12Cr1MoV与T91异种钢管的焊接工艺设计

1、河南机电高等专科学校毕业论文 绪 论1.1 我国的焊接技术概述 焊接是一种将材料永久性的连接，并成为具有给定功能结构的制造技术。我国焊接设备行业形成于五十年代，目前，行业规模已发展到900家以上，产品种类包括交流弧焊机、直流弧焊机、自动、半自动弧焊机、电阻焊机、特种焊机及各类专用成套焊接设备、辅机具等45个系列、150余个品种、1000多个规格。 总的说来，我国的焊接设备行业，已发展成为一个产品品种比较齐全，有一定科研、设计和较强生产能力的产业部门，为国民经济的发展做出了贡献，成为我国国民经济不可缺少的行业。几乎所有的产品，从几十万吨巨轮到不足1克的微电子元件，在生产制造中都不同程度地应用到焊

2、接技术。焊接已经渗透到制造业的各个领域，直接影响到产品的质量、可靠性和寿命以及生产的成本、效率和市场反应速度。1.2 异种钢焊接介绍所谓异种钢的焊接，就是指不同化学成分，不同组织性能的两种或两种以上的钢，在限定的施工条件焊接成按规定设计要求的构件，并满足预定服役要求的焊接。1.2.1异种钢焊接接头的特点异种钢焊接接头和同种钢焊接接头有本质差异，主要是熔敷金属与两侧焊接热影响区和母材存在的不均匀性，主要有：1.化学成分不均匀 这是因为在焊接加热过程中，两侧母材的熔化量，熔敷金属和母材熔化区的成分因“稀释”作用会发生变化。接头区的成分不均匀程度不仅取决于母材、填充金属各自的原始成分，也受焊接工艺的

3、影响，易采用小电流、浅熔深。2.组织的不均匀性 在焊接热循环的影响下，接头内的各区域组织是不同的，而且在个别区域内还会出现复杂的组织结构。组织的不均匀性表现在熔合比的变化。熔合比（稀释率）在焊缝金属中局部熔化的母材所占的比例称为熔合比。取决于焊接方法、规范、接头形式、坡口角度、药皮（焊剂）的性质以及焊条（焊丝）的倾角等因素。可以用实验测得。3.性能的不均匀性 由于组织、成分的变化，代来了性能上的不同，各种变化会呈倍数关系变化，特别是焊缝两侧的热影响区冲击值变化更大，同样高温性能如持久强度、蠕变强度变化也很大。4.应力场分布不均匀 由于组织、成分的不同，接头的热膨胀系数和导热系数也不同，热膨胀系

4、数不同引起塑性区域不同，残余应力不同；导热系数不同会引起热应力不同。在组织应力和热应力的共同作用下发生叠加后会产生应力峰值，导致接头发生断裂。总之，对于异种钢焊接接头，其成分、组织、性能和应力场的不均匀是主要特点。1.2.2不同焊接方法焊接异种金属的特点1.熔化焊 总有部分母材熔入焊缝引起稀释,使接头各区域组织状态不同，通过调整工艺可以控制高温的停留时间和减少熔深降低稀释率。2.压力焊 焊接热温度不高或不加热，减轻或避免热循环对母材金属性能的不利影响，防止产生脆性的金属间化合物，不存在稀释率引起的接头性能问题。3.其他方法 母材不发生熔化和结晶过程，对接头影响不大。在重要设备中使用的较少。1.

5、2.3异种金属焊接焊材和焊接方法的选择1.熔合区的特点1）熔合区分为未混合区和半熔化区，填充金属和母材金属的成分差别越大越不容易充分混合，熔合区越明显。2）稀释率越大，熔合区越明显。3）熔合区金属液态停留时间长或流动性好，成分越均匀，熔合区有所减少。4）熔合区成分的不均匀性，可以调整焊接参数和热处理工艺加以改善。2.焊接方法选择的选择原则1）效率和经济性；2）了解不同焊接方法的适用性；3）针对不同材料的特点及工艺性。3.焊材的选择异种钢焊接是以金相组织来分的，目前国际上对异种钢的组织分类有三种即：a/f 、a/m、 f/m；国内分为3类6组即： a/m、a/b、a/p；m/b、m/p；b/p。

6、按照国际上对异种钢焊接，焊材选择的原则可分为以下四种情况：1）焊接金属化学成分与低合金一侧的材料一致；2）焊接金属化学成分与高合金一侧的材料一致；3）焊接金属化学成分取二种母材的中间成分；4）焊缝采用镍基合金材料。1.2.4异种钢的焊接要点1.要考虑熔合线附近的韧性下降。该处产生了脆性组织或脆性产物，在应力的作用下易产生裂纹。2.接头可以通过调整焊接方法、焊接工艺及参数、坡口形式、焊条种类等方法加以改善和避免。3.焊缝的稀释率与钢材的合金含量有关，随着合金含量的增多，稀释率增大。p体钢单层对接焊的在2040，a体钢比p体钢高1020。4.被焊件的两侧钢材之一是淬硬钢时必须预热，预热温度按淬硬钢

