 而我国传统使用的 12Cr1MoV 钢还是各大电厂的首选钢材。 因此在我公司 目前的配管焊接中出现了较多的 P91 与 12Cr1MoV 的异种钢焊接。 1、 焊接性分析焊接性分析 SA335P91 属于马氏体耐热钢，S、P 含量较低，在 10401060正火室冷 +760780回火后得到一种单相马氏体组织，具有良好的热强匹配和强韧匹配。 但 SA335P91 钢焊接时在高温空冷下易于产生淬硬的马氏体组织，淬硬倾向大， 焊接性能差，焊缝及热影响区极易产生高硬度马氏体和贝氏体组织，使接头脆性 增加，残余应力增加，导致产生冷裂纹。 12Cr1MoV 属于回火贝氏体，但由于含碳量及合金元素较多，焊

3、缝及热处理 区也容易出现淬硬组织。当焊缝刚性及接头应力大时，焊后热处理过程中易产生 再热裂纹。 所以将SA335P91和12Cr1MoV这两种耐热钢对焊时， 施焊难度较大。 2、 焊接焊接工艺评定方案工艺评定方案 针对 SA335P91、12Cr1MoV 钢的焊接，我公司已经做出了相当多的工艺评 定，工艺上已经相当成熟，而对于 P91 与 12Cr1MoV 的异种钢焊接，我公司还 没有相应的工艺评定，因此特选三种焊接材料（合金含量见表 1）作相应的工艺 评定： 考虑到焊接接头的强度， 选用 TGS-9CB （2.4） 、 CM-9CB （2.6、 （3.2） 2 焊接材料。 考虑到 P91 与

4、 12Cr1MoV 的合金含量， 选用焊接材料的合金含量与 P91 、 12Cr1MoV 接头合金含量相当，故选用 TIG-R40（2.5） 、R407（3.2、 4.0）焊接材料。 考虑到焊接接头应该选用低匹配的焊接材料，故选用 TIG-R31（2.5） 、 R317（3.2、4.0）焊接材料。 表 1 焊接材料的合金含量 序号 牌号 规格(mm) C Si Mn P S Cr Mo Ni V Nb Cu Ti 1 TGS-9CB 2.4 0.08 0.16 0.04 0.005 0.003 9.03 0.90 0.70 0.17 0.04 0.13 / CM-9CB 2.6 0.05 0.

5、33 1.38 0.004 0.002 9.25 1.05 0.95 0.15 0.02 / / CM-9CB 3.2 0.08 0.32 1.46 0.003 0.002 9.31 1.08 0.95 0.18 0.03 / / 2 TIG-R40 2.5 0.065 0.63 0.88 0.017 0.006 2.28 1.01 / / / 0.16 0.05 R407 3.2 0.066 0.21 0.70 0.027 0.008 2.29 0.99 / / / / / R407 4.0 0.079 0.28 0.75 0.018 0.010 2.37 1.12 / / / / / 3

6、TIG-R31 2.5 0.071 0.45 0.85 0.010 0.007 1.14 0.51 / 0.22 / 0.14 0.05 R317 3.2 0.069 0.30 0.79 0.015 0.008 1.25 0.55 0.26 / / / / R317 4.0 0.060 0.21 0.69 0.010 0.012 1.20 0.52 0.21 / / / / 3、 焊接工艺评定焊接工艺评定试验试验 试验准备： 试验选用松下焊机及氩弧焊枪等配套焊接工具一套，红外线测温仪，热处理 温控设备及覆盖式加热带一套，纯度为 99.98%的氩气两瓶等。 母材选用 34746 的 P91 和

7、32425 的 12Cr1MoV（合金含量见表 2） 。 表 2 母材的合金含量 钢号 C Si Mn Cr Mo Ni V Nb Al P S P91 0.08-0.12 0.20-0.50 0.30-0.60 8.0-9.5 0.90 0.40 0.18-0.25 0.06-0.10 0.40 0.005 0.003 12Cr1MoV 0.08-0.15 0.17-0.37 0.40-0.70 9.25 0.9-1.2 / 0.15-0.30 / / 0.004 0.002 4、 焊接工艺焊接工艺 3 采用手工氩弧焊焊接打底， 电源极性为直流正接， 管接头形式为对接接头， 其坡口角钝边和间

8、隙适量，焊接时明弧可见，手工焊条填充及盖面。 焊接材料 焊条在焊前在焊条专用的烘箱内经 300350烘干 1.5 小时， 120恒 温存放，焊接现场上焊条必须放入焊条筒内，焊条筒必须通电保温，焊条 随用随取。焊条在领出 4 小时后不能继续使用，必须退回焊条库。氩气用 于钨极氩弧焊和背面充氩气保护。 坡口清理 对口前先把坡口两侧管子的内外表面2030mm范围内及坡口面打磨 干净，直至露出金属光泽，确保无油渍、铁锈和氧化物等有害物质。 对口 保证内壁齐平，错口值不得大于 1mm，对口是用 35 块楔形块（材 质为含碳量小于 0.25%钢块为宜）均分布定位焊在坡口上，定位焊工艺及 参数与正式施焊时相

9、同。在焊完两层电弧焊后，才能用砂轮机磨掉焊点去 掉楔形块，严禁用手锤直接敲打楔形块，以免拉裂母材。 焊前预热 焊前预热是焊接马氏体钢防止裂纹和脆化的重要措施， 氩弧焊打底时 的预热温度为 100150，手工电弧焊时的预热温度为 200300，采用 电偶测温，控温并做全过程的温度记录。 焊缝背面充氩气保护 P91 钢焊接时，为了防止根部焊缝由于过热而产生过烧，管内必须充 氩气保护，氩气流量为 2030L/min，考虑到焊接根部第二道焊缝时对第 一道焊缝的高温氧化影响，内保护气一直持续到第二道焊缝焊完。 焊接 焊接选用技术精湛、具有相应资质的焊工，为了减少焊接变形，电弧 焊时采用两人对称施焊，焊接

