T91/12Cr1MoV异种钢焊接性分析

发布时间：2014-07-27 16:17

　　1 T91/12Cr1MoV异种钢焊接性分析
　　1.1 SA213 -T91钢是一种改进的9CrlMo钢，它是在9Cr1Mo钢的基础上通过添加V、Nb等微量元素形成的。具有较低的热膨胀系数和良好的导热性，抗拉强度和屈服强度较高，特别是在高温下具有较高的蠕变强度和持久强度及许用应力。12CrlMoV钢是一种常见的珠光体耐热钢。应用广泛，常用来制造壁温≤580℃ 的高压、超高压锅炉过热器管、联箱和主蒸汽管道等，具有较好的焊接性能。
　　1.2 SA213 - T91 属于马氏体耐热钢，12Cr1MoV 属于珠光体耐热钢，化学成分及常温机械性能。前者淬硬倾向大，焊接性能差。焊缝及热影响区极易产生高硬度马氏体和贝氏体组织，使接头脆性增加，残余应力增大，导致产生冷裂纹。后者由于含碳及合金元素较多，焊缝及热影响区容易出现淬硬组织，当焊件刚性及接头应力大时，容易产生冷裂纹，焊后热处理过程中易于产生再热裂纹。当将其两种耐热钢对焊时，施焊难度较大。
　　2 焊接时出现的问题
　　2.1 T91含有Cr、Mo、V、Cb等强碳化物元素，焊接时焊缝从高温冷却时易产生淬硬性的马氏体组织，焊缝有很大冷、热裂倾向。
　　2.2两种母材含有很多的合金元素，其熔融金属的流动性差，焊接时还产生较多的熔渣。
　　2.3由于马氏体钢导热性差，焊接应力不能得到充分释放，焊后焊缝的残余应力很大。
　　2.4焊前不预热，冷裂纹的出现不可避免。为此，为防止产生冷裂纹，焊前必须预热（预热温度200-250℃），并在焊接过程中保持层间温度不低于预热温度。考虑到冷却速度过慢，由奥氏体向铁素体转变，预热及层间温度不宜过高，但以不超过260℃为易。
　　2.5焊后不易立即进行高温回火处理，一方面可进行消氢处理，减少热应力，防止在冷却程中裂纹的产生；另一方面，进行一定时间的恒温后热处理，可使接头高温金属实现由奥氏体向马氏体的充分转变，从而避免残余奥氏体组织在回火冷却后转变成新的回火马氏体。后热处理完成后，应及时进行高温回火处理，750 ℃±10 ℃，保温30 min的热处理。升温速度<300℃／h，冷却速度<300℃／h。冷却至300℃以下可不控制。以得到综台性能良好的回火索氏体组织，并消除焊接残余应力。
　　2.6焊接接头性能的劣化程度随焊接线能量的增大而加剧。
　　2.7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。
　　因此，异种钢焊接时，如焊接工艺选择不当，焊工操作不当，很容易产生焊接冷、热裂纹、夹渣等缺陷。为了得到优质的焊接接头，有必要从焊接工艺及参数、焊工操作技术等方面进行严格控制。
　　3 T91与12Cr1MoV异种钢焊接工艺
　　3.1焊接方法及设备：TIG焊；ZX7-400IGBT。
　　3.2材料的规格及焊接位置与试件数量：Φ63.5×4.5；水平固定与垂直固定各5件。
　　3.3焊接材料的选择：选用TGS-9Cb,Φ2.0焊丝。
　　3.3.1选择焊接材料的正确是异种钢焊接时的关键，接头质量和性能与焊接材料关系十分密切。选择时应考虑在焊接接头不产生裂纹等缺陷的前提下，若不可能兼顾焊缝金属的强度和塑性，则应选用塑性较好的焊接材料；异种钢焊接材料的焊缝金属性能只需符合两种母材中的一种即认为满足技术要求；焊接材料应具有良好的工艺性能。焊缝成形美观；焊接材料应经济、易得。
　　3.3.2 珠光体钢与马氏体钢异种钢焊接接头热处理时在熔合区可能发生c扩散，井留下一个c扩散层，如果用高匹配焊接材料进行焊接，则C扩散层转移到珠光体钢母材一侧。因珠光体钢有较好塑性，C扩散层即使在珠光体钢这一侧，其接头塑性也较好，利于提高接头的热强性。
　　综上所述，选择焊接材料应综台考虑上述各个方面，而不能简单依据某种原则。为此，对于T91与12CrlMo异种钢焊接采用高匹配焊接材料应是较好的选择。
　　表1.TGS-9Cb焊丝化学成分（%）
　　元素CSIMnPSNICr
　　含量0.080.200.950.0060.0060.699.02
　　3.4焊前准备
　　3.4.1清理焊缝两侧20mm内外壁的油锈污蚀等，直至发出金属光泽。
　　3.4.2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60°-70°的坡口，小钝边，大间隙。
