珠光體耐熱鋼分汽缸的焊接工藝

石秋紅 ，黃孫民，張 琳

(1.廣西工業(yè)職業(yè)技術學院，廣西 南寧 530003；2.廣西建工集團第一安裝有限公司，廣西南寧 530003)

0 前言

廣西某建設工程中的分汽缸采用12Cr1MoVR珠光體耐熱鋼材料，筒體直徑φ600mm，長度5230mm，重約3 370 kg，工作介質為過熱蒸汽。分汽缸也叫分汽包，它是蒸汽鍋爐的主要配套設備，廣泛用于發(fā)電、石油化工、鋼鐵、水泥、建筑等行業(yè)。其作用是把鍋爐運行時所產生的蒸汽分配到各路管道中去，并起到儲蓄、分配用汽，緩沖、調整汽壓，節(jié)省能源，向用汽點供汽，汽水分離及多臺鍋爐蒸汽并用的作用[1]。它是供熱系統(tǒng)中不可或缺的、安全技術要求高的壓力容器，也是重要的特種建筑設備。因此，對蒸汽分汽缸的設計、制造、質量檢驗等環(huán)節(jié)必須要有足夠的安全意識，正確合理的焊接生產工藝對保證分汽缸的質量起著至關重要的作用[2]。

1 分汽缸的設備參數(shù)

分汽缸工作溫度485℃，在高溫時為具有較好的高溫強度和抗氧化能力，選擇的筒體及接管材質均為12Cr1MoVR珠光體耐熱鋼。其設備參數(shù)如表1所示。

表1 分汽缸的設備參數(shù)Tab.1 Equipment parameters of gas-distributing cylinder

2 12Cr1MoVR珠光體耐熱鋼的焊接性分析

珠光體耐熱鋼是以Cr、Mo為基的合金鋼，廣泛用于制造工作溫度350℃～600℃的蒸汽動力發(fā)電設備。12Cr1MoVR珠光體耐熱鋼的化學成分和常溫力學性能如表2、表3所示。

表2 12Cr1MoVR化學成分Tab.2 Chemical Composition of 12Cr1MoVR %

表3 12Cr1MoVR常溫力學性能Tab.3 Mechanical properties at rom temperature of 12Cr1MoVR

12Cr1MoVR珠光體耐熱鋼的含碳量很低，而且嚴格控制硫、磷等雜質，總體上來說焊接性較好。

2.1 淬硬傾向

12Cr1MoVR鋼中由于Cr、Mo、V等元素使過冷奧氏體的穩(wěn)定性提高，因而焊接時熱影響區(qū)有一定的淬硬傾向，淬硬傾向取決于它的含碳量、合金的成分及含量。在焊接時，如果冷卻速度較大，焊后焊縫及熱影響區(qū)易形成淬硬組織，硬度增高，從而增大焊接接頭的脆性，有較大拘束應力時會導致裂紋產生。因此應嚴格控制焊材化學成分，采取焊前預熱、焊后緩冷、減小熱影響區(qū)寬度等方法來降低焊接淬硬性[3]。

2.2 軟化區(qū)

珠光體耐熱鋼焊接接頭的組織和性能不均勻，在峰值溫度為Ac1的部位出現(xiàn)硬度最低的“軟化區(qū)”。鋼中合金元素越多，焊接時冷速越低，軟化區(qū)的強度損失越大。為控制軟化，應盡量縮短在Ac1溫度附近停留的時間，選用預熱溫度低，焊接線能量較小的焊接方法比較有利。

3 焊接方法和焊接材料的選用

（1）珠光體耐熱鋼的焊接可選用焊條電弧焊、CO2氣體保護焊和埋弧焊等。由于此分汽缸直徑為φ600 mm，所以選用焊條電弧焊打底，CO2氣體保護焊填充及蓋面較為合適。且用CO2氣體保護焊焊接時，焊絲中的Cr、Mo、V基本不燒損，而燒損較嚴重的Si、Mn可通過選用Si、Mn含量高于母材的焊絲來解決。

（2）焊接珠光體耐熱鋼選用焊接材料的原則是保證焊縫和母材耐熱性能[4]。為此要求焊縫的化學成分與母材基本相同。為了降低焊縫的熱裂紋敏感性，其含碳量應低于母材，但為了保證熱強性，含碳量應大于0.07%[4]。

根據(jù)上述原則，分汽缸的焊接焊材選用如下：焊條電弧焊焊條牌號R317，型號E5515，規(guī)格φ3.2mm和φ4.0mm。CO2氣體保護焊焊絲牌號為GMR-1CM，型號為ER80S-G，規(guī)格φ1.2 mm。

4 焊接工藝參數(shù)

4.1 焊前準備

在耐熱鋼焊縫金屬中，擴散氫含量增加容易產生冷裂紋。而低氫型焊條容易吸潮，因此要求焊條在焊前徹底烘干，選用E5515型焊條在350℃溫度下烘干1 h[5]。

焊前清理要求坡口表面不得有裂紋、分層、夾渣等缺陷。坡口表面兩側20～30mm范圍內不得有氧化物、油、水等有害雜質。

4.2 焊接工藝參數(shù)

分汽缸筒體厚度為30 mm，采用多層焊。定位焊縫長10 mm，間距50 mm，焊接電流比正常電流高10%～15%，焊材牌號與焊縫要求相同，焊后清渣干凈。每層（道）焊后清渣干凈再焊下一層（道），背面清根后應檢查無缺陷方可焊接。工藝參數(shù)如表4所示。

接管與筒體焊縫的焊接采用CO2氣體保護焊，焊接工藝參數(shù)與筒體的工藝參數(shù)相同。

4.3 焊后熱處理

為了消除殘余應力，改善接頭組織，提高焊接接頭的綜合力學性能，對分汽缸進行焊后整體退火處理，將分汽缸整體加熱至675℃±14℃，保溫24 h后爐內緩冷。

5 結論

通過分析分汽缸筒體材質12Cr1MoVR珠光體耐熱鋼焊接性，結合分汽缸使用要求，按照上述焊接工藝參數(shù)和工藝措施生產的分汽缸經(jīng)射線無損檢測及水壓試驗，質量符合標準，現(xiàn)已投入運行，設備使用狀況良好。

表4 筒體對接焊縫的焊接工藝參數(shù)Tab.4 Process parameters of shell/barrel butt weld

[1]李炳強.工業(yè)鍋爐蒸汽分汽缸優(yōu)化設計[J].廣東科技，2009

（4）：261-262.

[2]徐 寧.鋼制蒸汽分汽缸的設計[J].工程建設與設計，2003（8）：28-29.

[3]符 治.12Cr1MoVR珠光體耐熱鋼的焊接[A].陜西省焊接學術會議論文集[C].??：1994，225-228.

[4]張 莉，高啟貴.珠光體耐熱鋼的焊接[J].化工設備與管道，2007（4）：59-61.

[5]康志宏.珠光體耐熱鋼的焊接工藝[J].電焊機，2001，31（11）：43-45.