浅析12Cr1MoV钢的焊接问题.doc

浅析 12Cr1MoV 钢的焊接问题张举贤内容摘要：本文通过对 12Cr1MoV 钢现场实际焊接经验，总结和分析了有关12Cr1MoV 钢的焊接问题，重点对 12Cr1MoV 钢与低合金钢、不锈钢的异种钢焊接、同种钢焊接及热处理进行了分析和探讨，总结了焊接中容易出现的问题并对如何解决这些问题提出了独到的见解关键词： 12Cr1MoV 钢 焊接12Cr1MoV 钢是一种普通低合金耐热钢, 是在低碳钢的基础上加入了合金成分Cr、Mo 、V 等合金元素，由于合金元素的加入，大大提高了其强度和耐热性，这种钢目前在运行介质温度小于等于 540℃的管道、阀门、三通等合金件上，尤其在火力发电厂的管道、阀门、联箱、受热面管上广泛使用在我公司，12Cr1MoV 钢制造的承压部件主要有联箱、受热面的大屏、后屏、高温过热器、导汽管、高温管道上的阀门等经过多年使用，对本钢材的组织性能、力学性能以及焊接性能有了比较全面的认识，但要真正掌握 12Cr1MoV 钢的焊接问题，还需要不断的总结经验，对实际焊接中存在的各种问题进行分析，才能对今后的焊接工作有一个系统的指导，以便尽量减少这种钢在焊接中出现问题一、12Cr1MoV 钢有关焊接的基本情况12Cr1MoV 钢的合金成分如下：钢 号 标 准 C Mn Si Cr Mo V P、S12Cr1MoV GB53100.08~0.150. 40~0.700.17~0.370.90~1.200.25~0.350.15~0.30 ≤0.035从以上 12Cr1MoV 钢的合金成分可以看出，这种钢材的含碳量较低，加入 Cr 、Mo、 V 等合金元素，可以增强 C 的高温稳定性，使 C 与合金元素形成稳定的碳化物，起弥散强化作用，提高了钢的热强性和高温稳定性，延缓 C 在高温下的聚集和长大以及石墨化，是典型的低合金耐热钢，其正常组织如图 1，其组织为铁素体+珠光体+少量碳化物。

其可焊性按照碳当量计算法为：C 当 =C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+ （Cu+Ni ）/15=0.12+0.55/6+(1.0+0.3+0.23)/5=0.12+0.092+0.306=0.52图 1（×500）从碳当量可以看出，12Cr1MoV 钢的碳当量偏高，因此，焊接性能较差，但是根据实践经验，只要我们掌握了其焊接性能，根据不同场合的不同情况，制定各自适合的焊接方案，对保证 12Cr1MoV 钢的焊接质量是至关重要的2二、同种钢的焊接：12Cr1MoV 钢的同种钢的焊接选用的焊条与焊丝与 12Cr1MoV 钢的化学成分应基本一致，国产的热 317 焊条和 R31 焊丝就是针对 12Cr1MoV 钢的焊接的，在正常情况下，12Cr1MoV 同种钢的焊缝组织为贝氏体，或贝氏体+铁素体，如图 2 所示图 2（×250）对于小径管来说，应当尽量采用全氩弧焊，因为全氩弧焊的成型好，能够减少外观成型不好而造成的应力集中，容易保证根部的焊透性，同时能够减少气孔、夹渣等缺陷小径管焊接时随壁厚的不同要采取不同的工艺措施，当壁厚大于8mm 时应严格执行焊接预热和焊后热处理工艺，焊前预热温度为 250℃~350℃，焊后热处理温度为 720℃~760 ℃ ，由于小径管的管径较小，易于均匀加热，因此如果条件不好时可考虑采用火焰加热法，但火焰加热时决不能粗心大意，应该缓慢升温，均匀加热，加热至热处理温度时一般应保持 0.5 小时以上，立即用石棉布包扎缓冷。