　　3.5焊接工艺参数
　　由于采用手工钨极氩弧焊，氩弧焊的熔合比范固较大。因而。控制好焊接工艺参数对降低熔合比有直接的影响。焊接热输入越大。母材熔人焊缝越多，而焊接热输入又取决于焊接电流、电弧电压和焊接速度等工艺参数，因而在焊接时应在保证焊缝组织正常、熔合区硬化程度正常的前提下，采用小的工艺参数以减少热输入，降低熔合比。
　　水平固定管、垂直固定管焊接工艺参数见表2、表3。
　　表2.水平固定焊接工艺参数
　　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）
　　正面反面
　　1TIGTGS-9CbΦ2.0DG+80-9019～2570-808-1010-12
　　2TIGTGS-9CbΦ2.0DG+85-9519～2565-758～1010-12
　　表3.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）
　　正面反面
　　1TIGTGS-9CbΦ2.0DG+75-8519～2560-658～1210-12
　　2TIGTGS-9CbΦ2.0DG+80-9023～2565-758--1210-12
　　4 焊接操作技术要点
　　4.1焊接过程中内壁充氩，保护焊缝背面，防止氧化。
　　4.2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。
　　4.3焊接时，预热温度和焊热处理应在保证接头质量的前提下进行，采取较小的工艺参数比较合适。
　　4.4合金元素多，焊接时产生较多的熔渣，每次熄弧后，必须打磨熄弧处，以减少杂质聚集。
　　4.5熔融金属的流动性差，且焊接位置为全位置，因此，焊工在焊接时要通过调整焊接参数，运用好操作技术，在焊缝仰位部位，熔滴下挂，操作不当时，内侧焊缝极易产生内凹。因此焊工操作时，应采用电流上限，利用电弧的吹力托住熔滴进行焊缝成形，避免焊缝产生内凹；在仰位向立位过渡区域，熔滴下挂，操作不当时，内侧焊缝易产生内凹，因此焊工操作施焊中应充分利用维弧电流调节焊接熔池形状，利用电弧的吹力托住熔滴避免焊缝产生内凹；在平焊位置，熔滴下挂，内侧焊缝极易下挂并产生焊瘤。因此焊工操作时，应采用外加丝，加快施焊速度，控制焊接熔池形状，笔耕论文，避免焊缝内侧产生焊瘤。
　　5 焊接试样检验结果
　　5.1焊后经外观检验合格，取二件进行断口试验，结果全部合格。
　　5.2焊件进行X射线探伤，结果全部为I级，符合标准要求。
　　5.3 T91/12Cr1MoV焊接试件模拟工艺力学性能见表4，面弯、背弯各二件，试验结果无裂纹。
　　表4 模拟工艺力学性能统计表
　　项目
　　部位σS
　　MPaσb
　　MPaδ10
　　%Ψ%AK（V）
　　JHB其他
　　水平固定焊缝552.0663.014.571.596,116,120224拉力断于母材
　　热影响区545.5672.014.571.5198,210,217195拉力断于母材
　　母材--------216,217,224195
　　垂直固定焊缝513.0653.014.571.5128,138,146227拉力断于母材
　　热影响区535.0657.015.071.5224,228,236197拉力断于母材
　　母材--------226,228,232197
　　注：拉力试样断于母材，侧面弯曲大于500，断面未见缺陷，射线拍片均为Ⅰ级片。
　　5.4 T91/12Cr1MoV焊接试件微观金相检验结果见5。焊接接头的金相检验结果，组织为回火索氏体、板条马氏体，未发现宏观缺陷、微观裂纹及网状组织，说明焊接材料的选择与使用，预热温度、层间温度的控制和热处理规范是正确的但从组织分析，原奥氏体晶粒粗大，马氏体的位向比较明显。
　　表5.T91/12Cr1MoV焊接试件微观金相检验结果
　　取样位置微观组织
　　母材2G12Cr1MoV侧组织：铁素体＋珠光体  T19侧组织：回火索氏体
　　5G12Cr1MoV侧组织：铁素体＋珠光体  T19侧组织：回火索氏体
　　焊缝2G回火马氏体
　　5G回火马氏体
　　热影响区2G12Cr1MoV侧组织：铁素体＋珠光体  T19侧组织：回火马氏体＋回火索氏体
　　5G12Cr1MoV侧组织：铁素体＋珠光体  T19侧组织：回火马氏体＋回火索氏体

 

本文编号：6975