CN102941399B

CN102941399B - 珠光体耐热钢结构件气保护焊接方法

Info

Publication number: CN102941399B
Application number: CN201210438347.5A
Authority: CN
Inventors: 刘亚丰
Original assignee: CHANGZHOU HUATONG WELDING INDUSTRY Co Ltd
Current assignee: Ha Welding Institute (Changzhou) welding industry Limited by Share Ltd
Priority date: 2012-11-05
Filing date: 2012-11-05
Publication date: 2015-06-03
Anticipated expiration: 2032-11-05
Also published as: CN102941399A

Abstract

本发明涉及一种珠光体耐热钢结构件对接焊缝焊接工艺，适用焊接方法为气体保护焊，是一种解决钢材厚度大造成碳当量值降低的措施，包括焊接材料选配、坡口加工工艺，焊接工艺参数、焊接方法，此种焊接工艺具有不受环境限制，操作简便、设备简单高效，同时解决了由于工件厚度大而造成的焊接强度低的缺点，并且具有较好的预防焊缝及热影响区裂纹倾向。

Description

珠光体耐热钢结构件气保护焊接方法

技术领域

本发明涉及一种珠光体耐热钢对接焊缝气保护焊接工艺。

背景技术

由于受结构件形状和焊接位置限制，制造过程中焊接方法多为焊条电弧焊，焊条电弧焊存在较多的局限性，1、生产效率低，2、对焊工的操作技术要求高，焊接质量受焊工健康和情绪的影响大，3、对焊条生产质量以及使用环境要求较高，4、电弧热量及产生的高温使部分化学合金元素烧损加重，力学性能降低且不稳定。

近些年来随着我国制造业技术的发展，热强钢的应用也越来越广泛，如炉用零件、热交换器、汽轮机转子和汽轮机叶片，锅炉过热器等。大型设备的珠光体耐热钢由于钢材厚度大，焊接结构钢度大，焊后残余应力也较大，钢材实际允许碳当量值降低。

而气保护焊即结合了焊条电弧焊的优点，又克服了焊条电弧焊的局限性，具有如下优点：1、有效提高了生产率，是焊条电弧焊的1～4倍，2、焊缝合金元素烧损量小，焊缝金属力学性能稳定，3、操作灵活，连续焊接减少焊接接头，提高焊接质量。单位焊缝长度能耗比焊条电弧焊降低10%～20%。4、由于CO₂的加入使电弧具有一定的氧化性，改善焊缝成型。5、CO₂的加入使电流密度大，电弧穿透力强，增加熔深。

但是气保护焊焊接速度快、焊缝冷却速度也快，理论上不适用于耐热钢，因为耐热钢冷却过快会造成焊缝强度下降，容易出现裂纹。

发明内容

本发明要解决厚度大的珠光体耐热钢采用电弧焊或埋弧焊焊接方法时碳当量值降低、焊接强度强度降低的技术问题。

此种气保护焊接工艺技术方案是：

1、采用抗拉强度为530～710MPa；厚度90-110mm的珠光体耐热钢；质量分数C≤0.17%、Mn0.4～0.65%、Si0.5～0.8%、Cr1.0～1.5%、Mo0.45～0.65%；合金元素总含量≤5%；

2、匹配的焊接材料：焊丝抗拉强度620～750MPa；质量分数C15～0.22%、Mn0.4～0.7%;Si0.15～0.35%;Cr0.8～1.10%、Mo0.15～0.25%；

3、气保护坡口采用双面V型坡口，坡口角度单边35°，钝边为2mm；对接不留间隙,采用熔化焊方式焊接。

4、焊接工艺规范：焊接电流240～260A，焊接电压24～28V，设备采用直流焊接电源；焊接线能量13～16KJ/cm，气体采用80%Ar+20%CO₂富氩混合气体熔化极气体保护焊，气体流量15L/min～20L/min；焊丝干伸长，打底焊速度15～20mm/min，填充焊速度30～35mm/min，填充盖面速度10～15mm/min；焊前预热200～250℃，焊后保温缓冷或焊后热处理680～720℃。

5、气体保护焊采用多层多道焊施焊，层间温度150～200℃，层温过低应及时采用火焰加热方法进行预热。

6、严格控制CO₂、Ar保护气体杂质含量，保证气体纯度（Ar99.99%；CO₂99.999）。

作为优选，焊丝直径1.2mm。1.2mm焊丝焊接时填充量适中，熔敷效果最佳，可实施半自动或自动化焊接。

本发明严格控制焊接速度，速度过慢焊缝力学性能不佳，过快易产生缺陷；气保护焊普遍采用的焊前预热温度在150℃左右，但应用在本发明的耐热珠光体上焊缝力学性能下降，极易产生裂纹，超过250℃又容易使母体产生相变；并且由于采取较高的预热温度及采取焊后保温缓冷或焊后热处理680-720℃，较好地延缓了本发明耐热珠光体的冷却速度，极大地提高了焊缝强度，有效避免了裂纹的出现。