7、侧选择。用a体焊条焊接时可适当降低温度或不预热。5.合理的焊后热处理非常重要。对于fm异种钢接头处理时，最高温度不能超过f体钢侧的上限，保证强度。6.a/m(f)异种钢焊接时，可在非a体侧坡口预先堆焊一层高cr（ni）的金属，然后再用a体钢焊条焊接，非a侧堆焊时是否预热应视具体钢种确定。1.3 异种钢的焊接性分析异种钢的焊接性受材料、焊接方法、构件类型及使用要求等四个因素的影响。异种钢的焊接性可以概述为以下两个方面：(1)异种钢的结合性能 指在给定的焊接工艺条件下，形成致密焊接接头的能力。(2)异种钢的使用性能 指焊接后焊接接头在长期使用条件下适应使用要求的能力。影响异种钢的焊接性的因素大概有

8、以下几点：异种钢的化学成分、焊接参数、预热及焊后热处理、填充材料的种类及化学成分、母材金属供货状态和表面状态、焊接周围环境条件、接头形式尺寸及施焊位置。异种钢焊接时，无论从焊接机理和操作技术上都比同种钢复杂的多，这是因为异种钢的物理性能、化学性能及化学成分等有显著差异。异种钢焊接时的主要困难如下：1.异种钢的线胀系数相差越大，越难进行焊接。2.异种钢的熔点相差越大，越难进行焊接。3.异种钢的热导率和比热容相差越大，越难进行焊接。4.异种钢的氧化性越强，越难进行焊接。5.异种钢之间形成的金属化合物越多，越难进行焊接1.4异种钢焊接的发展和应用随着科技的发展，生产效率的提高，产品更新换代周期的缩短

9、，人们更重视焊接构件的综合性能，除了能可以供正常的使用外，还要具有其它性能，如耐磨性，抗腐蚀性，可靠性，原材料，生产成本，生产效率，以及市场影响，并且人们一直致力于新能源，新工艺的研究。但实际情况却是一般的金属焊接不能实现不了上述性能，而异种金属的焊接的出现就很好地满足了上述性能。尤其是在机械制造行业中，异种钢焊接构件得到越来越广泛的应用，它不但能满足不同工作条件对材质的要求，而且通过焊接的方法连接成不同几何形状的零部件，且生产成本比较低。例如，在高参数火力发电机组高温管道的焊接上采用的12cr1mov和t91异种钢的焊接，就属于这方面的应用。2 12cr1mov和t91的焊接性分析任何金属材

10、料焊接前都要进行焊接性分析，因为只有了解了焊接性才能制定出合理的焊接工艺。金属材料的焊接性包括气孔、夹杂、裂纹等。2.1 12crlmov的焊接性 珠光体耐热钢12cr1mov的化学成分和力学性能分别见表21和表22表21 12cr1mov的化学成分牌号化学成分%cmnsigrmonivnbnps12cr1mov0.080.15 0.700.170.370.901.200.250.350.25 0.0350.035表22 12cr1mov的力学性能牌号抗拉强度ksi(mpa)屈服强度ksi(mpa)伸长率（标距50mm）布氏硬度（hb） 洛氏硬度（hrb） 冷弯度12cr1mov5864142

11、018060不要求珠光体耐热钢12cr1mov的合金元素主要是cr、mn、mo、v，这些合金元素在使材料性能改善的同时，也给焊接带来了困难。12cr1mov焊接的主要问题是近缝区的脆化和冷裂，焊后热处理或高温环境下长期工作出现的再热裂纹及热影响区的“软化”问题。1.热影响区的脆化12crlmov在冷却速度较大的条件下，可能形成淬硬组织，当热影响区形成淬硬组织时，接头出现脆化倾向，脆化的原因如下:焊接时由于强烈的不均匀加热，使热影响区处在不断改变温度、应力和应变的状态下，焊接过程使热影响区的晶粒变粗，组织呈现出不均匀性，在大多数情况下促使性能变坏。热影响区的最高加热温度分布，决定了热影响区的宽度

12、及离熔合线不同距离各点的基本组织状态。在热影响区里，根据组织的不同，可分为4个区域:(l) 熔合区即焊缝金属与母材相邻的熔合线附近，温度处于固液相之间，此区在化学成份和性能上都呈现出较大的不均匀性，靠近母材一侧的金相组织是处于过热状态，塑性很差，这个区域的范围窄，但对接头的强度、塑性都有很大的影响，是产生裂纹，局部脆化破坏最常见的发源地。(2) 过热区此区的金属处于过热状态，过热区的温度范围是处于固相线以下到1100c左右，在这样高的温度下，奥氏体晶粒发生严重长大，冷却后获得晶粒粗大的过热组织。12cr1mov的焊接接头，在过热区获得上贝氏体，甚至马氏体，塑性低、韧性差，易产生冷裂纹。(3)

