珠光體耐熱鋼的焊接.

1、一、耐熱剛的概念 定義：具有足夠的高溫強度和較好的抗高溫氧化性能的鋼，稱為耐熱鋼。（一）耐熱鋼的分類 按正火組織（供貨狀態(tài)下的組織）可分為珠光體鋼、馬氏體鋼、鐵素體鋼和奧氏體鋼等。二、珠光體耐熱剛的特性 珠光體耐熱鋼是以鉻、鉬為主要合金元素的低合金耐熱鋼，其供貨狀態(tài)（正火或正火加回火）組織是珠光體（或珠光體加鐵素體），故稱珠光體耐熱鋼。 珠光體耐熱鋼的特性通常用高溫強度和高溫抗氧化性兩種指標來表示。 1.高溫強度（抗熱性） 衡量高溫強度的指標有蠕變強度和持久強度兩個。（1）蠕變強度：蠕變是指在高溫下鋼的強度較低，當受到一定應(yīng)力的作用時，會發(fā)生變形量隨時間而逐漸增大的現(xiàn)象。蠕變強度是鋼在一定溫度

2、下，在規(guī)定的時間內(nèi)產(chǎn)生一定的微量變形時的應(yīng)力。（2）持久強度：鋼在一定溫度下，經(jīng)規(guī)定的時間發(fā)生斷裂的應(yīng)力，稱為持久強度。 將Mo、W、V、Ti、Nb、B等合金元素加入鋼中，能提高鋼的室溫和高溫強度。 2.高溫抗氧化性提高鋼抗氧化性能的最有效途徑是加入Cr、Si、Al等合金元素，生成非常致密的Cr2O3、SiO2、Al2O3保護膜，以防止內(nèi)部金屬氧化。Cr和Mo是珠光體耐熱鋼的主要合金元素，如12CrMo、15CrMo等。影響珠光體耐熱鋼的各種合金元素：Cr：能提高鋼的高溫抗氧化性能，還有利于提高高溫強度。Mo：形成碳化物的能力比Cr弱， Mo優(yōu)先溶于固溶體，強化固溶體。Mo的熔點高達2625度

3、，固溶后提高鋼的再結(jié)晶溫度,有效地提高鋼的高溫強度和抗蠕變能力。Mo可以減少鋼的熱脆性，提高鋼的抗腐蝕能力。V：形成細小彌散的碳化物和氮化物，分布在晶內(nèi)和晶界，阻礙碳化物聚集長大，提高蠕變強度。另外V與C親和力比Cr和Mo大，可阻礙Cr和Mo形成碳化物，促進Cr和Mo的固溶強化作用。V含量過高時，形成的碳化物在高溫下聚集長大，造成鋼的熱強性下降，或使鋼材脆化。W：W的作用與Mo相似，能強化固溶體，提高蠕變強度。Ti：是碳化物形成元素，可以析出彌散的金屬間化合物，提高高溫強度，抗晶間腐蝕能力和抗氧化能力，并可提高蠕變強度，改善鋼的焊接性。：提高鋼的蠕變強度，但增大，鋼的塑性、焊接性、耐蝕性及抗氧

4、化能力下降。珠光體耐熱鋼的焊接性主要存在兩個問題：、淬硬傾向較大，易產(chǎn)生冷裂紋珠光體耐熱鋼中含有一定量的鉻和鉬及其他合金元素。因此在焊接熱影響區(qū)有較大的淬硬傾向，焊接熱輸入過小時，熱影響區(qū)易出現(xiàn)硬脆的馬氏體組織；焊接熱輸入過大時，熱影響區(qū)晶粒明顯粗化。在低溫焊接或焊接剛性較大的結(jié)構(gòu)時，易產(chǎn)生冷裂紋。三、珠光體耐熱剛的焊接性、焊后熱處理過程中易產(chǎn)生再熱裂紋（）消除應(yīng)力裂紋 珠光體耐熱鋼含有Cr、Mo、V、Ti、Nb等強烈的碳化物形成元素，從而使焊接接頭過熱區(qū)在焊后熱處理（高溫回火，或稱消除應(yīng)力退火）過程中易產(chǎn)生再熱裂紋（或稱消除應(yīng)力處理裂紋）。珠光體耐熱鋼消除應(yīng)力裂紋取決于鋼中碳化物形成元素的特

5、性及其含量。消除應(yīng)力裂紋出現(xiàn)在焊接熱影響區(qū)的粗晶區(qū)。 珠光體耐熱鋼中的Mo含量增多時，Cr對消除應(yīng)力裂紋的影響也增大。 隨著鋼中V含量增加，碳的影響也增加。防止消除應(yīng)力裂紋的措施如下： 采用高溫塑性高于母材的焊接材料，限制母材和焊接材料的合金成分。 將預(yù)熱溫度提高到250以上，層間溫度控制在300左右。 采用小的熱輸入的焊接工藝，減小焊接過熱區(qū)的溫度，細化晶粒。 選擇合適的熱處理制度、避免在敏感溫度區(qū)間停留較長時間。（2）回火脆性當某些珠光體耐熱鋼及其焊接接頭存在一定量的殘余元素時，在350500溫度區(qū)間長期運行過程中，會產(chǎn)生劇烈脆化現(xiàn)象（稱回火脆性）。（一）焊條的選擇 珠光體耐熱鋼在進行焊條

