CN103357993B - 一种12Cr1MoV和12X18H12T异种钢的焊接工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种12Cr1MoV和12X18H12T异种钢的焊接工艺，包括：S2焊接工序：焊丝，选用TGS-347焊丝；组对，焊接以自由状态组对，不以点固方式；焊法，采用手工钨极氩弧焊，打底时采用内加丝焊法；工艺参数，当管道内部氩气充满且稳定后，进行根层焊接，控制每层之间的温度≯350℃。上述方案，成本低，焊接效率高；工艺稳定性、可靠性好，能够降低线能量，控制焊逢的熔合比，可获得合格的焊接接头；焊缝性能满足高温强度及高温运行工况需要。

Description

一种12Cr1MoV和12X18H12T异种钢的焊接工艺

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，特别是指一种12Cr1MoV和12X18H12T异种钢的焊接工艺。

背景技术

12X18H12T属于奥氏体不锈钢，12X1M（与国产12Cr1MoV相当)属于珠光体钢，12X18H12T与12Cr1MoV钢的焊接接头属于异种钢焊接接头，即奥氏体与珠光体钢焊接。由于两种材料的化学成分和金相组织存在很大的差异，而且物理性能差别较大，很容易出现大面积焊接缺陷。在许多文献资料中介绍，奥氏体与珠光体钢的焊接大都采用因康镍82（ERCrNi-3）焊丝，成本较高，不适合大批量生产。

12X18H12T属于钛稳定的铬镍奥氏体不锈热强钢，该钢具有良好的耐腐蚀性和焊接性。导热率小且线膨胀系数很大，易于产生较大的焊接变形。由于导热系数小，在同样焊接电流下得到的焊缝熔深要大于低合金耐热钢。为了防止焊缝过热，焊接电流应比普通低合金耐热钢小10～20％左右，并且采用小直径焊丝。

12Cr1MoV属于珠光体耐热钢，组织结构为粒状珠光体+少量铁素体，它不仅有很好的抗氧化性和热强性，具有较高的抗硫腐蚀和抗氢腐蚀的能力，还有良好的工艺性能和物理性能。

12X18H12T与12Cr1MoV焊接时存在的问题：

由于二者化学成分有较大的差别，加之显微组织的截然不同。对于异种钢焊接接头来说，成分、组织、性能和应力场的不均匀，是其表现的主要特征。

1、珠光体钢母材对焊缝的稀释作用及熔合区生成M过渡层

12Cr1MoV钢因其合金成分含量低，对焊逢的合金成分具有稀释作用，使得焊缝的奥氏体形成元素不足，如果填充金属的选择不当，会使焊缝中奥氏体元素含量不足出现马氏体组织，从而恶化了焊接接头的质量，甚至引起裂纹。由于珠光体钢的稀释作用使焊缝成分组织发生很大变化。为此，可通过选择填充金属和控制焊缝的稀释率，在相当宽的范围内调整焊缝成分，以获得所需要的焊缝组织。

异种钢焊接接头的使用经验表明，其破坏大多数发生在熔合区。最新研究表明，尽管焊缝是A组织，但在珠光体母材和奥氏体之间即熔合区上，存在马氏体组织的过渡层。如果是奥氏体钢和珠光体钢焊接，则在过渡层出现硬度很高的马氏体组织，而且在焊接时或使用中有可能导致熔合区的破坏，降低焊接结构的可靠性。为此常选用奥氏体化能力很强的焊接材料。

2、熔合区的碳扩散

焊接过程中碳从珠光体一侧通过熔合线向奥氏体焊逢扩散，从而在靠近熔合线的珠光体母材上形成铁素体组织脱碳层而软化，在奥氏体焊逢一侧形成高硬度的增碳层。

3、焊接接头的界面应力

焊接接头各区域，由于化学成分和金相组织不同，塑性和硬度韧性也不同，使残余应力分布不均匀，在热循环作用下易产生疲劳裂纹。

奥氏体膨胀系数比珠光体大，而导热率比珠光体金属低，在焊接时会产生较大的残余应力，在温度变化时还会产生较大的焊接变形。

因此，为使12Cr1MoV和12X18H12T异种钢焊接后的焊缝力学性能及金相组织与母材大体一致，从而保证设备的安全使用及使用寿命，需要解决12Cr1MoV和12X18H12T异种钢接焊工艺的难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种焊接效率高、焊缝性能满足需要的12Cr1MoV和12X18H12T异种钢的焊接工艺。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种12Cr1MoV和12X18H12T异种钢的焊接工艺，包括：

