合金管的焊接性分析  2.1 SA213-TP347钢合金管的焊接特点2.1.2 化学成份分析，SA213-TP347钢合金管化学成份和机械性能如表1，由表中数据可见，SA213-TP347钢合金管是奥氏体不锈耐热钢，属于18—8型铬镍奥氏体不锈钢，相当于我国的1Crl9NillNb。奥氏体不锈耐热钢是根据Fe-Cr-Ni三元平衡图，42crmo圆钢当Cr含量大于或等于18%，圆钢40crnimoa在结构和装置上存在的不足及其改进Ni含量大于或等于8%，室温下可获得单相奥氏体的原理而发展起来的，我国俗称18-8钢。由于此类钢组织为单相奥氏体，因此焊后无淬硬倾向。但焊接时，却易出现晶间腐蚀，应力腐蚀开裂和焊接热裂纹。接高级技师论文   2  2.1.2 晶间腐蚀，晶间腐蚀主要包括焊缝晶间腐蚀，热影响区(HAZ)敏化腐蚀和焊趾处刀状腐蚀。无论哪种晶间腐蚀，均是由于在奥氏体晶粒周界首先发生碳的集聚，42crmo圆钢而后碳与铬相结合而形成Cr23C6或碳的铬化物，使晶间发生贫碳造成的。此外，单相奥氏体焊缝金属呈发达的柱状晶，经敏化温度(450~850℃)后，出现的贫铬层可以贯穿晶粒之间而构成腐蚀介质集中的腐蚀通道，使不锈钢的耐蚀性下降。避免晶间腐蚀应主要从以下两个方面入手：a.降低母材或焊材的含碳量，采用超低碳，低碳奥氏体钢和焊材，其次是在焊材或母材中加入一些稳定碳元素的合金元素，如Ti或Nb；b.从焊接冶金方面看，42crmo圆钢打散奥氏体焊缝金属中的柱状晶，形成双相组织。  2.1.3应力腐蚀开裂，圆钢40crnimoa在结构和装置上存在的不足及其改进奥氏体钢的导热性差，热膨胀系数大所引起的高残余应力是造成奥氏体钢应力腐蚀开裂的主要原因。焊接残余应力的存在加速了腐蚀的速度，为此焊接时，应尽量降低残余应力。 2.1.4 焊接热裂纹，Cr-Ni奥氏体不锈钢焊接时有较大的热裂纹倾向，主要与以下因素有关：a.奥氏体钢的导热系数小和线膨胀系数大，在焊接局部加热和冷却条件下，接头再冷却过程中形成较大的拉应力。焊缝金属凝固过程中存在较大拉应力是产生凝固裂纹的必要条件；b.奥氏体易形成方向性很强的柱状晶焊缝组织，42crmo圆钢-35crmo圆钢-12cr1mov热轧圆钢-30crmo圆钢-q345d圆钢-天津市津蛟金属材料销售有限公司有利于有害杂质的偏析而促使形成晶间液态间层，促使产生焊缝凝固裂纹；奥氏体钢及其焊缝的合金组成复杂，相互化合易形成低熔点共晶体，形成有害的液态间层。另外，一些杂质元素容易产生偏析，也是促使产生熔点，共晶体的原因。防止奥氏体不锈钢焊缝产生热裂纹的主要措施是选择合适的焊接材料，调整合金成分，使焊缝具有奥氏体和铁素体的双相组织，并限制焊接材料中的杂质元素的碳的含量。  2.1.5 焊材及工艺的选择，焊接材料的选用对于奥氏体不锈钢来说，为了保持足够好的抗腐蚀性和抗裂性，要求焊缝具有奥氏体和一定量的铁素体的双相组织，以保持金属的塑性韧性。为此，焊接时选用含有稳定化元素的奥氏体钢焊条或焊丝，手弧焊时，可采用奥132，奥137；氩弧焊时，可采用焊丝ER347H(美产)或H1CrlNi9Nb(国产)。以确保焊缝组织均为A+F，符合奥氏体不锈钢的焊接要求。工艺及操作要点是小电流，快速焊，窄焊道，严格控制层间温度，氩弧焊时注意做好焊缝背面的充氩保护。 2.2 12Cr1MoV钢合金管的焊接特点 2.2.1 化学成份分析，，  12Cr1MoV钢化学成份和机械性能如表2，由表中数据可见，12Cr1MoV属于 1Cr-0.5Mo-V型耐热钢，通过金相分析，可确定它的金相组织为珠光体型，如图1所示，图中可见大块铁素体组织，细小碳化物在晶界和晶内沉淀。由于Cr，Mo的加入，钢的抗氧化性，高温强度得到显著改善，少量的V可进一步增加钢的热强性。根据国际焊接协会（IIW）所提出的碳当量公式： CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15(%)  由表1的数据计算出12Cr1MoV的CE（IIW）约为0.52%，可见合金管焊接性比较差。焊前需对焊件进行预热，焊后需对焊件进行热处理。 2.2.2 焊后冷裂纹的问题      12Cr1MoV钢合金管属珠光体热强钢由于 12Cr1MoV钢合金管是通过加入Cr，Mo合金元素进行固溶强化的，对钢在冷却时的奥氏体分解产生了强焊接高级技师论文    4    烈的影响，致使钢的焊接性变差。