淺談珠光體耐熱鋼的一種焊接新工藝

王國(guó)忠 河南經(jīng)濟(jì)貿(mào)易技師學(xué)院

前言：焊接作為金屬加工方法已發(fā)展成一門獨(dú)立的學(xué)科，焊接新技術(shù)新工藝的不斷成熟與發(fā)展使其應(yīng)用越來(lái)越廣泛。在機(jī)械制造、航空航天、石油化工、能源、交通、建筑、冶金等領(lǐng)域廣泛使用的金屬結(jié)構(gòu)都屬于焊接結(jié)構(gòu)，在加工過(guò)程中都離不開焊接。在很多發(fā)達(dá)的國(guó)家利用焊接加工的鋼材量已經(jīng)超過(guò)鋼產(chǎn)量的四成以上。大量的鋁、銅、鈦等非鐵金屬的結(jié)構(gòu)也是用焊接方法制造的。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展和使用要求的逐步提高，具有特殊性能的新型結(jié)構(gòu)材料不斷涌現(xiàn)，對(duì)焊接技術(shù)的要求也越來(lái)越高，因此材料的焊接性，特別是金屬材料的焊接性，也越來(lái)越受到密切關(guān)注。

現(xiàn)代焊接技術(shù)是從1885年代末逐步發(fā)展起來(lái)的，至今不過(guò)百余年。焊接技術(shù)的快速發(fā)展主要得益于科技的進(jìn)步，而焊接加工的優(yōu)越性使之成為在各種裝備制造中必不可少的手段。目前用于生產(chǎn)的焊接方法已超過(guò)50種。隨著焊接產(chǎn)品使用要求的不斷提高，需要采用一些具有特殊性能的結(jié)構(gòu)材料，如高強(qiáng)度鋼、超高強(qiáng)度鋼、耐熱耐蝕鋼、難熔合金、非鐵金屬及合金、火星金屬、異種金屬及復(fù)合材料等，因此對(duì)焊機(jī)技術(shù)提出來(lái)更高的要求；反過(guò)來(lái)也促進(jìn)了焊接技術(shù)和焊接工藝的發(fā)展，促進(jìn)了焊接生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，如焊接機(jī)器人、自動(dòng)焊接生產(chǎn)線在我國(guó)制造業(yè)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

多年來(lái)，我們?cè)趪?guó)內(nèi)焊接主蒸汽管道建材(它的材質(zhì)主要是珠光體耐熱鋼)時(shí)，方法大都用在焊件根部不使用充氬保護(hù)、焊過(guò)后也不立即采用熱處理的焊接工藝，運(yùn)行一段時(shí)間后出現(xiàn)了裂紋，不能保證機(jī)組運(yùn)行的可靠要求。因?yàn)樗暮附有阅芊浅２睿晕覀冊(cè)谶M(jìn)行焊前分析的前提下，運(yùn)用了E5515-2-(R317)焊條焊接和焊件根部充氬保護(hù)、焊后隨即進(jìn)行熱處理的焊接新工藝，這樣，主蒸汽管道焊口的焊接質(zhì)量就得到了足夠的保證。

一、焊前分析

由于鋼中加入的鉬、釩、鉻、等合金元素，它們的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在整體的比重較高，這樣就增大了鋼的淬硬性的可能，從而使焊接熱影響區(qū)的硬度也在提高，冷裂紋就非常容易產(chǎn)生。在高溫工作的長(zhǎng)時(shí)間下，蠕變變形都將出現(xiàn)在軟化區(qū)，斷裂就出現(xiàn)了必然。由于合金的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的逐步增多，產(chǎn)生熱裂紋的可能性也增大。

二、焊接新工藝

1.焊前準(zhǔn)備：為了不讓其產(chǎn)生裂紋，我們來(lái)選用合金含量不太高的R317電焊條來(lái)進(jìn)行施焊。從我們得出的數(shù)據(jù)來(lái)看，其熱強(qiáng)系數(shù)，R337電焊條焊接出來(lái)的接頭熱強(qiáng)系數(shù)要比其小，軟化區(qū)弱化的范圍減小，但因?yàn)槠浜辖鸷柯缘停阌铂F(xiàn)象明顯在降低。焊接所使用的焊絲為TIG-31，焊條為R317、E5515-2-Nb337。

2.焊接參數(shù)的選擇：我們?yōu)榱擞行p少產(chǎn)生粗大組織和減小軟化區(qū)的軟化程度，必須運(yùn)用合理的焊接線方法來(lái)增加更多的熱量。我們運(yùn)用多層多道焊的施焊方法、焊條擺動(dòng)的幅度不大于焊條直徑4.5倍、單層厚度不大于其焊條直徑、蓋面焊運(yùn)用熱處理退火的焊道，最后一層焊道的淬硬性得到了明顯的抑制，有效減少了產(chǎn)生冷裂紋的可能性，應(yīng)選擇焊接參數(shù)為：電流130～190 A，電壓18～28 V，焊接速度21～43mm/min，氬氣流量8～12 L/min。

表2.1 使用兩種不同焊條焊接的焊接接頭，持久強(qiáng)度與熱強(qiáng)系數(shù)

3.焊前預(yù)熱和它的熱處理方法

焊前預(yù)熱：焊前預(yù)熱能有效減小焊件和焊縫之間的溫度差，明顯減小冷卻的速度，抑制產(chǎn)生馬氏體高硬組織，降低產(chǎn)生裂紋的可能性，減小內(nèi)外壁的溫度差，更能很好的地防止生成冷裂紋。預(yù)熱溫度為300～350℃，恒溫42 min，升溫速度為180℃/h。焊后的熱處理方法：焊過(guò)以后，隨即進(jìn)行高溫回火的熱處理工藝，能很好的防止產(chǎn)生冷裂紋，消除接近焊縫區(qū)的硬化現(xiàn)象，還可以使頑固的氫溢出來(lái)，使因?yàn)闅鋵?dǎo)致延遲裂紋的敏感性的可能性增大。焊后熱處理參數(shù)包括升降溫速度180℃/h；730～760℃恒溫1.5h；升溫4.2h；降溫2.44h。

4.兩種焊接工藝焊接接頭的性能分析

為了了解新焊接工藝焊接接頭的整體質(zhì)量，跟據(jù)《火力發(fā)電廠鍋爐壓力容器焊接工藝評(píng)定規(guī)程》(SD340―89)的規(guī)定，對(duì)采用R317與R337兩種焊條焊接的焊接接頭性能來(lái)對(duì)比，得到兩個(gè)結(jié)論：

① 采用新的焊接工藝焊接出來(lái)的珠光體耐熱鋼，熱影響區(qū)軟化的程度明顯降低，產(chǎn)生裂紋的幾率也大大減小；

② 采用新的焊接工藝，也可明顯預(yù)防止根部的氧化，避免出現(xiàn)了容易忽視的小裂紋。