10、时均采用小参数施焊，焊层厚度控制在焊条 直径加 2mm 以下， 焊接过程中采用多层多道焊， 收弧时注意要填满弧坑， 以免产生弧坑裂纹，且在焊接过程中比较容易产生夹渣，这与焊条焊渣层 4 间清理不干净有关，因此焊完每层后都必须用砂轮机清理引弧、收弧点及 焊道焊渣。 后热及焊后热处理 焊接完将焊缝降温到 100左右保温 2 小时后立即做最终高温回火热 处理，升、降温速度小于 100/h，热处理温度为 760770，保温时间 不小于 4 小时。 5、 焊接质量检验焊接质量检验 根据 JB4730-94 的规定，对三对焊口分别进行 100%射线检验，结果三对 焊口都满足级的要求，焊缝表面也按 JB47

11、30-94 进行 100%磁粉探伤， 也都满足级要求。 三对焊口按 JB4730-94 标准要求，分别做拉伸 2 件、侧面弯曲 4 件、冲击 9 件。三对焊口的实验数据都满足要求，实验数据见表 3。 表 3 三对焊口具体的实验数据 焊材 拉伸（Mpa） 弯曲（d=4t;=180） 冲击功（J） P91 焊条 735；690 四件侧弯合格 焊缝 28，76，40 热影响区 251，269，272 R407 焊条 590；635 四件侧弯合格 焊缝 41，38，40 热影响区 100，98，72，86，156，110 R317 焊条 589；578 四件侧弯合格 焊缝 45，50，63 热影响区

12、163，220，232，210，156，144 可以看出在拉伸上 P91 焊条要明显优于 R407 和 R317，在冲击功上的 R317 焊条要优于 P91 和 R407。 对三对焊口取样按 JB4708-2000 作了金相分析，其中用 CM-9CB 焊条、 R407 焊条和 R317 焊条焊接的三对焊口分别编号为 1、 2 和 3， 结果如图 1 所示。 5 (a)焊口 1 的焊缝中心 (b) 焊口 2 焊缝中心 (c) 焊口 3 焊缝中心 图 1 三只焊口焊缝中心显微金相组织图 可以看出： 1) 用 CM-9CB 焊条焊接时，焊缝组织为低碳马氏体和部分粒状贝氏体。 2) 用 R407 焊条

13、焊接时，焊缝组织为回火贝氏体。 3) 用 R317 焊条焊接时焊缝组织为粒状贝氏体和少量铁素体组织。 6、 焊接焊接工艺评定结果工艺评定结果 针对相同的焊工， 、焊接工艺和热处理工艺选用 CM-9CB、R317 和 R407 三 种不同焊条焊接 P91+12Cr1MoV 异种钢接头。三种评定有三种不同的结果。 选用选用 CM-9CB 焊条的特点：焊条的特点： 焊缝的拉伸强度比其它两种焊条都要高。 焊条焊前经过烘干处理，其熔敷金属扩散氢含量很低，具有良好的抗吸潮 性。冷却过程中发生马氏体相变时，将伴有较大的体积膨胀，降低了熔合 线附近的焊接约束应力，使熔合线区能够抵抗更大的弯曲载荷应力。 CM-

14、9CB 焊条流动性不是很好，且在收弧时容易产生弧坑裂纹。焊缝冲击 值不如其它两种焊条。这给焊缝的最终热处理带来较大的麻烦。 CM-9CB 焊缝组织为低碳马氏体和部分粒状的贝氏体， 由于马氏体板条位 错密度高，高密度位错以及马氏体板条边界成为氧的“陷阱”，容易聚集较 多的氧，降低焊缝的冲击韧性。 选用选用 R317 焊条的特点：焊条的特点： R317 焊条的各项操作性能、数据都比较熟悉，有利于焊接操作。 焊接接头的冲击功比较理想，焊口的高温回火热处理比较容易操作。 6 由于 12Cr1MoV 本身强度较低，合金成分较 P91 将比较低，选用 R317 焊 条将明显降低焊接接头的机械性能。 由于使

15、用 R317 焊条，使焊缝与母材之间的强度分配而引起局部区域脆化 及应力分布不均匀，带来焊缝接头的使用性能不如 CM-9CB 焊条。 选用选用 R407 焊条的特点：焊条的特点： R407 接头的各项拉伸强度、抗弯性能、冲击性能都位于 P91 焊条焊接与 12Cr1MoV 焊条焊接之间，且施焊操作过程也比其他两种焊条容易，焊接 质量也较好。 使用合金成分位于 P91 和 12Cr1MoV 之间的焊条可以避免由于焊缝和母 材之间的强度分配而引起的局部区域脆化以及应力分布不均匀带来的问 题。 R407 焊条在焊接操作上都比 CM-9CB 和 R317 容易掌握，焊缝外观成形 也比其它两种焊条要好，焊接收弧处出现弧坑裂纹也比其它两种焊条少。 7、 结论结论 通过对 CM-9CB、R407、R317 焊条性能的分析与三个工艺评定焊口的破坏 性试验的结果对比分析，说明 R407 焊条比较适合 P91 与 12Cr1MoV 异种钢的焊 接，在以后的生产实际中选用 R407 焊条比较合理。 参考文献：参考文献： 1. 李鹏. P91 钢及其焊接接头裂纹敏感分析 2. 杨富.3 第七届全国电站焊接学术论文集C.北京. 1998