这种钢具有较大的淬硬倾向，焊后空冷得到的组织为珠光体+贝氏体。若焊接时冷却速度稍快，可能出现少量马氏体，则极易形成淬硬组织，导致冷裂纹的产生。  冷裂纹产生是由以下三个主要因素综合的作用的结果：即淬硬组织，扩散氢含量和拘束应力。由于焊缝或近缝区产生淬硬组织，在超过临界拉伸应力的作用下，经过一定的孕育期而产生裂纹。其孕育期的长短主要取决于扩散氢含量和接头的拘束应力。当焊缝中扩散氢的含量高，接头的拘束应力大时则孕育期短，甚至短至焊后立即产生裂纹。当扩散氢含量降低而应力水平也低时则孕育期延长，甚至可以无限期延长，即裂纹实际不会发生。因此，如果针对限制产生冷裂纹的上述因素，从技术和工艺上采取一些相应的措施，则冷裂纹是可以防止的。如采用低氢型焊条并严格烘干，以保证焊缝金属中低的含氢量，焊前适当进行予热，焊接过程中保证焊接的层间温度，焊后缓冷，以改变焊接过程的热循环，降低接头的冷却速度，避免淬硬组织的产生，并有利于氢的逸出；因为冷裂纹是在某一低温的温度下出现的，保持温度不低于此值则裂纹即可避免。此外，应尽量减小装配的附加应力及自重引起的弹性应力，焊后及时进行热处理以消除接头的残余应力。  2.2.3 再热裂纹的问题  焊接接头在高温状态下，当应力松驰的时候接头具有较低塑性，而这种塑性的降低是和合金碳化物的析出有关。再热裂纹产生的机理：由于晶间滑移变形产生的微小裂缝和因晶间蠕变引起的微小空穴是促使再热裂产生的重要因素。而产生这种晶间滑移变形，其作用力必须大于能引起晶间滑移变形的临界应力，但同时必须小于能引起晶12Cr1MoV钢的化学成分  元素 C(%) Si(%) Mn(%) Cr(%) Mo(%) V(%) P(%) S(%) 含量  0.08~ 0.15  0.17~ 0.37  0.40~ 0.70  0.90~ 1.20  0.25~ 0.35 0.15~ 0.30  ≤0.035  ≤0.035  12Cr1MoV钢的机械性能  Re(MPa) Rm(MPa) A(%)  ≥255  471～638  ≥21内滑移变形的临界应力。如果在热处理过程中存在上述条件的话，则就会产生再热裂纹。所以一般认为，凡能导致扩大晶间和晶内强度差别的因素，例如提高晶内固溶硬化或晶内析出硬化，能导致晶间脆化的晶间析出或钢中杂质的晶间偏析等因素，都可以产生再热裂纹。所以认为，二次硬化元素在消除应力热处理时的时效析出而引起的二次析出硬化现象，即所谓晶内析出硬化，对产生再热裂纹有特别重要的作用。对12Cr1MoV钢来说，在焊后消除应力热处理时二次析出所形成的密集的碳化物沉淀，就成了产生再热裂纹的主要原因。因此，可以认为，如果在进行焊后热处理时不产生碳化物的二次析出现象则就能避免再热裂纹的产生。  2.3 SA213-TP347和12Cr1MoV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。  2.3.1 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。  2.3.2 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碳层而软化，在奥氏体焊缝一侧形成高硬度的增碳层。 2.3.3 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。  由以上问题会导致焊缝的早期失效，所以需要选择合理的焊接工艺措施，焊接工艺参数和相匹配的焊接材料来克服和抑制以上问题从而获得满意焊接接头。 3 焊接方法和焊材  电厂建设中，薄壁小管焊接通常采用手工钨极氩弧焊的方法焊接，采用手工钨极氩弧焊打底，手工钨极氩弧焊填充盖面。  通过焊接性的分析，选择超低碳，含有稳定碳元素的合金元素Nb或Ti和线膨胀系数接近于珠光体耐热钢的镍基合金型材料是（珠光体耐热钢/奥氏体不锈钢）这类异种钢焊接最理想的焊接材料，目的能抑制焊缝的熔合区中碳的扩散，改变焊接接头的应力分布。从而