6、電弧焊前選擇焊條是根據(jù)母材的化學(xué)成分，而不是根據(jù)母材的力學(xué)性能。選用的鉬和鉻鉬珠光體耐熱鋼焊條的Cr、Mo等合金元素應(yīng)與母材相當或略高于母材。珠光體耐熱鋼焊條選用示例見表4-4-1。此外，可選用奧氏體不銹鋼焊條，焊后一般可不做熱處理。四、珠光體耐熱剛的焊接工藝要點鋼號焊條電弧焊埋弧焊CO2氣體保護焊氬弧焊焊條焊絲焊劑焊絲焊絲12CrMoR207H08CrMoAH13CrMoAHJ350H08CrMnSiMoH08CrMoA15CrMoR307H13CrMoAHJ350H08CrMnSiMoH13CrMoA12CrMoAR317H08CrMoVAHJ350H08CrMnSiMoVH08CrMoV

7、A表4-4-1 常用珠光體耐熱鋼的焊接材料（二）焊前預(yù)熱 由于鉻鉬珠光體耐熱鋼的淬硬冷裂傾向較大，因此，預(yù)熱是焊接鉻鉬珠光體耐熱鋼的重要工藝措施。在珠光體耐熱鋼焊接過程中，一般都要求焊前預(yù)熱，應(yīng)保持焊件溫度略高于預(yù)熱溫度的層間溫度。焊接過程中盡量避免中斷，不得已中斷時，應(yīng)保證焊件緩慢冷卻，重新施焊前仍需預(yù)熱。 對于鉻鉬珠光體耐熱鋼的焊接，為了防止冷裂紋的產(chǎn)生，規(guī)定較高的預(yù)熱溫度是必要的。但預(yù)熱溫度并非越高越好。用鎢 極氬弧焊打底和CO2氣體保護焊時，可以降低預(yù)熱溫度或不預(yù)熱。預(yù)熱溫度的確定主要是依據(jù)鋼的合金成分、接頭的拘束度和焊縫金屬的氫含量。預(yù)熱溫度見表4-4-2。表4-4-2 鉻鉬珠光體耐

8、熱鋼的焊前預(yù)熱和焊后熱處理鋼號預(yù)熱溫度/焊后熱處理溫度/12CrMo20025065070015CrMo20025067070012Cr1MoV25030071075012Cr2Mo25035072075012Cr2MoWVB25030076078012Cr3MoWVSiTiB30035074076012MoVWBSiRe200300750770（三）焊后保溫及緩冷 焊后緩冷是焊接鉻鉬耐熱鋼必須遵循的原則，即焊后立即用石棉布覆蓋焊縫及熱影響區(qū)保溫，使其緩慢冷卻。 防止接頭裂紋的簡單而可靠地措施是：將接頭按層間溫度（預(yù)熱溫度上限）保溫23h的低溫后熱處理，可基本上消除焊縫中的擴散氫。（四）焊后熱

9、處理 焊后熱處理是指焊件焊后，為了改善焊接接頭的組織和性能或消除殘余應(yīng)力而進行的熱處理。焊后熱處理的主要作用是：（1）可消除或者減少在熱影響區(qū)出現(xiàn)的脆硬組織。（2）降低熱影響區(qū)硬度，提高塑性和韌性。（3）促進擴散氫的逸出。（4）有效減少焊接殘余應(yīng)力，增加焊件的尺寸穩(wěn)定。 珠光體耐熱鋼焊后熱處理的方法有以下幾種：1.回火 把經(jīng)過淬火的鋼重新加熱至低于Ac1點以下的某一溫度，經(jīng)過一定時間的保溫后，然后冷卻室溫的熱處理工藝稱為回火處理。2.正火 將鋼加熱到Ac3或Accm以上3050，保溫適當時間后，在靜止的空氣中冷卻的熱處理工藝稱為正火。3.退火 把鋼加熱到適當溫度，保持一定時間，然后緩慢（一般隨

10、爐冷卻）而均勻冷卻的熱處理工藝稱為退火。 當鉻鉬珠光體耐熱鋼焊后應(yīng)立即進行高溫回火，以防止產(chǎn)生延遲裂紋，消除焊接殘余應(yīng)力和改善接頭組織與性能。鉻鉬珠光體耐熱鋼焊接時，控制熱輸入。采用較小的熱輸入，有利于減小焊接應(yīng)力，細化晶粒，改善組織，提高沖擊韌度。 常用的焊接方法有埋弧焊、焊條電弧焊、鎢極氬弧焊、電渣焊、熔化極氣體保護焊等。（1）埋弧焊 埋弧焊不能用于全位置焊，對小直徑管和薄壁構(gòu)件也不適用。常用的珠光體耐熱鋼的埋弧焊材料見表4-4-1。（2）焊條電弧焊五、珠光體耐熱剛的焊接方法 其僅次于埋弧焊的一種焊接方法。 在珠光體焊接時，選用低氫型藥皮堿性焊條是防止焊接冷裂紋的主要措施之一。但堿性焊條藥皮容易吸潮，而焊條藥皮和焊劑中的水分是氫的主要來源。因此，焊條、焊劑在使用前要嚴格按規(guī)范烘干，隨用隨取。還必須清除坡口及兩側(cè)的銹、水、油污。（3）鎢極氬弧焊 可以用作打底焊，也可以用于整個焊縫的焊接鎢極氬弧焊打底焊時的坡口不留間隙，焊接時可以填充焊絲，也可以不用填充焊絲。鎢極氬弧焊（TIG）打底焊的工藝參數(shù)見表4-4-3。表4-4-3 TIG打底焊的工藝參數(shù)管子規(guī)格鎢極直徑/mm鎢極伸出長度/mm焊接電流/A噴嘴直徑/mm填充焊絲直徑/mm氬氣流量/L.min-1小直徑薄壁管 2.5569011082.4812大直徑薄壁管 2