12CrMoV耐熱剛焊接施工中存在的問題與防止1

1、12CrMoV 耐熱剛焊接施工中存在的問題分析與防止在大型化工裝置建設中，都有高溫蒸汽管道施工。 12CrMoV 材質的耐熱鋼由于鋼材中含有的 Cr、 Mo 和 V 等合金元素的作用， 提高了鋼材的熱強性和持久塑性，因而輸送高溫蒸汽的管道大多采用該材質的耐熱鋼。 ，同時 ,也是由于加入的 Cr、 Mo 和 V 等合金元素，使鋼材的焊接性下降，焊接時容易產生焊接缺陷，需要采取措施來防止焊接缺陷裂紋。金屬焊接性可用碳當量和冷裂紋敏感系數(shù)來間接評價。1碳當量影響金屬焊接性的主要因素是化學成分。 鋼的化學成分不同， 其焊接性也不同。 鋼中的碳和合金元素對焊接性都會有影響，但其影響程度不同。 在鋼的主要

2、元素中， 碳的影響最明顯。在粗略估計碳鋼和低合金鋼的焊接性時，可以把鋼中的合金元素 （包括碳的含量） 按其對焊接性影響程度換算成碳的相當含量，其總和叫碳當量CE。其計算公式為：CE=C+Mn/6+ （Cr+Mo+V ） /5+ （ Ni+Cu） /15（%）式中化學元素符號都表示該元素在鋼材中的含量。經(jīng)驗表明，當碳當量Ce< 0.4%時，鋼材焊接的冷裂紋傾向不大，焊接性良好，焊接時一般不需要預熱；Ce=0.40.6時,鋼材焊接的冷裂紋傾向明顯，焊接性較差，焊接時一般需要預熱和采取其它工藝措施來防止焊接裂紋；Ce > 0.6%時，鋼材焊接時冷裂紋傾向嚴重,需要采取較高的預熱溫度和其它

3、嚴格的工藝措施。2冷裂紋敏感系數(shù)碳當量只考慮了鋼材化學成分對焊接性的影響， 而沒有考慮鋼材厚度、 焊縫金屬擴散氫含量等重要因素的影響。 通過實驗得出的鋼材焊接時冷裂紋敏感系數(shù)Pc計算公式為:=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B+h/600+H/60 （%）式中：h鋼材厚度（mm）, H焊縫金屬中擴散氫含量（cm3/100g）Pc公式的適用范圍如下：C 0.070.22%, Si 00.60%, Mn 0.401.40%, Cu 00.50%,Ni 01.20%, Cr 01.20%,Mo 00.70%,V 00.20%, B 00.005

4、%,Nb 00.04%, Ti 00.05%, h 1950mm, H 1.05.0cm3/100g通過實驗得出的防止裂紋所要求的最低預熱溫度Tp的計算公式為：素平均百分含量計算所得的碳當量Ce=0.413> 0.4Tp=1440Pc392 （C）CSiMnMoCrV0.080.150.170.370.400.700.250.350.40.60.150.3012CrMoV耐熱鋼的化學成分如下表（百分含量）：CEmax=0.52,按合金兀按合金元素最大百分含量、鋼材厚度為30mm、焊縫金屬中擴散氫含量為5cm3/100g計算所得的冷裂紋敏感系數(shù)Pcmax=0.397則Tp=1440x0.3

5、97 392=184C,即防止冷裂紋所要求的預熱溫度必需高于 184 c由此可見12CrMoV耐熱鋼的焊接性差，焊接時需要預熱。焊接過程中易于 產生的缺陷是焊接冷裂紋。1. 冷裂紋主要有氫裂紋和淬硬裂紋。由冷裂紋敏感系數(shù)計算公式可知，在選定的鋼材中（化學成分和厚度已確定），冷裂紋敏感系數(shù)與焊縫金屬中的擴散氫含量成線形關系。因此，必需嚴格控制氫在焊縫中的擴散。氫的主要來源有：1 .焊條藥皮內的有機物和礦物成分結晶水。2 .接頭表面的潮氣、油脂、漆垢和銹斑等。3 .大氣中的潮氣這些氫源受電弧熱分離成H原子并溶解在熔池內，在冷卻過程中溶解氫向 焊縫金屬及其附近的母材擴散，使塑性下降，與焊接應力的作用