一定要杜绝火焰集中在同一个部位持续加热，这样会产生很大的热膨胀不匀造成的附加应力，容易使焊口开裂小径薄壁管根据经验在环境比较好的情况下，例如环境温度在 5℃以上,没有吹风的情况下，可以不进行预热，但焊后必须包扎、缓冷，可不做热处理；但是如果发现环境温度比较低，同时有吹风或管内有穿膛风的情况下决不能小视这种钢的淬硬倾向如果不引起重视，有可能产生非正常组织而使焊缝开裂 对于薄壁小径管来说还有一个要注意的问题，那就是这类管子由于管径小焊接时焊口整体温度偏高，整个焊口的温度加热到相变温度以上，使奥氏体长大同时晶界析出网状碳化物，大大增加了焊口的脆性因此在焊接中应注意不要用大电流进行焊接，不能用一道焊的办法进行焊接，同时每焊完一道后不能立即焊第二道，应等打底焊道冷却到 300℃左右时再进行盖面焊接，这样就能够避免焊缝过热出现网状碳化物 对于 12Cr1MoV 钢的大管径厚壁管焊接，在焊接前应制定严格的工艺措施，因为大径厚壁管的刚性大，焊缝填充金属多，冷却速度快，因此在焊接上要制定严格的焊接工艺措施，并严格按照措施进行施焊，焊接时要注意两人或多人对称焊接，由于焊接层道多，要注意接头应错开，打底时由于管子的刚性大，其焊后冷却收缩时的变形全部处于打底焊缝上，因此打底容易产生裂纹，一旦产生了裂纹，可能造成随后的焊道也在此部位开裂，产生即焊即裂的现象。

因此，打底完后要进行探伤检查，较厚的管子还可以在焊接到一半壁厚时再增加一道探伤不论是打底焊还是盖面焊，焊前都要用机械的方法进行预热处理，严禁用火把烘烤的办法在焊接过程中由于填充金属多，往往容易用大电流进行焊接，这要引起特别重视，因为这样会使焊缝中奥氏体组织过度长大而产生过烧组织——魏氏体组织，由于魏氏体组织的性能很差，因此是不允许存在的，一旦存在这种组织，即使探伤合格，也不能代替其是合格的焊缝大管焊接为了避免产生粗大魏3氏体组织，应在每焊完一道后等焊缝温度降至 250~350℃时再进行焊接，但焊接温度不要低于 250℃大管的焊接要严格执行热处理工艺，热处理速度不能大于250×25/S 12Cr1MoV 钢焊缝在热处理的初级阶段不但硬度不下降，反而有升高现象，因此在执行工艺曲线时应以温度的上限为好，同时恒温时间不能偏短，12Cr1MoV 钢大管的焊接壁厚每增加 15mm，其恒温时间应增加 0.5 小时，这样不至于在热处理后因硬度达不到要求而重新热处理，12Cr1MoV 钢的母材硬度一般较低，因此在热处理时应注意不能多次进行热处理，否则母材经多次热处理造成硬度太低以致强度下降现象三、同低合金热强钢的焊接：与低碳钢以及低合金钢的焊接具有雷同的性质，这类钢的一个共同点是其金相组织大都为铁素体和珠光体，因此可以归纳为与低合金热强钢的焊接，我公司常见的碳钢有20G，低合金热强钢有：钢 102、15CrMo、16Mn、 10CrMo910 等。

与这些钢的焊接有一个优点是焊接方法与 12Cr1MoV 钢同种钢相类似，工艺相对比较简单，但如果掌握不好，也容易产生淬硬组织，如果焊接温度过高，则容易出现粗大魏氏体组织在选择焊接材料时应与合金成分较低一侧的母材相一致，这样在焊接时焊缝的合金含量就会降低，但不会低于合金含量低的一侧的母材合金成分因此可以满足实际耐热和强度要求在焊前预热和焊后热处理上，一般采用与合金含量较高一侧的预热温度和热处理温度，也可以根据实际情况，选择折中的预热和焊后热处理温度与这类钢的焊接往往会产生冷裂纹，除要注意焊接预热和焊后热处理外，还应注意不能强行对口，对口时严防内外错口和咬边等缺陷，在较厚的工件上焊接时可以在焊到一半时进行一次热处理，焊后再进行一次热处理同时焊接时最好配合锤击等消除应力方法由于冷裂纹多具有延时性，因此焊后不能立即进行探伤，探伤工作应在热处理后，如果条件允许可适当延迟探伤时间四、与不锈钢的焊接:在火力发电厂中常用的不锈钢有两种，即马氏体不锈钢和奥氏体不锈钢，虽然这两种钢同为不锈钢，但由于其含镍量的不同，导致这两种钢材的性质完全不同，马氏体不锈钢如 1Cr13、2Cr13、F11（Cr11WMoV）等钢材中含有较高的 Cr，Cr 是促进马氏体形成元素，因此在奥氏体冷却过程中形成马氏体，这种钢具有强度高，耐高温和耐腐蚀强等特点，不足之处是塑性差，可焊性差。

