12Cr1MoV与321异种钢管的焊接

!"#$%&’ (")*&+#+’, -+#./0 1+.2 3"). 044/ 收稿日期：044/546547 文章编号：84405409:;044/）425440654/ 在石化、热电生产装置改造 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 中，有些设备接管的材 质为80<=8>+-珠光体耐热钢，需要与/08不锈钢管道进行焊 接，由于焊缝位置距离设备本体非常近，因此焊接质量要求 很高并且操作困难。80<=8>+-与/08两种钢的化学成分和金相 组织存在着很大差异，易出现焊接缺陷，必须经过焊接工艺 评定合格后方可进行现场焊接。 ! 焊接性 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 80<=8>+-属于珠光体耐热钢，组织结构为粒状珠光体?少 量铁素体。具有较好的抗氧化性、热强性和抗氢腐蚀能力， 但在焊接过程中焊缝和热影响区的淬硬倾向较大，近缝区容 易被淬硬形成马氏体组织，焊接时产生残余应力，在近缝区 容易出现冷裂纹。/08属于奥氏体不锈钢，热导率小而线膨胀 系数大，在焊接局部加热和冷却的条件下，焊接接头会产较 大拉应力，致使焊缝和近缝区易产生热裂纹。对于奥氏体不锈 钢，当!（1%）小于89@时，/08不锈钢中!（1%）为7.4@A80.4@时， 防止焊缝产生热裂纹的 办法 鲁班奖评选办法下载鲁班奖评选办法下载鲁班奖评选办法下载企业年金办法下载企业年金办法下载 就是使焊缝形成!?"双相组织。 80<=8>+-与/08焊接存在以下几个问题： （8）二者化学成分存在较大差异，形成焊接接头后， 80<=8>+-对焊缝金属的合金成分具有稀释作用，如果填充金 属的组分控制不当，会使焊缝的奥氏体形成元素含量不足， 出现马氏体组织，从而恶化接头质量，可能引起裂纹。 （0）在焊接过程中，<从珠光体钢一侧通过熔合线向奥氏 体焊缝扩散，结果在靠近熔合线的珠光体母材上形成铁素体 脱<层而软化，在奥氏体焊缝一侧形成高硬度的增碳层。 （/）珠光体钢与奥氏体钢线膨胀系数不同，在044A244 B 内珠光体为（8/.9C8452A8D.9C8452）E58，奥氏体钢为（82C8452A 8F.9C8452）E58，比珠光体金属大，而热导率比珠光体金属低， 不仅焊接时会产生较大的残余应力，在高温热循环下还会产 生热应力，特别是在温度变化时，由于热应力引起热冲击力， 易引起开裂。 （D）在焊接接头各区域，由于化学成分和金相组织不同， 塑性、硬度和韧性也不同，致使焊缝中残余应力分布不均匀， 在热循环作用下容易产生疲劳裂纹。 " 焊接工艺分析 由于80<=8>+-与/08形成焊缝的化学成分、金相组织、物 理性能与母材均有不同，焊接时必须采取一定的特殊工艺才 能获得满意的焊接接头。在制定焊接工艺时，要根据现场条 件选择焊接方法、焊接材料、焊接参数并采取相应措施。 0.8 焊接方法 选择焊接方法主要考虑控制焊缝的熔合比，尽量减少热 输入，保证焊缝组织性能。根据现场作业环境，若采用氩弧 焊方法，接头背面不加氩保护易被氧化。焊条电弧焊现场操 作灵活方便，熔合比较小，容易调节热输入，所以选择焊条 电弧焊。 0.0 焊接材料的选择 焊接材料的选择是异种钢焊接的关键，正确与否直接影 响焊缝性能的好坏。根据焊接性分析，选择焊接材料时应考 虑： （8）为了克服珠光体钢的稀释作用，减小焊缝中马氏体 脆性层的宽度，必须增加焊缝中奥氏体形成元素的数量。 （0）应选择奥氏体化较强的焊条，以减少焊缝稀释和过 渡层脆化，抑制熔合区中<的扩散。 （/）珠光体钢与奥氏体钢形成异质接头时，所选用的填 充材料应保证焊缝金属具有较高的抗热裂性能。 表! 母材和焊条化验的化学成分及其#$，%&当量值 ’质量分数( ’)( 组成 材料 < <= 1% >+ G% >& 1H <= 当量 1% 当量 金相 组织 坐标 位置 80<=8>+- 4.88 8.46 — 4./8 4.02 4.98 — 8.66 /. 