13、正火区此区的温度范围约在l000c一ac3之间，相当于热处理时的正火处理，组织一般为均匀而细小的铁素体，上面有碳化物沉淀析出。因此，该区域的性能优异。(4) 不完全正火区焊接时温度范围处于ac、一ac1之间的热影响区，该区域只有一部分组织发生相变重结晶的过程，而其他一部分未发生重结晶的铁素体则发生晶粒长大，因此，这区域的组织存有很大的不均匀性，一部分是均匀细小的铁素体和珠光体，另一部分则是粗大的铁素体。以上4个区域的组织特征可见图1。2.冷裂纹12cr1mov的冷裂纹一般都发生在热影响区的过热区，冷裂纹多为焊趾裂纹或根部裂纹，形成冷裂纹的主要因素由三个方面，即在热影响区形成的淬硬组织，氢的聚集

14、及接头的拘束度。12cr1mov的碳当量ceq通过计算约为0.4870.80.一般认为，当碳当量小于0.42时，冷裂纹倾向较小。因此，从碳当量来看，12cr1mov的淬硬倾向较大。如果焊前预热及焊后热处理等工艺措施不采用的话，有发生冷裂纹的可能。当然，形成冷裂纹的倾向还有聚集氢的作用，12cr1mov的热影响区的金属在焊接过程中加热到相变温度以上时，便形成奥氏体；冷却时，由于奥氏体一只要冷却到马氏体相变点时才开始转变，再冷却速度较大的情况下，就可能形成马氏体等淬硬组织，而焊缝金属的碳当量比较低，不易淬硬。因此，焊缝组织冷却后得到铁素体，氢在奥氏体中的溶解度比在铁素体中的溶解度大的多，在焊接接头

15、冷却过程中由奥氏体转变为铁素体，氢在铁素体中呈饱和状态。与此同时，氢在两相中的扩散系数也不同，在铁素体中扩散系数比在奥氏体中扩散系数要大，因此，氢会从已变成铁素体的焊缝中迅速溢出，向尚处于奥氏体状态的热影响区扩散，再加上氢在奥氏体中不易扩散。因此，如果焊缝中氢含量较高的话，极易在融合线附近形成一个富氢带，加上相变应力和残余应力的作用，极易发生裂纹。尤其是接头拘束度较大时，焊接残余应力会随之增高，发生裂纹的可能性愈大。3.再热裂纹为了消除残余应力，12cr1mov的焊接接头往往要进行热处理。在焊后热处理或高温环境下运行时，容易发生再热裂纹。再热裂纹发生部位多为焊接时经过12001450加热，然后

16、在消除应力处理中又经过500700温度循环的地方。焊接接头在焊后热处理过程中产生的再热裂纹，从宏观上看可以认为是由两个相互联系的条件引起的：一个是残余应力松弛时在应力集中部位引起的实际塑性变形,另一个是应力集中部位产生裂纹的临界变形能力。当实际塑性变形大于临界变形能力时，也即塑性变形能力不适应塑性变形的发展时，就可能在再热过程中产生再热裂纹。塑性变形与接头的拘束度残余应力大小以及应力集中程度有关。临界变形能力与晶界的聚合强度晶内蠕变抗力及晶粒尺寸大小等因素有关。晶界的偏析对晶界的聚合强度影响很大，而晶内沉淀相的析出硬化对晶内的蠕变抗力有很大影响。另外，再热过程中晶内合金碳化物沉淀造成的二次硬化

17、，使晶内蠕变抗力提高，促使蠕变易于集中于晶界，这样，在应力松驰过程中蠕变变形将集中于晶界附近，以致导致伸长变形量很小的晶间断裂。12crlmov再热裂纹敏感系数根据有关经验公式为:gcr+3.3mo+8.iv一2一(0.91.2)+3.3(0.250.35)十8.1又(0.15一0.30)一2=0.942.785。一般认为，go时，就有可能产生再热裂纹。4.热影响区的软化问题12crlmov的焊接接头，在焊前预热和焊后热处理的工艺措施下，热影响区可能出现硬度和强度明显下降的“软化区”。这个“软化区”的组织除了聚集了的碳化物外，大部分是铁素体，同时还有奥氏体分解产物，形成所谓的“白带”组织，因为