6、相結合， 成為裂紋產生的原因。為了防止這種裂紋，可采取了如下措施：1 .采用氮氣保護焊打底，手工電弧焊蓋面，隔絕焊縫金屬與大氣的接觸。2 .焊材選用：焊條選用低氫性焊條R317,焊絲選用 T1G-R13焊條烘干溫度為350400C,干時間為2小時。烘干不僅要注意烘干溫度和 烘干時間，還要注意焊條堆放的厚度。烘烤溫度過低或烘烤時間不足，焊條含水量就過多，焊接時的氫擴散量也 增加，容易引起氫致延遲裂紋。烘烤溫度過高，焊條質量將會下降，就會 影響焊縫性能。如果焊條堆放得過厚，即使按規(guī)定溫度和時間烘烤，但內 層焊條的水份未必能逸走，這些焊條在焊接中就會使氫擴散量增加，引起 氫致裂紋。焊條堆放的層數(shù)以不

7、超過三層為最好。擴散氫含量由上圖可以看出，焊條的烘干溫度提高，氫擴散量下降，因此，必須對焊條嚴格按照規(guī)定進行烘烤。焊條烘干后的存放時間對氫致裂紋有很大的影響。由上面曲線可知：焊條藥皮在烘干后暴露在空氣中的前兩個小時中吸潮最快。因而，要嚴格控制焊條在空氣中的暴露時間。在施工中，焊條從烘箱中取出后必須放置在焊工隨身攜帶的焊條保溫筒中，最好在2 小時內用完。剩余的焊條要送回烤箱重新烘烤，但烘拷次數(shù)對于每根焊條不得超過兩次。由于這種材質的鋼淬硬傾向大，焊后冷卻中容易產生很脆的馬氏體組織，在焊接應力的作用下引起開裂。（ 2）采用如下的焊接工藝，可以減少氫致裂紋傾向。1 焊前清理坡口和焊道兩側的水汽、油脂

8、和鐵銹。因為這些物質在電弧的高溫作用下都會產生氫氣。 如果處理后超過24 小時還沒有進行焊接，則焊接前還要再次清理。2 預熱、層間溫度和后熱，這三項措施是防止冷裂紋最常見而有效的措施，它的作用是：可以減慢焊后的冷卻速度，避免淬硬馬氏體組織的形成，并且有利于氫的逸出，還可以提高鋼材的塑性，減少焊接應力。（ 1） 預熱、預熱溫度200300，范圍為焊縫兩側不小于70mm。采用氧乙炔氣焊加熱，用測溫筆（200300）測溫檢測。預熱是減慢焊縫金屬和焊接熱影響區(qū)的冷卻速度最有效的措施， 可降低焊接部分的殘余應力， 降低焊接接頭的硬度， 使氫易于從焊接處擴散逸出， 減少含氫量， 有利于更好的降低再熱烈紋的

9、敏感性， 并防止延遲裂紋的產生。2） 層見溫度為200300。延遲裂紋主要與氫的擴散、 聚集有關。 如果焊后很快冷卻至100以下，氫來不及從焊縫中逸出， 然后它慢慢的聚集和析出， 就會引起氫致延遲裂紋。 在多層焊中， 隨著焊道數(shù)目的增多， 使焊縫金屬中的擴散氫含量逐層增加。 因此， 多層焊時必須保持一定的層見溫度， 使氫能從焊縫中充分逸出。（ 3）后熱為了防止延遲裂紋， 僅僅預熱和保持層間溫度是不夠的， 還需進行后熱。焊接完畢或中途停焊， 要把焊口加熱到300350后保溫緩冷，即進行后熱處理。 這樣可以彌補預熱溫度不足的問題， 達到去氫的效果。 這是一種防止焊接冷裂紋的重要措施， 它能進一步促

10、使氫從焊縫中逸出。 多層焊時每道焊縫焊后再熱焊接接頭， 促使氫逸出， 對防止多層焊縫的冷裂紋有明顯的效果。 在后熱溫度下的氫擴散速度要比室溫時的氫擴散速度高的多。由上圖可知，后熱溫度為300時氫的擴散速度為室溫時的幾百倍，只要保溫一小時就可以避免延遲裂紋的產生。采用后熱可降低預熱溫度， 但同樣可以達到控制延遲裂紋的目的，也可以避免預熱溫度過高帶來的晶粒粗化和不良的高溫組織轉變。 況且后熱的工藝簡單，易于現(xiàn)場進行操作。及焊后把焊口加熱到300350，保溫緩冷即可。焊后熱處理及檢驗焊后熱處理是一個消除應力退火和高溫回火過程。 因為焊接是一個不均勻加熱過程，易在焊接區(qū)產生殘余應力，同時高速冷卻下來的焊接區(qū)不可避免地產生脆硬 組織，這幾種情況均是一種不穩(wěn)定組織狀態(tài)， 需要進行緩和和消除，使殘余應力 松弛、釋放，消除，同時也使脆硬層得到軟化，使氫氣逸出，鋼材的韌性提高， 機械性能和蠕變特性相應改善。可以有效的防止焊接接頭的脆性破壞， 應