專利名稱：珠光體耐熱鋼與奧氏體耐熱鋼鋼管的鎢極氬弧焊焊接工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于焊接工藝技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種珠光體耐熱鋼12CrIMoVG與奧氏體耐熱鋼TP347H鋼管的手工鎢極氬弧焊焊接工藝。
背景技術(shù)：
對(duì)珠光體耐熱鋼與奧氏體耐熱鋼焊接接頭來(lái)說(shuō)，成分、組織、性能和應(yīng)力等都是影響焊接質(zhì)量的因素，除了這兩種母材焊接時(shí)易產(chǎn)生的問(wèn)題外，主要存在以下問(wèn)題1、焊縫成分的稀釋由于珠光體鋼母材對(duì)焊縫的稀釋作用，使填充金屬受到稀釋，經(jīng)熱源攪拌后所形成的焊縫金屬其成分大體是均勻的，過(guò)度稀釋的焊縫金屬中就會(huì)形成脆性的馬氏體組織， 有產(chǎn)生裂紋的可能；2、形成碳的擴(kuò)散遷移層異種鋼接頭在高溫條件下工作時(shí)，在珠光體鋼一側(cè)產(chǎn)生脫碳層，在相鄰的奧氏體焊縫側(cè)形成增碳層。脫碳層硬度低，質(zhì)軟，晶粒粗大；增碳層中的碳以碳化物形態(tài)析出，硬度高，其后果是接頭的高溫持久強(qiáng)度和耐腐蝕性能下降， 脆性增大，使接頭可能沿熔合區(qū)產(chǎn)生破壞；3、形成脆化過(guò)渡層在緊鄰珠光體一側(cè)熔合線附近的奧氏體焊縫中，存在一個(gè)窄的低塑性過(guò)渡帶(層)，這一過(guò)渡層的存在對(duì)珠光體耐熱鋼與奧氏體耐熱鋼焊接接頭的抗裂性能影響很大；4、熱應(yīng)力及其影響奧氏體耐熱鋼線膨脹系數(shù)比珠光體耐熱鋼約大30-40%，而熱導(dǎo)率只有珠光耐熱鋼的1/3，這種異種鋼接頭在焊后冷卻及運(yùn)行中將產(chǎn)生熱應(yīng)力，在周期性加熱和冷卻條件下工作時(shí)，在熔合區(qū)珠光體鋼側(cè)，尤其在脫碳層，可能產(chǎn)生熱疲勞裂紋，引起過(guò)早斷裂。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了上述珠光體耐熱鋼與奧氏體耐熱鋼焊接存在的缺陷，目的是為高效率地制造出合格的產(chǎn)品，滿足生產(chǎn)需要，提供一種珠光體耐熱鋼與奧氏體耐熱鋼鋼管的鎢極氬弧焊焊接工藝。本發(fā)明珠光體耐熱鋼與奧氏體耐熱鋼鋼管的手工鎢極氬弧焊焊接工藝內(nèi)容簡(jiǎn)述
本發(fā)明珠光體耐熱鋼與奧氏體耐熱鋼鋼管的鎢極氬弧焊焊接工藝，其特征在于是通過(guò)采用高合金的焊接材料，減少熱輸入，控制焊逢的熔合比實(shí)現(xiàn)的，其焊接工藝為
1、焊接方法采用手工鎢極氬弧焊；
焊接材料焊絲選用SNi6082 GB/T15620-2008，焊絲直徑為Φ 2. 5mm，焊絲的化學(xué)成分按質(zhì)量的百分比C 彡 0. 10、Mn 2. 5-3. 5、Si 彡 0. 5、 S ^ 0. 015, P 彡 0. 03、 Cr 18. 0-22. 0、 Ni 彡 67、Ti 彡 0. 75、 Cu 彡 0. 5、 Fe 彡 3. 0、 Nb+Ta 2. 0-3. 0 ；鎢極為 WCe20，鎢極直徑為Φ 3. Omm ；保護(hù)氣體為氬氣Ar，純度為99. 99% ； 焊縫坡口形式的選擇采用70°的V形坡口；
2、焊前準(zhǔn)備工作
(1)、清除坡口內(nèi)、外壁兩側(cè)各20mm左右范圍內(nèi)油污、鐵銹、氧化物和水分等影響焊接質(zhì)量的雜物；
3(2)、準(zhǔn)備并安裝充氬裝置，采用管內(nèi)充氬氣保護(hù)工藝，正面保護(hù)氣體流量為8-9L/ min,背面保護(hù)氣體流量為4-6L/min，在焊口的兩端塞可溶紙，位置距離管口約30mm，組對(duì)后在焊口間隙塞保溫棉條，保證焊口無(wú)縫隙，在鋼管對(duì)面開口，將充氬用銅管塞進(jìn)焊口中間，鋼管正面開口，保證氣室內(nèi)的空氣被充分置換，開始充氬約3分鐘后，進(jìn)行打底焊接，焊縫處的保溫棉條逐漸打開，到封口時(shí)拔出銅管快速焊接；