92 I " /08 4.46 8F.24 84.6F — 4.F7 8.F2 — 87./D 8/. F8 J # K/84 4.8F 02.8F 08.6F 4.8F 4.98 8.D4 — 06.80 06.FF J $ K/47 4.88 0D.F4 80.F4 4.02 4.99 8./0 — 09.F7 82.62 J?L % K/D6 4.46 04.02 7.6D 4./2 4.92 8.00 4.D0 08.26 80.D9 J?L & 珠光体钢与奥氏体钢焊接时，采用<=51%型不锈钢焊接材 料，利用舍夫勒组织图对几种不同牌号的不锈钢焊条进行分 !"#$!*+, 与 -"! 异 种 钢 管 的 焊 接 许立平 （天津石化机械制造安装工程公司，天津 /44068） 摘要：对珠光体耐热钢80<=8>+-与/08不锈钢异种材质接头进行了探讨和焊接性分析，结合生产实际，利用舍夫勒组织图，选择出 K/47型焊条作为其异种钢管接头的焊接材料。焊接时严格控制焊缝的熔合比，减少<的迁移扩散，焊接工艺操作特点是采用大坡口、 小电流、小直径焊条、快速直流焊接，可以有效地减少焊接热输入。模拟现场条件进行焊接，经过工艺评定试验证明采用这种焊接工 艺可以获得理想的奥氏体?铁素体 ;!?9@"M 双相组织的焊接接头。 关键词：80<=8>+-珠光体耐热钢；/08不锈钢；异质接头；焊接工艺 中图分类号：(N88/.02/ 文献标识码：O ·工艺与新技术· 06 焊接技术 第 !" 卷第 # 期 "$$! 年 %" 月 析，选择合理的焊材。 首先对母材和焊条进行化验，然后根据化验的化学成分， 分别折算出&’，()当量，并在舍夫勒图上找出对应点。 以 %"&’%*+,和 !"%二 者 &’， ()当 量 值 的 算 术 平 均 值 （%$-.#，/-#/）为接头母材的&’，()当量值 （!点），根据&’和 ()当量值，在舍夫勒图上找出点!，"，#，$的位置，连接的 !—"段是选用0!%$焊条时焊缝组织的熔合比变化线，显然在 熔合比区间%—"线段上焊缝为单相奥氏体组织，其抗热裂性 差，不宜选用；连接!—$段即为0!12与母材熔合成焊缝组织 的熔合比变化线，熔合比为"$341$3的焊缝组织&—’段焊缝 会出现较多的马氏体组织，脆性层增多易产生裂纹，故不选 用；!—#段是选用0!$5焊条时，焊缝组织的熔合比变化线， 把熔合比控制在1$34"$3即 (—)段，得到的焊缝组织是奥氏 体6铁素体 7!6.3"8 双相组织，其抗热裂性能好。另外0!$5 焊条*（()）为%$34%/3，可以抑制熔合区&的扩散迁移，所以 选择0!$5型焊条作为%"&’%*+,与!"%异质接头的焊接材料，为 了增强接头的抗裂性能，选用0!$59%.碱性低氢型焊条最为合 理。 !$ ". "$ %. %$ . $*（ () ） : ;< *（ () ） 6 !$ *（ &） 6$ -. *（ * =） ，（ 3 ） . %$ %. "$ ". !$ !. 1$ *6>>6* + * ?6* ? ?6> $3 " .3 " %$3 " "$3 " 1$3 " /$3 " %$$3 " " % # ! ( ) ’ & $ , *（&’）:;<*（&’）6*（*+）6%-.*（@)）6$-.*（(A），（3） !—母材 "—0!%$焊条 #—0!$5焊条 $—0!12焊条 %，(，’熔合比 1$3 )，&熔合比 "$3 > 图! 舍夫勒组织图 "-! 坡口形式 考虑到坡口形式对母材熔合比的影响，增大坡口角度， 增加焊接层次，熔合比减小，可以有效降低珠光体母材对焊 缝的稀释作用，选用2$B4/$B的,形坡口较为适宜。另外不锈钢 的坡口制备采用机械加工方法，控制&向奥氏体组织扩散，还 应保证坡口处母材无裂纹、无重皮，无油污锈蚀。 