S2焊接工序

焊丝，选用TGS-347焊丝；

组对，焊接以自由状态组对，不以点固方式；

焊法，采用手工钨极氩弧焊，打底时采用内加丝焊法；

工艺参数，当管道内部氩气充满且稳定后，进行根层焊接，控制每层之间的温度≯350℃；

水平固定焊接工艺参数如下表：

垂直固定焊接工艺参数如下表：

所述焊接工艺，还包括：

S1焊前准备工序

机械加工12X18H12T母材侧的坡口；

清理坡口表面及附近母材两侧20毫米内外壁，直至发出金属光泽；

增大坡口角度，增加焊接层数。

其中，所述步骤S3增大坡口角度，增加焊接层数中，采用70°～80°的坡口，小钝边，大间隙。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案，成本低，焊接效率高；工艺稳定性、可靠性好，能够降低线能量，控制焊逢的熔合比，可获得合格的焊接接头；焊缝性能满足高温强度及高温运行工况需要。

附图说明

图1为本发明实施例的12Cr1MoV和12X18H12T异种钢的焊接工艺的坡口结构示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明的实施例提供一种12Cr1MoV和12X18H12T异种钢的焊接工艺，包括：

S1焊前准备工序

机械加工12X18H12T母材侧的坡口；

清理坡口表面及附近母材两侧20毫米内外壁的，将油、漆、锈等污垢清理开净，直至发出金属光泽；

增大坡口角度，采用70°～80°的坡口，如图1所示的，小钝边H1为0.2～0.5mm，大间隙H2为3～3.5mm；增加焊接层数，可以减小熔合比，有效降低珠光体母材对焊逢的稀释作用。

S2焊接工序

焊丝，选用TGS-347焊丝，其化学成分如下：

焊丝

Ni

C

Mn

Mo

Si

Cu

Cr

Ti+Nb

S、P

TGS-347

9.5

0．027

1.4

0.14

0.46

0.12

19.3

0．63

0.018

选用TGS-347焊丝的理由如下：

（1）为了克服珠光体金属材料的稀释作用，减少焊逢中马氏体脆性层的宽度必须增加焊逢中奥氏体形成元素的数量，选择含镍量较高的焊丝能起到稳定奥氏体组织的作用。

（2）提高镍的含量是抑制熔合区中碳扩散的最有效的手段。选用奥氏体化较强的焊丝，以减少焊缝的稀释和过度层脆化，控制熔合区中C的扩散。

（3）把母材的熔合比控制在40%以下，能得到保证焊逢金属具有较高的抗热裂纹的性能的奥氏体+铁素体双相组织；奥氏体钢和珠光体钢焊接，借助舍夫勒组织图，通过选择填充金属材料成分和控制熔合比，能在相当宽的范围内调整焊缝的成分和组织。

（4）改变焊接接头的应力分布，因镍基材料的线膨胀系数与珠光体钢接近，故使高温应力集中区从塑性变形能力低的珠光体侧转向塑性好的奥氏体钢侧，对降低焊接应力有利。

组对，定位焊接以自由状态组对，不以强行点固焊接，防止焊缝产生较大的拘束应力；

焊法，采用手工钨极氩弧焊；由于钨极氩弧焊的熔合比的变化范围很大，可以在10～100％之间，当不使用填充材料时熔合比可达到100％，因此，打底时采用内加丝焊法；

工艺参数，当管道内部氩气充满且稳定后，进行根层焊接，以防止根层氧化；控制每层之间的温度≯350℃；

水平固定管、垂直固定管焊接工艺参数见表1、表2。

表1水平固定焊接工艺参数

表2垂直固定焊接工艺参数

经过本发明工艺处理的焊接接头，经外观检查、射线、超声波探伤结果均合格，以上两种位置的焊接工艺对接接头常温机械性能、金相组织见表3、4。

表312Cr1MoV钢和12X18H12T钢对接接头的常温机械性能

表412Cr1MoV钢和12X18H12T钢对接接头的金相组织

焊接位置	焊缝	12Cr1MoV母材	12X18H12T母材
				水平固定	A+F	F+P	A
垂直固定	A+F	F+P	A

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案，成本低，焊接效率高；工艺稳定性、可靠性好能够降低线能量，控制焊逢的熔合比，可获得合格的焊接接头；焊缝性能满足高温强度及高温运行工况需要。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和优化，这些改进和优化也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种12Cr1MoV和12X18H12T异种钢的焊接工艺，其特征包括：

S2 焊接工序

焊丝，选用TGS-347焊丝；

组对，焊接以自由状态组对，不以点固方式；

焊法，采用手工钨极氩弧焊，打底时采用内加丝焊法；

工艺参数，当管道内部氩气充满且稳定后，进行根层焊接，控制每层之间的温度≯350℃；

水平固定焊接工艺参数如下表：

垂直固定焊接工艺参数如下表：

。

2.根据权利要求1所述的12Cr1MoV和12X18H12T异种钢的焊接工艺，其特征包括：

S1 焊前准备工序

机械加工12X18H12T母材侧的坡口；

清理坡口表面及附近母材两侧20毫米内外壁，直至发出金属光泽；

采用70°～80°的坡口，小钝边H1为0.2～0.5mm，大间隙H2为3～3.5mm。