12Cr2MoWVTiB對接焊縫裂紋原因分析及預防措施

李為民

（山西陽煤化工機械有限公司，山西 太原 030012）

引 言

12Cr2MoWVTiB（G102）是低碳低合金貝氏體型熱強鋼，焊接性好，但有淬硬傾向和冷裂紋傾向，且對再熱裂紋比較敏感。薄壁小直徑12Cr2MoWVTiB鋼管焊接接頭熱處理后，在熱影響區(qū)的粗晶區(qū)產生周向裂紋，是一種典型的再熱裂紋，這種再熱裂紋最敏感的溫度為720℃左右［1］。

12Cr2MoWVTiBΦ38×5的焊接工藝性及使用性均較差，其對接焊縫經2個月～3個月試運行常發(fā)生多處泄漏。對樣件進行X－射線探傷發(fā)現裂紋，裂紋多分布于熔合線及過熱區(qū)，也有分布于焊縫上，多為環(huán)向延伸。剖切樣件觀察，裂紋位于焊縫收弧側的熱影響區(qū)、焊縫，并且從管內側焊趾根部、過熱區(qū)開裂向外延伸，呈延晶裂紋特征［2］。經過微觀金相檢查焊縫區(qū)、過熱區(qū)，有板條馬氏體組織，晶粒粗大，母材中有夾渣偏析現象，金相組織如圖1。

1 模擬試驗

經產品取樣分析，出現馬氏體組織及焊接區(qū)硬度值偏高現象，這可能與焊接冷卻速度過快及消應力退火不完全有關，因此，采取水霧冷卻、強風冷、風冷、預熱、預熱緩冷等措施焊接模擬試件進行試驗。試驗用相同焊接工藝參數測試冷卻速度對顯微組織及裂紋形成的影響，并在探傷后按原始態(tài)及不同熱處理條件進行金相、硬度檢查，結果第54頁見表1。

圖1 樣件的金相組織圖

表1 12Cr2MoWVTiBΦ38×5模擬試件試驗及檢測①

由表1可得以下結果：

1）在不同冷速下焊接區(qū)均出現馬氏體，隨冷卻速度降低，馬氏體比例相對減少（參考硬度值判斷），但在冷卻速度最小的預熱緩冷試件焊態(tài)試樣焊趾跟部過熱區(qū)發(fā)現有顯微裂紋，從微觀金相觀察為延遲裂紋，說明采取緩冷措施不能完全保證不出現裂紋。

2）經（570℃～780℃）／（15mim）退火，焊接區(qū)硬度值減小，但仍偏大，去應力不完全。

3）經（750℃～780℃）／（1h）退火，金相組織明顯改善，如圖2所示。

圖2 試樣金相組織

焊接區(qū)硬度值大大減小，各種條件下試件硬度值均小于300Hb。

4）由以上結果可知：

a）預熱緩冷等影響冷速的措施可減少淬硬組織（馬氏體），防止冷裂紋產生；

b）焊后及時熱處理（不超過4h），防止產生延遲裂紋；

c）延長退火時間是減小應力、改善焊接接頭性能的有效手段；

d）失效原因應為熱處理溫度或保溫時間不夠，消應力退火不完全。

2 制造工藝

通過使用情況和系統(tǒng)試驗綜合分析，建議12Cr2MoWVTiBΦ38×5管對接焊接及熱處理采用如下工藝：

1）焊接方法：手工鎢極度氬弧焊；

2）焊接材料：H08Cr2MoWVTiB，Φ2.5；

3）焊前預熱：焊縫周圍20mm打磨至露出金屬光澤，100mm范圍內預熱200℃～250℃；

4）焊接規(guī)范：焊接電流100A～120A，焊接電壓9V～11V，焊接速度100mm／min～150mm／min，氣體流量8L／min～10L／min；

5）焊后熱處理：760℃／h～780℃／h。

3 預防措施

由于12Cr2MoWVTiB鋼焊接工藝性及使用性均較差，為預防焊接裂紋產生，對該鋼種的使用應采取以下措施：

1）該鋼種合金成分復雜，對冶煉、軋制、熱處理等要求較高，因此對供應商的選擇要非常謹慎，應盡量選擇質量、信譽可靠的鋼管生產廠商；

2）在產品施焊前，焊工應針對12Cr2MoWVTiBΦ38×5進行適應性專項培訓；

3）如果焊接時環(huán)境溫度降低，可能是原始焊口淬硬組織較多的緣故，應在手工平臺上焊制，避免吊裝翻身造成根部焊縫裂紋；

4）焊后和熱處理后分別增加PT、RT等檢測；

5）焊后及時熱處理，采用爐膛測溫整體退火，爐膛升溫不宜過快，以保證保溫溫度及時間足夠，使工件焊縫徹底去除應力。

［1］ 錢昌黔.耐熱鋼焊接［M］.北京：水利電力出版社，1988.

［2］ 李亞江，王娟，劉鵬.低合金鋼焊接及工程應用［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2003.