2$B4/$B # " "-. 管外壁 % 图" 坡口形式 "-1 焊接工艺试验 取两组与现场钢管同材质同规格的试件模拟现场条件施 焊，第一组管子#%%1 CCD2 CC；第二组管子#%#/ CCD/ CC， 均为水平固定全位置焊，采用0!$59%.焊条。 多层焊时根部焊缝熔合比最大，是产生根部裂纹的主要 原因，点固焊和第%层打底焊采用#"-. CC焊条，便于控制焊 条摆动，母材熔深大；第"，!层采用#!-" CC，焊条容易控制 焊接热输入，焊接工艺参数见表"。 表" 焊接工艺参数 焊接层次 焊条直径 E CC 焊接电流 E ? 电弧电压 E , 焊接速度 E（FC·C)=9%） 点固 "-. 2$4/. ""4"1 54%" 第%层 "-. 2$4/$ ""4"1 /4%$ 第"，!层 !-" /.4%$$ ""4"1 24%" "-. 焊接操作要点 接头必须在自由状态下组对，不得强行点固焊接，防止 焊缝产生较大的拘束应力。焊接前将0!$59%.焊条进行烘干， 温度为!.$41$$ G，时间%-.4" H，放在保温筒内随用随取。采 用大坡口、小直径焊条、小电流、高电压、快速直流焊接， 降低母材熔合比。注意控制道间温度，及时清理层间药皮焊 渣，每焊完一层，用锤子轻轻锤击焊缝和热影响区，减少焊 接残余应力。焊完后对%"&’%*+,一侧焊缝及热影响区采取适 当的保温缓冷措施，避免产生淬硬组织。 # 焊接工艺评定检验 按上述工艺焊完试样后，按IJ E K 12!$—%551对焊缝进行 L射线探伤检验，结果全部$级合格。根据焊接工艺评定检验 的有关规定，制取每种规格钢管焊缝的拉伸和弯曲试件、面 弯和背弯试件各"件，进行力学性能试验。 表# 力学性能试验结果 项目 试件号 %" E *MN ".（3） 断口位置 面弯 背弯 管子规格 E CC O9%9% .1. ""-% 母材 合格 合格 #%%1D2 O9%9" .1# ""-1 热影响区 合格 合格 #%%1D2 O9"9% .1% ""-" 母材 合格 合格 #%#/D/ O9"9" .15 ""-# 母材 合格 合格 #%#/D/ 通过工艺评定检验，两组试件的检验结果表明： （%）接头的抗拉试验强度值不低于母材。 （"）冷弯试验结果，两组试件均合格。说明采用0!$5型 焊条焊接%"&’%*+,与!"%异质接头的焊接工艺是可行的。 $ 结论 珠光体耐热钢与奥氏体不锈钢进行焊接时，应该采用高 合金的焊接材料，严格执行工艺措施，尽量减少热输入，控 制焊缝的熔合比，才能获得最佳性能的焊接接头。 （%）采用0!$5型焊条作为%"&’%*+,与!"%异种钢管接头的 焊接材料，焊接时严格控制焊缝的熔合比，可以获得理想的 奥氏体6铁素体 7!6.3"8 双相组织。 （"）异种钢管接头的焊接工艺操作特点是采用大坡口、 小电流、高电压、小直径焊条、快速直流焊接，可以减少焊 接热输入，有效地减小&迁移过渡层的宽度。 （!）焊前不必预热，焊后对%"&’%*+,一侧焊缝及热影响 区采取适当的保温缓冷措施，防止出现淬硬组织。 采用上述焊接工艺对现场焊口进行焊接，按IJ E K 12!$— %551 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 对焊缝进行射线探伤检验，未发现任何超标缺陷。 参考文献： ［%］周振丰，张文钺- 焊接冶金及金属焊接性［*］- 北京：机械工业出版 ·工艺与新技术·"/ !"#$%&’ (")*&+#+’, -+#./0 1+.2 3"). 044/ 社，5677. ［0］钱昌黔. 耐热钢焊接［8］. 北京：水利电力出版社，5677. ［/］王建安. 金属学与热处理［8］. 北京：机械工业出版社，5676. ［9］周 文. 5:;571%6(%与50:;58+-异种钢接头焊接工艺<=>. 焊接技术， 0440，/5（?）：06@/4. 作者简介：许立平 （562A—），男，工程师，主要从事焊接技术 工作. 