低合金耐熱鋼的焊接工藝

低合金耐熱鋼在焊接中出現(xiàn)的主要問題是焊縫及熱影響區(qū)容易產(chǎn)生淬硬組織、冷裂紋敏感性和熱影響區(qū)的軟化等問題，為了保證焊接質(zhì)量，可以采用預(yù)熱、保溫、焊后熱處理、緩冷等工藝措施實現(xiàn)焊接，有效的緩解這些問題的產(chǎn)生。

熱焊法;冷焊法;減應(yīng)區(qū)法

引言

耐熱鋼是指鋼再高溫條件能夠保持熱穩(wěn)定性和熱強性的鋼材。熱穩(wěn)定性是指鋼材在高溫條件下能保持化學(xué)穩(wěn)定性（耐腐蝕、不氧化）。熱強性是指鋼材在高溫條件下具有足夠的強度。耐熱鋼的耐熱性能主要通過加入鉻、鉬、釩、鈦、鈮等合金元素來保證，因此在焊接材料的選擇上應(yīng)根據(jù)母材的合金元素含量來確定。低合金耐熱鋼廣泛用于石油石化工業(yè)中的高溫管線、反應(yīng)塔、熱電站的鍋爐、噴氣式發(fā)動機等裝置，企業(yè)在生產(chǎn)制造中經(jīng)常采用的多為珠光體耐熱鋼，如15CrMo，1Cr5Mo等。

一、低合金耐熱鋼的焊接性

低合金耐熱鋼在焊接中出現(xiàn)的問題與低碳調(diào)質(zhì)鋼相似，主要問題是焊縫及熱影響區(qū)在焊接快速冷卻過程中容易產(chǎn)生淬硬組織導(dǎo)致冷裂紋敏感性增大，還會產(chǎn)生熱影響區(qū)的軟化，大多數(shù)低合金耐熱鋼，因含有Cr、Mo、V、Nb和Ti等強碳化物形成元素，從而使接頭的過熱區(qū)具有不同程度的再熱裂紋傾向及明顯的回火脆性。

（一）熱影響區(qū)裂紋

低合金耐熱鋼中的Cr和Mo兩種元素都能明顯增加鋼的淬硬性，在焊后冷卻階段，它們增大了過冷奧氏體的穩(wěn)定性。如果焊接線能量過小，就容易出現(xiàn)淬硬組織。而且含鉻量越高，冷卻速度越大，接頭的最高硬度也會越大，這些脆硬組織增加了接頭的冷裂紋傾向。

（二）熱影響區(qū)的軟化

低合金耐熱鋼焊接接頭熱影響區(qū)有軟化現(xiàn)象，軟化區(qū)的金相組織是鐵素體和部分碳化物，硬度明顯下降。軟化程度與母材焊前的組織狀態(tài)、焊接冷卻速度和焊后熱處理有關(guān)。母材合金化程度越高，母材硬度越高，焊后軟化程度越嚴重。焊后高溫回火不但不能使軟化區(qū)的硬度恢復(fù)，甚至還會稍有降低，采用正火+回火的方法可以減小軟化現(xiàn)象。

（三）回火脆性

低合金耐熱鋼及焊接接頭在370℃～565℃溫度區(qū)間長期服役過程中會發(fā)生漸進的脆變現(xiàn)象稱為回火脆性，回火脆性的原因是這個溫度范圍內(nèi)長期受熱后，合金內(nèi)的雜質(zhì)元素P、As、Sn、Sb等在奧氏體晶界偏析而引起的晶界脆化。此外，鋼中的Mn、Si也會加劇回火脆化。因此對于基體金屬來說，通過嚴格控制有害雜質(zhì)元素的含量，同時降低Mn、Si含量，對減小回火脆性有一定的效果。

二、低合金耐熱鋼焊接工藝

（一）焊接方法

低合金耐熱鋼由于含金含量不高，大部分焊接方法都可用，常采用的熔焊方法有焊條電弧焊、埋弧焊、鎢極氫弧焊、熔化極氣體保護焊和電渣焊。但常以焊條電弧焊為主，埋弧焊和氣體保護焊的應(yīng)用也越來越多。

