CrMo型低合金钢基体表面堆焊方法优化

1、Cr-Mo型低合金钢基体表面堆焊方法优化毛恩泽中国石油集团东北炼化工程有限公司吉林机械制造分公司，吉林 吉林 邮编132021摘要： 15CrMoR属低合金高强度中温抗氢耐热钢,供货壮态为正火+回火,组织为珠光体+铁素体,亦称珠光体耐热钢,它不仅具有很好的抗氧化性和热强度，还具有比较好的抗氢腐蚀和抗硫腐蚀性能能力,它主要用于抗高温氢或硫化氢腐蚀，或设计温度在350500的中温压力容器，AWS(American Welding Society)EQ347不锈钢具有优良的力学性能及耐蚀性,非常容易满足许多容器壁对硬度、耐磨性及耐蚀性的要求,因此,在Cr-Mo型低合金钢基体表面堆焊EQ309过渡层后

2、再堆焊EQ347可以提高表面的力学性能和耐蚀性能。关键词：15CrMoR 带极堆焊 0、前言 堆焊作为材料表面改性的一种经济而快速的工艺方法，越来越广泛地应用于各个工业部门零件的制造修复中。为了最有效地发挥堆焊层的作用，希望采用的堆焊方法有较小的母材稀释、较高的熔敷速度 和优良的堆焊层性能，即优质、高效、低稀释率的堆焊技术。AWS(American Welding Society)EQ347不锈钢具有优良的力学性能及耐蚀性,非常容易满足许多容器壁对硬度、耐磨性及耐蚀性的要求,因此,在Cr-Mo型低合金钢基体表面堆焊EQ309过渡层后再堆焊EQ347可以提高表面的力学性能和耐蚀性能。借助我公司承

3、制的大唐国际发电股份有限公司多伦年产46万吨煤基烯烃项目对15CrMoR及15CrMo锻件堆焊进行试验研究，制定合理的工艺，优化焊接方法、保证母材及堆焊层性能。达到低耗高效的目的，并提高我厂珠光体耐热钢焊接能力。1、材料特点15CrMoR属低合金高强度中温抗氢耐热钢,供货壮态为正火+回火,组织为珠光体+铁素体,亦称珠光体耐热钢,它不仅具有很好的抗氧化性和热强度，还具有比较好的抗氢腐蚀和抗硫腐蚀性能能力,它主要用于抗高温氢或硫化氢腐蚀，或设计温度在350500的中温压力容器，它的化学成份和机械性能见表1、表2。表1 15CrMo化学成分（%）执行标准CMnSiPSCrMoGB713-20080.

4、120.180.400.700.150.400.0250.010.81.20.450.6表2 15CrMO材料机械性能执行标准厚度交货状态屈服强度S(Mpa)抗拉强度b(Mpa)伸长率A/%Akv20(J)弯曲180°GB713-2008660正火加回火2954505901931d=3a60-100275100-150255440-580由于钢中含有较高含量的Cr、C和其它合金元素，钢材的淬硬倾向较明显，焊接性差。因此在焊接时要采取适当的工艺措施和选择合适的焊接材料,并严格执行才能避免焊接裂纹出现，保证焊接质量。2、技术方案根据分析及有关资料得知，15CrMo耐热钢具有明显的淬硬倾向

5、,焊接时在焊缝和热影响区极易出现硬脆的马氏体组织,产生很大的内应力,导致焊接接头热影响区产生裂纹。如果焊接线能量过大,热影响区晶粒明显粗化,在焊接残余应力的作用下,焊缝热影响区的粗晶区还易出现再热裂纹，在焊后热处理过程中也有产生再热裂纹的可能。15CrMo材料焊接主要问题是近缝区的硬化和冷裂纹，热影响区的软化以及焊后热处理或高温长期使用中的再热裂纹问题，热裂纹的趋向不明显。EQ347不锈钢焊带是铬镍奥氏体不锈钢，具有很高的力学性能及优良的耐腐蚀性、焊接性能。而堆焊是以获得具有特殊性能的表层为目的。 2.1、焊前准备焊接前清理待堆焊表面，选用机械加工方法，保证无油、锈等污物，并在厚度和直径方向留

6、有足够的余量（直径方向留10mm，厚度留6mm）。焊前采用火焰加热法预热，温度控制在120-150。针对上述焊接特性，焊接时应采取的措施。1）预热：预热有利于减少一些焊接残余应力和减少过热区的硬化，同时还可减少扩散氢含量而减少延迟裂纹，提高预热温度对防止冷裂纹和再热裂纹有效。2）及时进行焊后热处理。3）下料时首选机械加工方法。4）焊材、焊剂按制度进行烘干。2.2、EQ347不锈钢焊带带极堆焊影响因素控制为了制定合理的焊接工艺，查阅了相关的技术文献资料，总结了各因素对工艺性和堆焊层的成型和性能的影响。1）电源特性对于等速送丝（带）系统，一般应选择平外特性或缓降外特性电源。弧长的自动调节是通过焊丝