文章编号：5440@40?BC044/）42@4406@40 ! 前言 单面焊双面成形是一种先进的焊接工艺方法，采用该工 艺，可以降低生产成本、提高生产率。单面焊双面成形有自 由成形和强迫成形两种形式。所谓自由成形，就是完全依靠 熔池金属的表面张力来承托熔池金属，使之在自由状态实现 焊缝背面成形的方法。而强迫成形，就是利用强迫成形装置， 如背面衬垫及铜滑块等托住熔池金属，使之实现强迫成形。 目前我国的管道施工中，自动焊已经获得广泛应用，可 以快速、高质量完成焊道的填充盖面，而根焊则成为焊接过 程中的关键环节。国内管道施工中的根焊方法多以手工纤维 素焊、D((半自动根焊、E!(外根焊和内焊机内根焊为主。手 工纤维素焊工人劳动强度大，焊接质量难以保证；D((是一种 全新的焊接方法，它是基于短路液桥表面张力过渡 （FG;HI)"J K"&F%+&JK;I&FH";）理论的熔化极气体保护焊。通过对焊接电流 的波形控制，配合熔滴短路过渡的形态，改变电流电压的输 出，从而对整个热输入量进行控制，根焊效果较好。缺点是 焊接电流较小，效率不高。E!(根焊 （意大利）和1+;"IFK内根 焊 C英国L 焊接效率高，但设备复杂，一次性投资大。以上几 种根焊方法，除内根焊外，都是自由成形的单面焊双面成形 工艺。研制生产焊接能量控制设备，在现有的技术条件下与 常用的焊接电源和自动焊设备共同使用，完成管子的根焊， 是实现单面焊双面成形比较可行的方法。 " 焊接能量控制器的设计思想 无衬垫条件下的自由背面成形与有衬垫的强迫成形比较， 难度在于对熔池的温度及停留时间的要求较高，否则极易造 成烧穿和未焊透缺陷，尤其是对全位置焊。以平焊为例，熔 池金属的受力情况如图5所示。 ! " ! # 图" 熔池金属受力状态示意图 可以表示为：0!$"%&’"，其中："为熔池金属相对体积 质量，%为熔池深度，&为熔池宽度，"为电弧对熔池的总作用 力，!为熔池金属表面张力系数，#为熔池金属重力。 当"和&一定时，依靠表面张力托承的熔池深度取决于电弧 力的大小，而熔深和电弧作用力同时又与焊接电流有关，熔宽 则取决于电弧电压。随熔池尺寸的增加，表面积增大，表面张 力增大，但同时熔池体积的增大较表面积的增大快得多，造成 熔池增加到一定程度后，表面张力将不能平衡电弧作用力和熔 池重力，熔池金属下流，造成烧穿。通常的短路过渡中，燃弧 时间和短路时间有一固定的比例关系，燃弧阶段是加热并熔化 焊丝和母材金属的主要能量源，而短路阶段仅焊丝受电阻热作 用被预热，熔池却处于冷却状态。基于以上分析，通过控制燃 弧时间和短路时间，改变母材熔化和焊丝熔化的比例，改变电 弧作用力，输出所需要的焊接电流、电弧、电压波形，以实现 焊接过程稳定、降低飞溅及改善焊缝成形的目的。结合E!(根 焊时的焊接电流、电弧电压波形，短路期间采用较大的电感 （改变短路电流波形），燃弧时间变短，目的是限制短路电流上 升速度和短路峰值电流，减少飞溅：燃弧期间减小电弧对熔滴 的排斥力，减少短路小桥的电爆炸能量。短路时间和燃弧时间 的分配关系也改变了焊丝熔化和母材熔化的比例，影响熔池的 形状与尺寸，改变了熔池的受力状态，改善了焊缝成形。基于 以上思路，采用MNO(逆变焊接电源然后输出到焊接能量控制设 备，来实现上述功能。焊接电源输出电压、电流经过能量控制 管 道 全 位 置 自 动 焊 单 面 焊 双 面 成 形 李 光，张 锋 （中国石油天然气管道科学研究院，河北 廊坊 42?444） 摘要：针对MNO(弧焊逆变器，研制出改变焊接波形的能量控制器并提供了根焊焊接工艺，可以实现管子对接焊的单面焊双面成形。 关键词：单面焊双面成形；能量控制；焊接工艺 中图分类号：(N9?A.2 文献标识码：O 收稿日期：0440@50@57；修回日期：044/@4?@52 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ·工艺与新技术· 06