CN113878207A - 12Cr1MoV与07Cr19Ni 11Ti异种钢的焊接方法 - Google Patents
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Abstract
一种12Cr1MoV与07Cr19Ni 11Ti异种钢的焊接方法。现有技术奥氏体与珠光体钢的焊接大都采用因康镍焊丝，成本较高，焊缝变形及裂纹，不适合批量生产。本发明组成包括：异种钢A（1）、异种钢B（2），所述的异种钢A与所述的异种钢B的对口间隙b为2.0‑3.0mm、坡口角а为30°‑35°、钝边Р为1.5‑2.0mm、管材厚度δ为5mm，焊丝采用TGS‑347焊丝，焊丝直径为2.4mm，焊接以自由状态组对，采用手工钨极氩弧焊，打底时采用内加丝焊法，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℃；首先是机械加工异种钢A和异种钢B母材侧的坡口，清理坡口表面及母材两侧10毫米内的外壁，然后进行水平固定焊接与垂直固定焊接。本发明用于珠光体钢和奥氏体不锈钢异种钢的焊接方法。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种12Cr1MoV与07Cr19Ni 11Ti异种钢的焊接方法。
背景技术
为奥氏体不锈钢，12Cr1MoV属于珠光体钢，07Cr19Ni11Ti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，现有技术07Cr19Ni11Ti与12Cr1MoV焊接时存在的问题：
（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，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，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07Cr19Ni11Ti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，亟需解决12Cr1MoV和07Cr19Ni11Ti焊接时存在的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种12Cr1MoV与07Cr19Ni 11Ti异种钢的焊接方法，该方法能够使异种钢焊接后的焊缝力学性能及金相组织与母材一致，从而保证设备的安全使用及使用寿命，解决了异种钢接焊工艺的难题。
上述的目的通过以下的技术方案实现：
一种12Cr1MoV与07Cr19Ni 11Ti异种钢的焊接方法，其组成包括：异种钢A、异种钢B，所述的异种钢A与所述的异种钢B的对口间隙b为2.0 -3.0mm、坡口角а为30°-35°、钝边Р为1.5-2.0mm、管材厚度δ为5mm，焊丝采用TGS-347焊丝，焊丝直径为2.4mm，焊接以自由状态组对，采用手工钨极氩弧焊，打底时采用内加丝焊法，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℃；
该焊接方法包括如下步骤：首先是机械加工异种钢A和异种钢B母材侧的坡口，清理坡口表面及母材两侧10毫米内的外壁，即油、漆、锈、污垢清理直至发出金属光泽；
（1）水平固定焊接：
第一层，焊接方式采用WS，电流采用直流正接，电流A为80-95，电压V21-25，焊接速度45-65mm／min，氩气流量：正面8-12L／min，背面8-12L／min；
第二层，焊接方式采用WS，电流采用直流正接，电流A为90-100，电压V23-26，焊接速度45-65mm／min，氩气流量：正面8-12L／min；
第三层，焊接方式采用WS，电流采用直流正接，电流A为80-100，电压V24-26，焊接速度45-80mm／min，氩气流量：正面8-12L／min；
（2）垂直固定焊接：
第一层，焊接方式采用WS，电流采用直流正接，电流A为85-100，电压V21-25，焊接速度45-65mm／min，氩气流量：正面8-12L／min，背面8-12L／min；
第二层，焊接方式采用WS，电流采用直流正接，电流A为90-100，电压V22-27，焊接速度45-70mm／min，氩气流量：正面8-12L／min；
第三层，焊接方式采用WS，电流采用直流正接，电流A为90-100，电压V24-26，焊接速度45-75mm／min，氩气流量：正面8-12L／min；
上述焊接过程中，将母材的熔合比控制在30～40%，所述的异种钢A为珠光体钢12Cr1MoV、所述的异种钢B为奥氏体不锈钢07Cr19Ni 11Ti。
有益效果：
1.本发明主要是提供一种异种钢的焊接方法，该方法能够使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，解决了异种钢接焊工艺的难题，在管道现场施焊时，能够保证安装焊接质量，缩短了安装工期，实现质量与效益的双丰收。
本发明具体限定了水平固定焊接与垂直固定焊接的使用参数，便于大批量焊接产品应用，能够有效保证焊接质量，精准明确的焊接步骤，提高了产品的焊接效率。