7、（带）的熔化速度来实现的，熔化速度取决于焊接电流，平特性电源的电压变化很小时，电流变化较大，焊接过程调节性能好，电弧电压稳定，就可以保证焊接过程的稳定，控制焊道的堆高和熔深，从而获得优质的堆焊层。2）电源极性在表面堆焊时，直流正接比直流反接效率要高15%-20%，在正接容易出现夹渣和咬边等缺陷；反接时焊接工艺稳定，稀释率比正接时大，为了提高抗剥离能力，母材稀释率应控制在15%左右。故采用反接极性。3）焊接电流焊接电流是影响焊接接头质量和生产率的主要因素。对焊带熔化速度、焊道高度、母材熔深（稀释率）及焊道成形都有较大的影响。电流太小不利于引弧和熔化焊剂。电流太大，虽然效率高，但随着热输入量的增加

8、，是熔深增加，稀释率变大，进而影响焊道的化学成分。容易产生咬边，冷却时间加长，容易出现有害相。影响堆焊层的耐腐蚀性能和力学性能。4）电弧电压电弧电压过高或过低都会影响焊接过程的稳定性。在其他条件不变的情况下，电压提高热输入量也会提高，将严重影响焊接质量。所以一般为30-32V。5）焊接速度在电流电压一定的情况下，如果焊接速度过快，熔池温度不够，焊道堆高不足，影响熔敷金属质量，焊缝成型不良等缺陷。如果焊接速度过慢，使高温停留时间增长，热影响区宽度增加，焊接接头的晶粒变粗，机械性能降低，同时使变形量增大，且母材稀释率变大。一般控制在30-40cm/min。6）焊剂好的焊剂是获得优质堆焊层的重要因素

9、。通常分为熔炼焊剂和烧结焊剂，对比来看，烧结焊剂堆焊成型较好，应用也较广泛。2.3、焊接试验由于EQ347在性能和成分上与母材差别较大，首先在母材上堆焊EQ309过渡层，在过渡层上堆焊EQ347，焊带规格为60mm×0.5mm×L。化学成分如下表3表3 焊带化学成分（质量分数/%）牌号CSiMnSPCrNiMoCuNbEQ3090.0450.311.70.0150.0221.39.80.450.73-EQ3470.030.461.730.010.01919.5610.94-0.580.61焊剂为FM347-E（SJ305）。在参考借鉴相关文献参数和性能分析基础上制定工艺措施

10、。焊前预热120-150。过渡层焊完后热处理温度600±20，保温2h。具体参数如下（表4）所示：表4 焊接工艺主要参数参数电源极性电流（A）电压(V)焊速cm/min层间温度/堆焊厚度mm数值DCEP600-70030-3230-406012图2 堆焊层外观2.4、焊后热处理对于低合金耐热钢来说,焊后热处理的目的不仅是消除焊接应力,而且更重要的是改善金属组织,降低焊缝及热影响区硬度,提高接头的高温蠕变强度和组织稳定性,达到提高接头的综合力学性能的目的。由于低合金耐热钢在370565摄氏度温度区间长期运行过程具有回火脆性,因此在选择热处理工艺时一定要避免在此温度区间长期停留。堆焊后的

11、热处理采用过渡层堆焊完成后进行，然后再堆焊覆层。这样，既保证了母材的力学性能，又不影响EQ347不锈钢焊带焊接后的力学性能及优良的耐腐蚀性。 图1 热处理工艺曲线3、焊接试板检验3.1、抗弯性能取弯曲式样，按照NB/T47014要求及GB/T2653规定进行弯曲试验，式样无裂纹，见图3所示图3 弯曲式样3.2、熔敷金属化学成分取样位置在堆焊层表面以下1-2mm处，分析结果如下表5。得出堆焊熔敷金属化学成分符合NB/T47018标准。表5 焊带化学成分（质量分数/%）元素CSiMnSPCrNiMoCuNbNB/T470180.061.000.52.50.0150.02518.021.09.012.0-0.758×C%1.0第一道实测0.0280.71.730.0030.01919.5610.980.0290.280.32第二道实测0.030.6921.560.0020.0219.3310.940.0360.260.363.3、渗透检测按照JB/T4730-2005对堆焊表面进行100%渗透检测，没有发现气孔和