15CrMoG耐熱鋼焊接接頭工藝研究

王曉梁，仇　彬

（1.江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院南通分院，江蘇 南通226011；2.江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院鹽城分院，江蘇 鹽城224000）

?

15CrMoG耐熱鋼焊接接頭工藝研究

王曉梁1，仇彬2

（1.江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院南通分院，江蘇 南通226011；2.江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院鹽城分院，江蘇 鹽城224000）

摘要：通過對(duì)15CrMoG耐熱鋼焊接性分析，提出較為合理的焊接工藝，并對(duì)焊接接頭進(jìn)行工藝評(píng)定，評(píng)定結(jié)果符合要求，具有實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：15CrMoG耐熱鋼；焊接工藝

隨著工業(yè)的發(fā)展，珠光體耐熱鋼以其良好的抗氧化性、熱強(qiáng)性、一定的抗硫和氫腐蝕能力等性質(zhì)，在高壓鍋爐、壓力容器、石油管道、化工設(shè)備等部件上的應(yīng)用愈加廣泛。15CrMoG耐熱鋼在實(shí)際應(yīng)用中，焊接接頭易出現(xiàn)冷裂紋、再熱裂紋和回火脆性等問題[1]，因此如何編排出較為合理的焊接工藝，成為實(shí)際應(yīng)用中的關(guān)鍵因素之一。本文對(duì)15CrMoG耐熱鋼焊接性分析，提出較為合理的焊接工藝，并對(duì)焊接接頭進(jìn)行工藝評(píng)定，最終正確、合理的運(yùn)用到實(shí)際工作中。

1　15CrMoG成分與性能特點(diǎn)

15CrMoG耐熱鋼[2]是以Cr、Mo為基本元素，正火狀態(tài)下顯微組織為珠光體+鐵素體的一類熱強(qiáng)鋼。不僅滿足常溫力學(xué)性能要求，而且高溫時(shí)具有足夠的抗氧化性和熱強(qiáng)性。其中Cr顯著提高鋼的抗氧化能力；Mo的作用是提高鋼的熱強(qiáng)性，高溫下的鐵素體的抗蠕變能力明顯增加，并可提高鋼在形變強(qiáng)化后的軟化溫度和再結(jié)晶溫度。15CrMoG化學(xué)成分和力學(xué)性能如表1、2[3]所示。

表1　15CrMoG鋼管化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

表2　15CrMoG鋼管力學(xué)性能

2　15CrMoG鋼焊接性工藝

15CrMoG耐熱鋼的焊接常用焊條電弧焊、鎢極氬弧焊、熔化極氬弧焊等方法。焊條電弧焊具有靈活性好，能作全位置焊接的優(yōu)點(diǎn)；鎢極氬弧焊的焊接氣氛具有超低氫特點(diǎn)，能獲得純度較高的焊縫金屬。在珠光體耐熱鋼管道焊接中，鎢極氬弧焊是提高焊接質(zhì)量的最重要方法，因?yàn)槠浜附有实?，因此?jì)劃選擇多層焊采用鎢極氬弧焊打底，焊條電弧焊填充蓋面。合理的焊接工藝是獲得穩(wěn)定的焊接接頭重要保證，其主要工藝如下。

（1）焊材選擇：為了保證耐熱、耐蝕等性能要求，焊材的選擇主要考慮焊縫金屬的成分、機(jī)械性能與集體金屬基本一致。否則，其接頭在高溫下長(zhǎng)期工作，往往因成分不均勻而導(dǎo)致整個(gè)焊接接頭持久度下降。為此15CrMoG耐熱鋼打底焊選用含碳量比母材較低、合金成分與母材相近的ER55-B2焊絲，焊絲直徑選為φ2.5 mm.填充和蓋面選用R307φ3.2 mm的低氫型手工電弧焊焊條。焊條在使用之前，必須按一定的規(guī)范進(jìn)行烘干處理，并放在焊條保溫桶中。

（2）預(yù)熱：預(yù)熱溫度應(yīng)根據(jù)鋼的合金成分、接頭的拘束度和焊縫金屬的擴(kuò)散氫含量來確定。預(yù)熱可以降低冷卻速度，由于在冷裂紋敏感溫度區(qū)間（約100℃～100℃）之上停留時(shí)間較長(zhǎng)，使得大部分氫可在高溫下從焊接區(qū)逸出，從而可有效防止冷裂紋，也可防止產(chǎn)生再熱裂紋。本次實(shí)驗(yàn)采用150℃的預(yù)熱溫度。

（3）焊后回火：焊后回火主要是為了在冷裂紋產(chǎn)生之前及時(shí)進(jìn)行加熱處理，以消除殘余焊接應(yīng)力，防止焊后冷裂紋的產(chǎn)生，同時(shí)改善焊接接頭組織。本次實(shí)驗(yàn)采用680～700℃的回火加熱溫度，并保溫0.5 h.