(3)、焊前預(yù)熱采用小型對(duì)開式電加熱器預(yù)熱，溫度為150°C，并且在整個(gè)焊接過(guò)程中焊口溫度不得低于150°C ；
3、層間溫度控制在150°C_250°C之間；
4、焊接工藝參數(shù)焊絲SNi6082，直徑Φ2. 5 mm ；焊接電流直流正接，電流80-90A ；電壓10-12V ；速度38-43mm/min ；氬氣流量正面8_9L/min、背面4_6L/min ；施焊2層，每層焊接完成后應(yīng)采用鋼絲刷將焊道浮渣清理干凈；
5、檢驗(yàn)
焊后焊縫進(jìn)行外觀檢驗(yàn)焊縫余高為1. 7mm-2. 1mm,表面焊縫寬為7. 8mm_8. 1mm，無(wú)咬邊、表面氣孔、未焊透缺陷，按JB/T4730. 2-2005《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》進(jìn)行100% X射線探傷檢驗(yàn)，焊縫質(zhì)量為I級(jí)或II級(jí)；
焊后焊接接頭進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)抗拉強(qiáng)度σ b為590MPa/605MPa，均塑斷于熱影響區(qū)；進(jìn)行(1 = ，α=180°的彎曲試驗(yàn)，面、背彎試樣其拉伸面上的焊縫和熱影響區(qū)內(nèi)，沿任何方向沒(méi)有單條長(zhǎng)度大于3mm的開口缺陷；
焊后焊接接頭的金相組織依據(jù)JB/D636-94《鍋爐受壓元件焊接接頭金相和斷口檢驗(yàn)方法》進(jìn)行檢測(cè)，金相試樣經(jīng)研磨、拋光、化學(xué)侵蝕后，在光學(xué)顯微鏡下觀察并拍照，獲得 12CrIMoVG母材金相組織鐵素體+珠光體；12CrIMoVG側(cè)熱影響區(qū)金相組織粒狀貝氏體； TP347H母材金相組織奧氏體(有孿晶)；TP347H側(cè)熱影區(qū)金相組織奧氏體(有孿晶)； 12Cr IMoVG與TP347H焊縫金相組織基體+金屬間化合物。本發(fā)明解決了珠光體耐熱鋼與奧氏體耐熱鋼焊接接頭存在的問(wèn)題，抑制熔合區(qū)中碳的擴(kuò)散，提高焊縫金屬的抗裂能力，改變焊接接頭的應(yīng)力分布，為焊接生產(chǎn)提供技術(shù)保障，可確保焊口合格率達(dá)到98%以上，且完全滿足使用要求。


圖1是焊縫坡口形式結(jié)構(gòu)示意圖
圖2是12CrIMoVG母材金相組織鐵素體+珠光體
圖3是12CrIMoVG側(cè)熱影響區(qū)金相組織粒狀貝氏體
圖4是TP347H母材金相組織奧氏體(有孿晶)
圖5是TP347H側(cè)熱影響區(qū)金相組織奧氏體(有孿晶)
圖6是12Cr IMoVG與TP347H焊縫金相組織基體+金屬間化合物。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明珠光體耐熱鋼與奧氏體耐熱鋼鋼管的鎢極氬弧焊焊接工藝是這樣實(shí)現(xiàn)的， 下面做具體說(shuō)明。采用珠光體耐熱鋼12CrlMoVG，奧氏體耐熱鋼TP347H。奧氏體耐熱鋼線膨脹系數(shù)比珠光體耐熱鋼約大30-40%，而熱導(dǎo)率只有珠光耐熱鋼的1/3。珠光體耐熱鋼12CrIMoVG ( Φ 38*5)實(shí)測(cè)化學(xué)成分的質(zhì)量百分比C 0. 10、 Mn 0. 66、Si 0. 28、Cr 1. 10、Mo 0. 30、V 0. 19、P 0. 015、S 0. 004 ；其實(shí)測(cè)抗拉強(qiáng)度值為 565MPa-580MPa ；其實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度值為415MPa_420MPa ；實(shí)測(cè)延伸率為25% -25. 5% ；