改善了焊缝及熔合区的组织和性能，使用的焊材是ERNiCr-3，规格为φ2.4。焊材化学成分和机械性能.难点分析和相应措施  由于屏式再热器管口的管壁较薄，壁厚为4.5mm，管子密集度大，焊口管与管之间仅为15mm，给施焊带来了很大的困难，在接头位置很容易产生过烧，未熔合，气孔等缺陷。在平时安装中类似该部件都是作为攻关难点来焊接的，这就要求我们必须找出缺陷产生的原因，并选用合适规范，以确保此次检修的焊接质量。  4.1 困难分析  通过大家分析后一致认为容易产生缺陷的主要原因是屏式再热器管口之间的距离较小（仅15mm），管排与管排之间太密集（仅可将头的前部探入），从而导致了焊接“盲区”，在该处的焊接头容易产生过烧和未熔合，如图2所示  在正常氩弧焊时，钨极伸出瓷嘴3-5mm氩气保护状态为最好。但为了让电弧作用到管口间隙最小的焊接“盲区”，只有将钨棒比正常情况下多伸出2mm左右，这样会使氩气对电弧熔化区域的保护减弱，从而易产生气孔。再者，由于管壁薄，过烧，气孔，未熔合等缺陷容易超标，也是薄壁管口焊接质量不高的一个重要原因。如果在两管之间“盲区”的接头处产生超标缺陷，给焊口返修带来很大的困难。相应措施  为了制定最有效的措施，我们进行了一个现场环境相似的模拟焊接试验，采用相同材质，规格的管子以及相同的位置，做好准备工作，在两根管子的背面堵上保温材料或防火布，和管口里面150mm处用水溶性纸或面巾纸堵住，使两管之间不至有空气流动，管子里充氩气保护。以三层焊完焊口（即打底，填充和盖面），由于位置的限制必须采用头戴皮面罩，将钨极必须比正常伸出多2mm（约6-7mm）才能完成“盲区”位置接头的焊接，为得到良好的氩气保护，我们调整焊枪的角度及采用特定的焊接顺序，进行多次试焊，直到得出理想的结果。最后确定了可在实际焊接中运用相应措施。5 焊接过程 5.1 焊前准备  5.1.1 焊机选用ZX7-400型时代逆变焊机，焊机性能优良。 5.1.2 焊材选用氩弧焊丝ERNiCr3，除去表面的油垢等脏物。选用氩气作保护气体，氩气纯度≥99.95%。焊接高级技师论文    8  5.1.3 坡口制备  ① 对口间隙控制2.5-3.0mm，钝边0-0.5mm，60～70度V型坡口详见图4；         ② 坡口及其内外管壁两侧10-15mm范围内用角磨机将锈，油垢  和氧化物等杂物清理干净，直至露出金属光泽；  ③ 对口装配应避免损坏坡口，不得强行对口，严禁在焊缝坡口外弧，严禁在管子上焊接与支撑物。 6  焊接工艺措施  6.1 要求钳工认真对口，钝边，间隙，错口等应符合规范的要求。 6.2 为保证质量，屏式再热器所有管口均选用全氩焊接工艺。根据火电建设工程总公司提供的工艺卡要求如下表4： 

表4  层数 焊接方法 焊丝 电流范围 电压范围 (V) 焊接速度 (mm/min) 焊丝牌号 规格 极性 电流(A) 1 Ws ERNiCr-3 ф2.4 正接 65～80 10-13 50～65 ≥2  Ws  ERNiCr-3 

ф2.4  正接  65～80  10-13  60～75  注：a.氩气流量8～10L/min，背面氩气流量8～10L/min；  b.层间温度小于100℃。    6.3 在焊接方面，采取以下措施：焊口组对前首先将水溶性纸或面巾纸揉成适当的团状在管口两侧焊口壁内150mm处堵住，间隙处使用医用胶布封住，使管壁内形成一个气室。  6.4 将球针做成U型，氩气通过球针从焊口间隙的正面位置充入，在整个焊接过程中，一边焊接一边往管口里面充氩气保证根部有足够的氩气保护作用。对焊口充氩气一分钟左右后，从“盲区”位置进行打底（即12点钟过一点开始），在对盲区焊接时将起头尽量越过盲区的中心点，让下一次接头时方便些，在打底完前正面位置预留一个小孔（约六分之一焊缝）作为氩气入口和观察孔。用笔型小手电对根层焊缝再作仔细检查，检查是否有焊接缺陷，如果发现有焊接缺陷应该马上处理，为了避免焊接温度过高可以两至三个焊口同时进行打底，盖面是要继续对焊口充氩气约一分钟，再进行层间填充或盖面。第二，第三层焊到离预留的孔15mm处收弧（焊接顺序与打底相同），把冲气针拉出，再把第一层小孔焊上，然后尽快回到第二，第三层将其焊完，以免里面的氩气跑掉而失去保护作用。注意每一次收弧时应该填满弧坑使熔池逐渐缩小并将电弧逐渐移向焊缝边缘5mm处熄弧，电弧熄灭后应该保持对收弧处供气延迟保护10秒钟，注意打底焊接时，当焊接到点固焊位置时，为保证根层焊接质量，须将点固焊焊缝用磨角机磨去。  6.6 焊接完成后认真进行自检，发现有咬边或表面气孔等缺陷马上进行处理，如需补焊的则应及时进行补焊。