TP347和12Cr1MoV异种钢TIG焊接工艺研究.doc

TP347 /12Cr1MoV异种钢TIG焊接工艺研究发布时间: 2009-3-16阅读次数: 218 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：费永敏，男，1969年7月出生，甘肃兰州人，大唐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.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钢和TP347钢母材的化学成分CMnsiCrM0VNiS/P组 织12Cr1MoV0.08 0150. 07170.37091.2025035015030-0.035PTP347040.102.000.7517.0020.009.0013.000.03A表2 12CrMoV钢和TP347钢母材的常温机械性能b（MPa）s（MPa）A（%）HBW12Cr1MoV48025521166TP347515205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iCMnFeSiCurTiNbInconl 82200230100200400625 Inconl 82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）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焊接位置外观检查断口检查射线探伤评定结果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（MPa）s（MPa）硬度 HBW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：12Cr1MoV珠光体12Cr1MoV靠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。参考文献1火力发电厂异种钢焊接技术规程DL/T 752-0012火力发电厂焊接技术规程DL/T869-20043耐热钢焊接水力电力