（二）焊前準備

厚板需要焊前開坡口，坡口加工可以采用火焰或者等離子進行切割，有時切割前也需要預(yù)熱，通常選用V型坡口，坡口角度為60°，將坡口及內(nèi)處兩側(cè)打磨干凈，去除油污、鐵銹及水份等污物（去氫、防止氣孔），如果坡口上有裂紋，還要把裂紋去除掉。組對時，不能強制組對，因為強制組隊，會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，特別在厚板焊接時，要盡量避免妨礙焊縫自由收縮的拉筋、夾具和卡具等工具的使用。

（三）焊接材料的選擇

選則焊接材料的基本依據(jù)是保證焊縫金屬的合金成分、強度性能與母材相應(yīng)指標相近或者應(yīng)達到產(chǎn)品技術(shù)條件提出的最低性能指標。焊縫強度不能選得過高，如果焊縫金屬強度過高，焊縫塑性就會變差，冷裂紋傾向增大。為了提高焊縫金屬的抗熱裂能力，焊接材料中碳的質(zhì)量分數(shù)應(yīng)略低于母材，其ωC<0.12%，但不得低于0.07%，否則會造成焊縫金屬的沖擊韌度、熱強性等性能降低。焊接材料中的氫元素是極為有害的成分，要盡量降低焊接材料中的氫含量，所以選用低氫型堿性焊條，焊條或者焊劑用前烘干，隨用隨取，焊條放在保溫桶中隨用隨取，如果在保溫桶內(nèi)超過4個小時，應(yīng)重新烘干，烘干次數(shù)不得超過三次。如果焊件焊無法進行熱處理，也可選用奧氏體不銹鋼焊條，如A307焊條。

（四）預(yù)熱和焊后熱處理

預(yù)熱是焊接低合金耐熱鋼時防止焊接冷裂紋和消除應(yīng)力的重要工藝措施，為了確保焊接質(zhì)量，不論是點固焊或焊接過程中，都需要預(yù)熱，并讓溫度變化在一定范圍。低合金耐熱鋼預(yù)熱溫度范圍一般為80℃～150 ℃ ，預(yù)熱溫度的高低根據(jù)鋼材的化學(xué)成分、接頭拘束度和焊縫金屬中擴散氫含量來確定。焊后熱處理的目的在于改善焊縫金屬及其熱影響區(qū)的組織，使淬火馬氏體轉(zhuǎn)變成回火馬氏體，降低接頭區(qū)的硬度，提高其韌性、變形能力和高溫持久強度并消除內(nèi)應(yīng)力。焊后熱處理的方式有：完全退火、正火、高溫回火和回火+等溫退火等。如果焊縫合金成分含量較低、板材厚度不大、采用了低氫低碳焊接材料時，焊后可不進行熱處理。

但必須采取焊后緩冷措施，即使炎熱的夏季也要進行緩冷，一般是在焊后立即用石棉布覆蓋焊縫及近縫區(qū)，尺寸小的焊件可包裹在石棉布中緩冷。

三、焊接注意事項

焊接低合金耐熱鋼時要采取預(yù)熱，焊后緩冷等措施，但預(yù)熱溫度并不是越高越好，要按照焊接工藝要求去做;厚板宜需要采用多層焊，層間溫度不低于預(yù)熱溫度，焊接時每道焊縫盡量連續(xù)施焊，不要中斷。如確需中斷焊接，應(yīng)采取熱保溫緩冷措施，再次施焊之前還需進行預(yù)熱;焊接過程中應(yīng)注意填滿弧坑、打磨接頭、去除弧坑裂紋。電流越大、弧坑越深，因此應(yīng)選擇合適的焊接參數(shù)、焊接線能量;各工種要密切配合，避免因下道工序銜接不上而影響整條焊縫質(zhì)量;同時注意天氣，當環(huán)境溫度低時，可適當提高預(yù)熱溫度，防止溫度下降太快。

四、小結(jié)

預(yù)熱、保溫、焊后熱處理等工藝是低合金耐熱鋼的必要工藝措施，三者同等重要，不可偏廢。其中一個環(huán)節(jié)欠缺，就會導(dǎo)致焊接質(zhì)量達不到要求。焊接時要嚴格執(zhí)行焊接工藝，通過在施工過程中嚴格執(zhí)行預(yù)熱、保溫、焊后熱處理等工藝措施，合理安排工序，就能保證焊接質(zhì)量和技術(shù)要求。

參考文獻

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作者簡介：劉子建（1972-），男，遼寧工程職業(yè)學(xué)院教師，副教授，碩士研究生。