本发明选用TGS-347焊丝其优势在于：（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，应用范围广泛。
本发明的异种钢B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2.4的焊丝，保证焊接质量。
本发明成本低，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：
附图1是本发明的焊接结构示意图。
具体实施方式：
实施例1：
一种12Cr1MoV和07Cr19Nⅰ11Ti，其组成包括：异种钢A、异种钢B，所述的异种钢A与所述的异种钢B的对口间隙b为2.0 -3.0mm、坡口角а为30°-35°、钝边Р为1.5-2.0mm、管材厚度δ为5mm，焊丝采用TGS-347焊丝，焊丝直径为2.4mm，焊接以自由状态组对，采用手工钨极氩弧焊，打底时采用内加丝焊法，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℃；
该焊接方法包括如下步骤：首先是机械加工异种钢A和异种钢B母材侧的坡口，清理坡口表面及母材两侧10毫米内的外壁，即油、漆、锈、污垢清理直至发出金属光泽；
（1）水平固定焊接：
第一层，焊接方式采用WS，电流采用直流正接，电流A为80-95，电压V21-25，焊接速度45-65mm／min，氩气流量：正面8-12L／min，背面8-12L／min；
第二层，焊接方式采用WS，电流采用直流正接，电流A为90-100，电压V23-26，焊接速度45-65mm／min，氩气流量：正面8-12L／min；
第三层，焊接方式采用WS，电流采用直流正接，电流A为80-100，电压V24-26，焊接速度45-80mm／min，氩气流量：正面8-12L／min；
（2）垂直固定焊接：
第一层，焊接方式采用WS，电流采用直流正接，电流A为85-100，电压V21-25，焊接速度45-65mm／min，氩气流量：正面8-12L／min，背面8-12L／min；
第二层，焊接方式采用WS，电流采用直流正接，电流A为90-100，电压V22-27，焊接速度45-70mm／min，氩气流量：正面8-12L／min；
第三层，焊接方式采用WS，电流采用直流正接，电流A为90-100，电压V24-26，焊接速度45-75mm／min，氩气流量：正面8-12L／min；
上述焊接过程中，将母材的熔合比控制在30～40%，所述的异种钢A为珠光体钢12Cr1MoV、所述的异种钢B为奥氏体不锈钢07Cr19Ni 11Ti。
经过本申请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1，
表1 12Cr1MoV 和07Cr19Ni11Ti钢对接接头的常温机械性能及金相组织：
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。
Claims (1)
1.一种12Cr1MoV与07Cr19Ni 11Ti异种钢的焊接方法，其组成包括：异种钢A、异种钢B，其特征是：所述的异种钢A与所述的异种钢B的对口间隙b为2.0 -3.0mm、坡口角а为30°-35°、钝边Р为1.5-2.0mm、管材厚度δ为5mm，焊丝采用TGS-347焊丝，焊丝直径为2.4mm，焊接以自由状态组对，采用手工钨极氩弧焊，打底时采用内加丝焊法，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℃；
该焊接方法包括如下步骤：首先是机械加工异种钢A和异种钢B母材侧的坡口，清理坡口表面及母材两侧10毫米内的外壁，即油、漆、锈、污垢清理直至发出金属光泽；
（1）水平固定焊接：
第一层，焊接方式采用WS，电流采用直流正接，电流A为80-95，电压V21-25，焊接速度45-65mm／min，氩气流量：正面8-12L／min，背面8-12L／min；
第二层，焊接方式采用WS，电流采用直流正接，电流A为90-100，电压V23-26，焊接速度45-65mm／min，氩气流量：正面8-12L／min；
第三层，焊接方式采用WS，电流采用直流正接，电流A为80-100，电压V24-26，焊接速度45-80mm／min，氩气流量：正面8-12L／min；
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第一层，焊接方式采用WS，电流采用直流正接，电流A为85-100，电压V21-25，焊接速度45-65mm／min，氩气流量：正面8-12L／min，背面8-12L／min；
第二层，焊接方式采用WS，电流采用直流正接，电流A为90-100，电压V22-27，焊接速度45-70mm／min，氩气流量：正面8-12L／min；
第三层，焊接方式采用WS，电流采用直流正接，电流A为90-100，电压V24-26，焊接速度45-75mm／min，氩气流量：正面8-12L／min；
上述焊接过程中，将母材的熔合比控制在30～40%，所述的异种钢A为珠光体钢12Cr1MoV、所述的异种钢B为奥氏体不锈钢07Cr19Ni 11Ti。
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