【焊接技术】 1Cr18Ni9Ti 和 12Cr1MoVG 的异种钢焊接 2006,35 ( 4 ): 35-36 锅炉主蒸汽管道材质为 P91 ,其采样管管座材质大 1C r 18Ni9T i ,规格但 8 mmx9 mm ,其外接管道材质为 12Cr1MoVG ,焊口的开裂都是在 12Cr1MoVG 和 1Cr18Ni9Ti 焊口的熔合线处,采用德国 SPECTROSORTCCD 手持式直读光谱仪对其开裂的焊口进行检验,其成分符合 A132 焊条,从外观上看,开裂焊口外观成形差,两侧熔合线都存在咬边现象,焊口的 2.2mm 左右。 分析其焊口开裂的原因,确定为焊口存在大的焊接残余应力和在高温高压运行期间,产生大的热应力造成焊口薄弱部位开裂。设备运行期间产生的热应力无法消除,所以只能从提高焊缝的塑韧性、消除焊接残余应力、采用合理焊接工艺等措施来保证焊缝质量达到设备的使用要求。 1 材料焊接性分析 1Cr18Ni9Ti 是一种应用很广泛的 18-8 氏体不锈钢,具有良好的弯曲、焊接性能,高的持久强度,良好的耐腐蚀性能和组织稳定性,冷变形能力好,在空气中有高的耐热稳定性。该钢的焊接性良好,但是热导率小而线膨胀系数大,焊缝会产生大的拉应力,容易在焊缝和熔合线处产生热裂纹。 2 异种钢的焊接接头裂纹敏感性分析 ( 1 ) 12Cr1MoVG 的合金含量低,对 12Cr1MoVG 侧焊口的熔合线金属有稀释作用,会使该熔合线处焊缝金属的奥氏体形成元素含量不足,这样此处可能会产生马氏体,从而恶化焊接接头的质量,甚至产生裂纹。 ( 2 )在焊接和高温运行时, 12Cr1 MoVG 钢侧通过焊缝的熔合线氏体焊缝扩散,造成靠近该熔合区形成一层铁脱碳软化层,从而造成该处焊缝强度降低,极易开裂;在 1Cr18Ni9Ti 钢焊缝侧形成高硬度的增碳层,而造成该处的强度增大。 ( 3 )焊接接头的各个区域,由于其化学成分和组织不同,力学性能也不同,致使焊缝中的残余应力分布不均匀,在热循环作用下容易产生疲劳裂纹。 3 焊接工艺 1Cr18Ni9Ti 是高合金钢,焊口的根部需要保护,以防止其氧化。但是在现场该焊口根部不易进行充氢气保护,而焊条电弧焊现场操作灵活方便,焊缝的熔合比小,热输入容易调节,故采用焊条电弧焊进行打底焊和盖面焊。 3.1 焊接材料 焊接材料的选择是该异种钢焊接的关键,它将直接影响焊接质量。根据这两种材料的焊接性分析,选择焊接材料时应该考虑如下因素: ( 1 )为克服低合金钢对焊缝的稀释作用,减小焊缝中脱碳软化层和马氏体淬化层的宽度,从而必须增加焊缝中的奥氏体化形成元素。 ( 2 )珠光体钢和奥氏体钢的热导率和线膨胀系数相差太大,所选用的焊接材料必须保证具有很高的抗热裂性能。 (3)因为 1Cr18Ni9Ti 钢中 C r含量很高,Cr是强碳化物形成元素,它与 C 的结合力比 Fe 和 Mn 都强,能够使珠光体和奥氏体钢中 C 的溶解度减小,因此所选的焊接材料必须具有固碳和阻止碳化物形成以及抑制碳迁移的作用。基于上述原因,选取 ENiCrFe-3 型焊条作为焊接材料。 3.2 坡口形式 采用 V 形坡口,因为 ENiCrFe-3 型焊条在焊接时粘滞性大,不易操作,所以应适当增大焊缝的坡口角度,使焊条能够自由摆动,确定坡口角度为 700 °,坡口间隙为 2 mm 。 3.3 道间温度的控制 为了避免异种钢焊接接头产生晶间腐蚀和热裂纹等缺陷,焊接过程中必须控制其道间温度,在焊接时应该尽量选择小电流、快速焊,道间温度不超过 1500 °C。 奥氏体不锈钢的线膨胀系数比珠光体钢的大,热导率比珠光体钢的小,焊接时如冷却速度过快,焊接变形大,在热影响产生大的焊接残余应力,因此,必须严格控制冷却速度,焊后必须缓冷。 4 结论 对 1 Cr18Ni9Ti 和 12Cr1MoVG 钢焊接时应注意: ( 1 )控制好低合金钢对焊缝的稀释作用,减小焊缝中脱碳软化层和马氏体淬化层的宽度,减小碳迁移的速度。 ( 2 )选择能够阻止 Cr 的碳化物形成及线膨胀系数和 12Cr1MoVG 相近的 Ni 基焊接材料。 ( 3 )尽量不要采用焊前预热、焊后热处理的消除焊接应力的方法,避兔恶化焊缝组织,破坏其使用性能。