本发明油田设备珠光体耐热钢气保护焊接工艺具有如下优点：

1、本发明所述的气保护焊接工艺方法具有优良的焊接工艺性能。

2、设备简单、操作简便灵活，不受环境及场地限制，可在室外进行焊接。

3、适用于工厂大构件的焊接应用；

4、解决了由于工件厚度大而造成碳当量值降低而影响焊接强度降低的缺点。

附图说明

图1焊缝不同位置的宏观金相图

图2气保护坡口

具体实施方式

采用ASTMA3870（美国钢板标准，近似于国标13CrMoA耐热钢），厚度100mm，质量分数C≤0.17%、Mn0.4～0.65%、Si0.5～0.8%、Cr1.0～1.5%、Mo0.45～0.65%；合金元素总含量≥5%；匹配的焊接材料：18CrMoA，直径1.2mm,质量分数C 15～0.22%、Mn0.4～0.7%;Si0.15～0.35%;Cr0.8～1.10%、Mo0.15～0.25%；

保护坡口采用双面V型坡口，坡口角度单边35°，钝边为2mm；对接不留间隙,采用熔化焊方式焊接。

设备采用具有表面张力过渡特性的直流焊接电源,焊接电流240～260A，焊接电压24～28V，焊接速度30～35cm/min，焊接线能量13～16KJ/cm，M6×40×1.2锥形外部绝源导电咀；保护气体80%Ar+20%CO₂富氩混合气代体，气体流量15L/min～20L/min；工艺措施：预热温度200～250°C，预热方法，火焰加热、电加热或感应加热，测温要求，距坡口25mm处的范围内均匀测量，加热宽度，坡口两侧各50mm，焊接层间温度150～200°C；焊后保温缓冷或焊后热处理680～720℃。技术措施；焊前清理：坡口外两侧25mm范围内应采用机械法清理至呈金属光泽，采用多道焊焊接方式焊接在打底焊结束后即焊第二层道焊缝；焊丝干伸长：填充焊15～20mm，盖面焊10～15mm，起弧或收弧要求严禁在坡口两侧或工件上起弧，相邻焊道的起弧或收弧应相互错开30mm以上。施工措施：用动力角向砂轮或用钢丝刷进行焊缝表面飞溅、污物层间清理，打磨焊接接头；当施焊环境不符合风速2m/S的情况下，应采取相应防护措施，避免造成焊缝缺陷。

焊缝拉伸试验及结果见表1：

表1

弯曲试验及结果见表2：

表2

（在一个工作试件中要取背面弯曲、正面弯曲、侧向弯曲、横向拉伸、冲击、宏观金相等试样，按照标准上要求，每一种试样的截取都是有固定位置的，“0～3”是取样位置编号。）

外观检测与射线探伤项目及结果见表3：

表3

项目	结论	项目	结论
				余高	2.0mm	气孔	无
错边	0.5mm	内咬边	无
				裂纹	无	外咬边	无
未焊透	无	烧穿	无
				未熔合	无	焊瘤	无
探伤	未见缺陷	综合	合格

在焊缝三个不同位置取样，检测焊缝焊接后每一层的熔合情况，宏观金相见附图，附图表明均未无出现熔合不良缺陷。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims

1.一种珠光体耐热钢结构件气保护焊接方法，包括下列步骤：

(1)采用抗拉强度为530～710MPa；厚度90-110mm的珠光体耐热钢；质量分数C≤0.17％、Mn0.4～0.65％、Si0.5～0.8％、Cr1.0～1.5％、Mo0.45～0.65％；合金元素总含量≤5％，余量为铁；

(2)匹配的焊接材料：焊丝抗拉强度620～750MPa的H18CrMoA；质量分数C 0.15～0.22％、Mn0.4～0.7％、Si0.15～0.35％、Cr0.8～1.10％、Mo0.15～0.25％；

(3)气保护坡口采用双面V型坡口，坡口角度单边35°，钝边为2mm；对接不留间隙，采用熔化焊方式焊接；

(4)焊接工艺规范：焊接电流240～260A，焊接电压24～28V，设备采用直流焊接电源；焊接线能量13～16KJ/cm，气体采用80％Ar+20％CO₂富氩混合气体熔化极气体保护焊，气体流量15L/min～20L/min；焊丝干伸长，填充焊15～20mm，盖面焊10～15mm，打底焊速度15～20mm/min，填充焊速度30～35mm/min，填充盖面速度10～15mm/min；焊前预热200～250℃，焊后保温缓冷或焊后热处理680～720℃；

(5)气体保护焊采用多层多道焊施焊，层间温度150～200℃；

(6)严格控制CO₂、Ar保护气体杂质含量，保证气体纯度。

2.权利要求1所述珠光体耐热钢结构件气保护焊接方法，其特征在于焊丝直径1.2mm。