奥氏体不锈钢如 18-8 型以及 TP304、TP347 等钢材中不仅含有 17%以上的铬含量，还含有 4%以上的 Ni 可扩大奥氏体区，因此在常温下仍然是奥氏体，同时为了防止奥氏体不锈钢的晶间腐蚀，在钢中加入少量的 Nb 和 Ti等元素以防止晶界上的贫铬现象这种钢具有耐高温、耐腐蚀、塑性好，可焊性较好等特点，不足之处是强度较低，成本较高等下面分别就 12Cr1MoV 钢与这两种不锈钢的焊接进行论述：由于马氏体钢的可焊性相当差，因此在焊接时很容易出现裂纹，原因在于两种钢的化学成分相差较大，同时两种钢的线膨胀系数相差较大，在熔合线上同时产生马氏体和其它如铁素体、贝氏体等组织，因此相变时马氏体的体积变化较大，存在着相变应力，因此在焊接上要采取严格的措施才能避免焊接出现裂纹在具体焊接时应选用介于两种母材成分之间的焊接材料，最好采用氩弧焊焊接法以提高焊缝的质量，焊接前采取预热措施，预热温度介于二母材预热温度之间， 一般选取 200~300℃为宜，注意预热温度不能太高，太高了容易产生 12Cr1MoV 钢一侧的 C 元素中的碳，向不锈钢侧扩散而与不锈钢中的 Cr 结合从而使 12Cr1MoV 钢产生脱碳层。

焊接后应进行热处理，回火温度以两种钢各自回火温度的平均值为宜12Cr1MoV 钢与马氏体不锈钢的焊接为了保证其成功率，要采取先焊接过渡层的办法，即先在马氏体不锈钢的坡口敷焊一层合金元素介于二母材之间的焊接材料，再用 R31 焊丝或 R317 焊条进行焊接焊接时配合适当预热和热处理措4施如果对焊缝的强度等要求不严时也可考虑采用奥氏体焊条来焊接 12Cr1MoV 钢和马氏体不锈钢，这样在焊缝中形成的是奥氏体，降低了焊接后开裂的可能性，但这种焊接方法熔合线附近易产生马氏体，是应当值得注意的，焊接时的注意事项应参考以下有关12Cr1MoV 钢与奥氏体不锈钢焊接的论述12Cr1MoV 钢与奥氏体不锈钢的焊接以前一般推荐使用奥氏体焊条例如 A307 等，焊接中也存在着化学成分相差较大、两种钢的线膨胀系数相差较大等问题，还存在的一个主要问题就是低合金钢与奥氏体钢焊接普遍存在的一个现象：低合金钢侧的熔合线容易出现马氏体组织，造成容易出现冷裂纹为了防止裂纹的产生，焊接前应进行 200~300℃的预热，焊接后进行热处理，热处理温度与 12Cr1MoV 钢焊接后热处理温度相同，为了防止熔合区出现马氏体，可采用含镍量较高的不锈钢焊丝。

近年来，奥氏体不锈钢与低合金钢的焊接材料逐渐被镍基焊丝所代替，镍基焊条和焊丝中含有 80%以上的镍元素，同时含有一定量的 Cr通过生产实践证明，采用镍基焊条对低合金钢与奥氏体不锈钢进行焊接后焊缝两侧产生的全部为奥氏体组织，由于奥氏体组织具有延展性能好，抗裂性强等特点，焊接接头不容易出现裂纹同时焊缝金属的热稳定性强，是目前最理想的焊接材料例如 WEL.DC—182 焊条和 inconel-82、ERNiCr-3 焊丝就是这类性质的焊接材料利用这类焊接材料进行氩弧焊焊接时容易出现的一个问题是焊口根部的氧化问题，因此在焊接时要进行充分的充氩，在焊接之前应当对管内进行封堵，同时用胶带将坡口部位封盖以防充氩不充分，焊接时边焊边撕掉封住坡口的胶带同时在对口的间隙观察打底的氧化情况，如发现根部发灰或出现爆花状说明根部氧化严重应返工焊至坡口的点焊固定部位时一定要将点焊点打磨掉，否则将影响焊接质量焊接时注意保持层间温度在100℃左右，焊后要进行与 12Cr1MoV 相同的热处理工艺虽然我们对 12Cr1MoV 钢的焊接问题有了一定的了解，但远没达到我们需要的程度，要进一步搞好 12Cr1MoV 钢的焊接问题，还需要我们不断的探索和积累经验。

2004 年 11 月。