奧氏體耐熱鋼TP347H (Φ38*5)實(shí)測(cè)化學(xué)成分的質(zhì)量百分比C 0. 05、Mn 1.61、 Si 0.46、Cr 17. 43、Ni 11. 28、Nb+Ta 0. 60、P 0. 040、S 0. 030 ；其實(shí)測(cè)抗拉強(qiáng)度值為 615MPa-630MPa ；其實(shí)測(cè)屈服強(qiáng)度值為^0MPa_285MPa ；實(shí)測(cè)延伸率為-58%。珠光體耐熱鋼12CrlMoVG的金相組織為鐵素體+珠光體；奧氏體耐熱鋼TP347H的金相組織為奧氏體。珠光體耐熱鋼12CrlMoVG的碳當(dāng)量Ceq= 0. 62可焊性差；奧氏體耐熱鋼TP347H 為奧氏體鋼，可焊性良好。由于珠光體耐熱鋼12CrMolVG與奧氏體耐熱鋼TP347H 二者物理性能、化學(xué)成分、金相組織、可焊性等有較大的差別，給焊接增加了很大的難度。為此對(duì)珠光體耐熱鋼 12CrlMoVG與奧氏體耐熱鋼TP347H鋼管進(jìn)行焊接，采用如下焊接工藝。1、焊接方法采用手工鎢極氬弧焊；
焊接材料焊絲選用SNi6082 GB/T15620-2008，焊絲直徑為Φ 2. 5mm，焊絲的化學(xué)成分按質(zhì)量的百分比C 彡 0. 10、Mn 2. 5-3. 5、Si 彡 0. 5、 S ^ 0. 015, P 彡 0. 03、 Cr 18. 0-22. 0、 Ni 彡 67、Ti 彡 0. 75、 Cu 彡 0. 5、 Fe 彡 3. 0、 Nb+Ta 2. 0-3. 0 ；鎢極為 WCe20，鎢極直徑為Φ 3. Omm ；保護(hù)氣體為氬氣Ar，純度為99. 99% ；
見圖1，焊縫坡口形式的選擇采用70°的V形坡口 ；坡口間隙太小容易造成未焊透； 間隙過(guò)大，填充金屬量大，焊接速度相對(duì)減慢，溫度升高，容易導(dǎo)致背面燒穿。增大坡口角度，增加焊接層數(shù)，這樣可以減小熔合比，可以有效降低珠光體母材對(duì)焊逢的稀釋作用。2、焊前準(zhǔn)備工作
(1)、清除坡口內(nèi)、外壁兩側(cè)各20mm左右范圍內(nèi)油污、鐵銹、氧化物和水分等影響焊接質(zhì)量的雜物；
(2)、準(zhǔn)備并安裝充氬裝置，充氬保護(hù)的質(zhì)量直接影響焊接質(zhì)量，對(duì)過(guò)燒缺陷消除起關(guān)鍵作用。充氬裝置需要有較好的密封性，并且易于取出和安裝。為了避免焊縫根部氧化燒損，采用管內(nèi)充氬氣保護(hù)工藝，正面保護(hù)氣體流量為8-9L/min，背面保護(hù)氣體流量為 4-6L/min,在焊口的兩端塞可溶紙，位置距離管口約30mm，組對(duì)后在焊口間隙塞保溫棉條， 保證焊口無(wú)縫隙，在鋼管對(duì)面開口將充氬銅管塞進(jìn)焊口中間，鋼管正面開口，保證氣室內(nèi)的空氣被充分置換，開始充氬約3分鐘后，進(jìn)行打底焊接，焊縫處的保溫棉條逐漸打開，到封口時(shí)拔出銅管快速焊接，可以最大可能避免根部氧化缺陷的產(chǎn)生；
(3)、焊前預(yù)熱采用小型對(duì)開式電加熱器預(yù)熱，溫度為150°C，并且在整個(gè)焊接過(guò)程中焊口溫度不得低于150°C ；
3、層間溫度小徑管焊接過(guò)程中，因熱量不易散失，焊口溫度容易升高，層間溫度過(guò)高， 使接頭金屬晶粒長(zhǎng)大，甚至出現(xiàn)過(guò)燒，層間溫度應(yīng)控制在150°C -250°C之間；
4、焊接工藝參數(shù)焊絲SNi6082，直徑Φ2. 5 mm ；焊接電流直流正接，電流80-90A ；電壓 10-12V ；速度38-43mm/min ；氬氣流量正面8_9L/min、背面4_6L/min ；施焊2層，每層焊接完成后應(yīng)采用鋼絲刷將焊道浮渣清理干凈；焊絲的線膨脹系數(shù)介于12CrIMoVG鋼和TP347H鋼之間，具有一定的高溫強(qiáng)度和塑性， 是珠光體耐熱鋼和奧氏體耐熱鋼異種鋼焊接比較理想的填充材料。焊接電流是影響焊接質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，電流過(guò)小，缺少足夠的焊接線能量，不能使坡口兩側(cè)母材充分熔化，形成未焊透；電流過(guò)大，焊接熱輸入量過(guò)大，熔池溫度過(guò)高容易產(chǎn)生過(guò)燒。5、檢驗(yàn)