（4）焊接參數(shù)：根部鎢極氬弧焊采用直流電源正接法，并且選取適當(dāng)?shù)暮附訁?shù)。電流過大則焊縫下陷，易焊穿，鎢極燒損嚴(yán)重，引起焊縫夾鎢；過小則造成電弧不穩(wěn)和偏差，會(huì)產(chǎn)生未焊透和氣孔等缺陷。蓋面和填充的手工電弧焊采用直流反接，并且選用較大的焊接參數(shù)，清除根部焊縫中的某些缺陷。

2.1焊接過程

本實(shí)驗(yàn)采用厚度為10 mm的15CrMoG鋼進(jìn)行管對(duì)接試驗(yàn)，鎢極氬弧焊打底，手工電弧焊填充蓋面，保護(hù)氣采用Ar氣，6～8 L/min氣體流量。焊接接頭形式如圖1所示。焊接前，將坡口及其兩側(cè)邊緣上的油污、鐵銹、氧化物等清除干凈，直至露出金屬光澤。

圖1　15CrMoG鋼焊接接頭形式

3　焊接工藝評(píng)定

3.1焊接實(shí)驗(yàn)

采用厚度為10 mm的15CrMoG鋼進(jìn)行管對(duì)接試驗(yàn)，鎢極氬弧焊打底，手工電弧焊填充蓋面，保護(hù)氣采用Ar氣，6～8 L/min氣體流量。本次實(shí)驗(yàn)參數(shù)如表3所示。

表3　15CrMoG鋼焊接方法及參數(shù)

焊接接頭形式如圖1所示。焊接前，將坡口及其兩側(cè)邊緣上的油污、鐵銹、氧化物等清除干凈。

3.2性能評(píng)定

外觀：焊縫成形良好，無可見缺陷；X射線探傷：按NB/T4730.2-2005標(biāo)準(zhǔn)對(duì)6個(gè)式樣進(jìn)行100%射線探傷，結(jié)果均為級(jí)合格；力學(xué)性能試驗(yàn)：試樣按NB/ T47014-2011標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表4。從力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果可以看出：焊接接頭拉伸試樣斷裂于母材區(qū)，說明焊縫的抗拉強(qiáng)度都高于母材；彎曲試樣全部合格，說明焊縫的塑性好。結(jié)合X射線探傷結(jié)果，表明15CrMoG耐熱鋼的焊接工藝是可行的。

表4　力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

3　結(jié)束語

15CrMoG耐熱鋼在以上的焊接工藝條件下，獲得良好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以看出：（1）由于15CrMoG鋼焊接性差，采用鎢極氬弧焊打底、手工電弧焊填充蓋面，既保證質(zhì)量又提高了效率。（2）為了保證焊接接頭在常溫與高溫下的力學(xué)性能，焊縫金屬的主要化學(xué)成分與母材接近。否則接頭在高溫下長(zhǎng)期工作，往往因成分不均勻而導(dǎo)致整個(gè)焊接接頭持久度下降。

參考文獻(xiàn)：

[1]龔志翔，張建平，孔曉眉，等.15CrMoG鋼φ450mm管坯連鑄二冷工藝的優(yōu)化[J].特殊鋼，2004，25（6）:10-12.

[2]克西格達(dá)拉.淺談珠光體耐熱鋼的焊接[J].農(nóng)業(yè)技術(shù)與裝備，2010，29（12）:4-5.

[3]陳愛國(guó)，葉家瑋.15CrMoG船用鍋爐管焊接工藝探討[J].熱加工工藝，2007，36（23）：10-12.

作者介紹：王曉梁（1982-）男，江蘇南通人，工程師，碩士研究生，研究方向：焊接設(shè)備及自動(dòng)化。

中圖分類號(hào):TG457.11

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-545X（2016）04-0259-02

收稿日期：2016-01-03

Study on the Properties of Welded Joint of 15CrMoG Heat Resistant Steel

WANG Xiao-liang1，QIU Bin2
（1.Nantong Branch of Jiangsu Province Special Equipment Safety Supervision Inspection Institute，Nantong Jiangsu 226011，China；2.Yancheng branch of Jiangsu Province Special Equipment Safety Supervision Inspection Institute，Yancheng Jiangsu 224000，China）

Abstract:Through the analysis of 15CrMoG heat resistant steel welding，the welding process is proposed in this paper is reasonable，and process evaluation of welded joints，evaluation results meet the requirements，and has practical value.

Key words:15CrMoG heat resistant steel；welding process