焊后焊縫進(jìn)行外觀檢驗(yàn)焊縫余高為1. 7mm-2. 1mm,表面焊縫寬為7. 8mm_8. 1mm，無(wú)咬邊、表面氣孔、未焊透等缺陷。合格；按JB/T4730. 2-2005《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》進(jìn)行100% X射線探傷檢驗(yàn)，焊縫質(zhì)量I級(jí)片5張，II級(jí)片3張。合格；
焊后焊接接頭進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)?？估瓘?qiáng)度^b分別為590MPa/605MPa，均塑斷于熱影響區(qū)；進(jìn)行(1 = ，α=180°的彎曲試驗(yàn)，面、背彎試樣其拉伸面上的焊縫和熱影響區(qū)內(nèi)， 沿任何方向沒(méi)有單條長(zhǎng)度大于3mm的開口缺陷。依據(jù)《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》焊接接頭的力學(xué)性能符合焊接工藝要求。焊后焊接接頭的金相組織依據(jù)JB/T2636-94《鍋爐受壓元件焊接接頭金相和斷口檢驗(yàn)方法》進(jìn)行檢測(cè)。金相試樣經(jīng)研磨、拋光、化學(xué)侵蝕后，在光學(xué)顯微鏡下觀察并拍照，獲得見圖2，12CrIMoVG母材金相組織鐵素體+珠光體；見圖3，12CrIMoVG側(cè)熱影響區(qū)金相組織粒狀貝氏體；見圖4，TP347H母材金相組織奧氏體(有孿晶)；見圖5，TP347H側(cè)熱影區(qū)金相組織奧氏體(有孿晶)；見圖6，12CrIMoVG與TP347H焊縫金相組織基體+金屬間化合物。沒(méi)有裂紋疏松；沒(méi)有過(guò)燒組織；沒(méi)有淬硬馬氏體組織。依據(jù)《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》焊接接頭的金相組織符合焊接工藝要求。本發(fā)明珠光體耐熱鋼與奧氏體耐熱鋼鋼管的鎢極氬弧焊焊接工藝，解決了珠光體耐熱鋼與奧氏體耐熱鋼焊接接頭存在的焊縫成分的稀釋；形成碳的擴(kuò)散遷移層；形成脆化過(guò)渡層；熱應(yīng)力及其影響等問(wèn)題。抑制熔合區(qū)中碳的擴(kuò)散，提高焊縫金屬的抗裂能力，改變焊接接頭的應(yīng)力分布，為焊接生產(chǎn)提供技術(shù)保障，可確保焊口合格率達(dá)到98%以上，且完全滿足使用要求。
權(quán)利要求
1. 一種珠光體耐熱鋼與奧氏體耐熱鋼鋼管的鎢極氬弧焊焊接工藝，其特征在于是通過(guò)采用高合金的焊接材料，減少熱輸入，控制焊逢的熔合比實(shí)現(xiàn)的，其焊接工藝為(1)、焊接方法采用手工鎢極氬弧焊；焊接材料焊絲選用SNi6082 GB/T15620-2008，焊絲直徑為Φ2. 5mm，焊絲的化學(xué)成分按質(zhì)量的百分比C 彡 0. 10、Mn 2. 5-3. 5、Si 彡 0. 5、 S ^ 0. 015, P 彡 0. 03、 Cr 18.0-22.0、 Ni 彡 67、Ti 彡 0. 75、 Cu 彡 0. 5、 Fe 彡 3. 0、 Nb+Ta 2. 0-3. 0 ；鎢極為 WCe20，鎢極直徑為Φ 3. Omm ；保護(hù)氣體為氬氣Ar，純度為99. 99% ；焊縫坡口形式的選擇采用70°的V形坡口 ；(2)、焊前準(zhǔn)備工作①、清除坡口內(nèi)、外壁兩側(cè)各20mm左右范圍內(nèi)油污、鐵銹、氧化物和水分等影響焊接質(zhì)量的雜物；②、準(zhǔn)備并安裝充氬裝置，采用管內(nèi)充氬氣保護(hù)工藝，正面保護(hù)氣體流量為8-9L/min， 背面保護(hù)氣體流量為4-6L/min，在焊口的兩端塞可溶紙，位置距離管口約30mm，組對(duì)后在焊口間隙塞保溫棉條，保證焊口無(wú)縫隙，在鋼管對(duì)面開口，將充氬用銅管塞進(jìn)焊口中間，鋼管正面開口，保證氣室內(nèi)的空氣被充分置換，開始充氬約3分鐘后，進(jìn)行打底焊接，焊縫處的保溫棉條逐漸打開，到封口時(shí)拔出銅管快速焊接；③、焊前預(yù)熱采用小型對(duì)開式電加熱器預(yù)熱，溫度為150°C，并且在整個(gè)焊接過(guò)程中焊口溫度不得低于150°C ；(3)、層間溫度控制在150°C_250°C之間；(4)、焊接工藝參數(shù)焊絲SNi6082，直徑Φ2.5 mm ；焊接電流直流正接，電流80-90A ； 電壓10-12V ；速度38-43mm/min ；氬氣流量正面8_9L/min、背面4_6L/min ；施焊2層，每層焊接完成后應(yīng)采用鋼絲刷將焊道浮渣清理干凈；(5)、檢驗(yàn)焊后焊縫進(jìn)行外觀檢驗(yàn)焊縫余高為1. 7mm-2. 1mm,表面焊縫寬為7. 8mm_8. 1mm，無(wú)咬邊、表面氣孔、未焊透缺陷，按JB/T4730. 2-2005《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》進(jìn)行100% X射線探傷檢驗(yàn)，焊縫質(zhì)量為I級(jí)或II級(jí)；焊后焊接接頭進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)抗拉強(qiáng)度σ b為590MPa/605MPa，均塑斷于熱影響區(qū)；進(jìn)行(1 = ，α =180°的彎曲試驗(yàn)，面、背彎試樣其拉伸面上的焊縫和熱影響區(qū)內(nèi)，沿任何方向沒(méi)有單條長(zhǎng)度大于3mm的開口缺陷；焊后焊接接頭的金相組織依據(jù)JB/D636-94《鍋爐受壓元件焊接接頭金相和斷口檢驗(yàn)方法》進(jìn)行檢測(cè)，金相試樣經(jīng)研磨、拋光、化學(xué)侵蝕后，在光學(xué)顯微鏡下觀察并拍照，獲得 12CrIMoVG母材金相組織鐵素體+珠光體；12CrIMoVG側(cè)熱影響區(qū)金相組織粒狀貝氏體； TP347H母材金相組織奧氏體(有孿晶)；TP347H側(cè)熱影區(qū)金相組織奧氏體(有孿晶)； 12Cr IMoVG與TP347H焊縫金相組織基體+金屬間化合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種珠光體耐熱鋼與奧氏體耐熱鋼鋼管的鎢極氬弧焊焊接工藝，其特征在于是通過(guò)采用高合金的焊接材料，嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝，減少熱輸入，控制焊逢的熔合比實(shí)現(xiàn)的，其焊接工藝為1.焊接方法、焊接材料及焊縫坡口形式的選擇；2.焊前準(zhǔn)備坡口的清理、準(zhǔn)備并安裝充氬裝置、焊前預(yù)熱；3.層間溫度的控制；4.焊接工藝參數(shù)的制定；5.檢測(cè)外觀檢查及無(wú)損檢測(cè)、力學(xué)性能試驗(yàn)、焊接接頭的金相組織檢驗(yàn)。本發(fā)明解決了珠光體耐熱鋼與奧氏體耐熱鋼焊接接頭存在的問(wèn)題，抑制熔合區(qū)中碳的擴(kuò)散，提高焊縫金屬的抗裂能力，改變焊接接頭的應(yīng)力分布，為焊接生產(chǎn)提供技術(shù)保障，可確保焊口合格率達(dá)到98%以上，且完全滿足使用要求。
文檔編號(hào)B23K9/167GK102489842SQ20111040278
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月7日
發(fā)明者侯學(xué)軍, 劉健, 劉文軍, 孫錦輝, 張富剛, 李新哲, 李新言, 李鑫, 楊潤(rùn)利, 王斌, 王林樸, 程廷杰 申請(qǐng)人:鞍山鍋爐廠有限公司