18、“白带”组织的出现，长期高温工作时，蠕变变形也很容易集中在这个部位而发生断裂，为了消灭这种组织，预热和焊后热处理温度必须十分谨慎。2.2 t91的焊接性t91钢是在9cr1mo钢的基础上，采用纯净化、细晶化冶金技术，以及微合金化和控轧、控冷等工艺，开发出的新一代中合金耐热钢。从化学成分上看(见表13)，t91钢中c、s、p含量降低了，并用v、nb、n元素微合金化；从力学性能上看(见表14)，t91钢的强度和韧性改善了。这是由于该钢的强化机理与老钢种有原则的不同，即除了固溶和沉淀强化外，还通过微合金化、控轧、形变热处理及控冷获得高密度位错和高度细化晶粒的结果。该钢的供货状态为正火回火(73076

19、0)，显微组织是回火马氏体。与t9钢相比，t9l钢由于降低了碳和杂质元素的含量，焊接裂纹的敏感性明显减弱，防止裂纹产生的预热温度随之而降。应该说，该钢的焊接性有所改善。但是这并不意味着在所有的情况下都能获得满意的接头性能。研究表明，该钢焊接性的主要问题如下： 表23 t91钢的化学成分牌号化学成分%cmnsicrmonivnbnpst910.080.120.300.600.200.508.009.500.851.050.400.080.250.060.100.030.070.020.01表24 t91的力学性能牌号抗拉强度ksi(mp)屈服强度ksi(ma)伸长率（标距50mm）布氏硬度（hb

20、）洛氏硬度（hrb）冷弯度t91470-6402252121795不要求2.2.1 焊接裂纹问题 由于焊接冷裂纹对高强度钢的焊接结构有严重的危害，近年来世界各国对高强度钢的焊接冷裂纹进行了大量的研究。现代工业中高强度钢焊接结构的大量运用，易发生失效的熔合区裂纹引起人们的高度重视。焊接熔合区具有明显的化学和物理性能不均匀性，组织性能突变，是焊接接头中最薄弱的部位，脆性断裂和焊接裂纹易发生在该区域，特别是高强度钢焊接时尤为明显。1.焊接冷裂纹 （1）因钢中合金元素种类多，总含量达10%左右，具有相当高的空淬特性，由于haz淬硬倾向大，冷裂纹敏感性较大； （2）防制措施1正确选择焊接材料。为了保证使

21、用性能，最好采用同质填充金属，为了防止冷裂纹，也可采用crni奥氏体型填充金属。 2严格控制氢的来源。 选用优质焊接材料或低氢的焊接方法。 严格按规定对焊接材料进行烘焙及进行焊前清理工作。 （3）焊缝金属的塑性和韧性 1）通过焊接材料向焊缝过渡tinb mo v b te或稀土金属来韧化焊缝，利用焊缝的塑性储备减轻热影响区的负担，从而降低整个接头的冷裂纹敏感性。 2）采用奥氏体焊条焊接也可较好的防止冷裂纹。 （4）焊前预热。焊前预热可以有效降低冷却速度，从而改善接头组织，降低拘束应力，并有利于氢的析出，可有效的防止冷裂纹。 （5）控制焊接线能量。线能量增加可以降低冷却速度，从而降低冷裂纹倾向。

22、 （6）后热处理。焊后进行不同的热处理，可以起到消除扩散氢降低和消除扩散应力改善组织或降低硬度等作用。 2.焊接热裂纹1产生原因由于钢中含有c、nb等促进热裂的元素，因此该钢还有一定的热裂倾向，其敏感性介于sa213t9钢和sa213tp304h钢之间。 2防止热裂有如下措施： 1冶金措施 控制焊缝有害杂质的含量及破坏性作用，限制被焊sp含量，同时通过焊接材料过渡mntizr等合金元素，克服s的不良作用，提高焊缝抗热裂纹能力。改善熔池金属的一次结晶。细化晶粒可提高焊缝金属抗裂性，即可进行变质处理。 2工艺措施 预热 控制焊缝形状 采用碱性焊条和焊剂 采用收弧板 2.2.2 haz塑性降低。 由

23、于受焊接热循环的影响，haz晶粒长大倾向较大，使该区的塑性降低。 2.2.3 haz的软化。 由于受焊接热循环的影响，haz出现软化层，恶化了该区的力学性能。软化的程度与钢的强度和焊接线能量有关，钢的强度越高，软化越严重；焊接线能量越大，软化程度也越严重，同时软化区的宽度愈大。采用集中的焊接热源，有利于降低热影响区的软化程度。 2.2.4 焊缝金属韧性的恶化。 由于焊缝金属未曾经受控轧和形变热处理过程，晶粒不可能由此被细化；同时焊缝中的nb、v元素在冷却凝固过程中难以呈微细的c、n化合物析出，因此焊缝的韧性比母材低许多。 2.3 12cr1mov -t91异种钢的焊接性分析12cr1mov t

24、91异种钢的焊接性在12cr1mov、t91钢焊接性的基础上又有其自身的特点，这正是由于12cr1mov与t91钢的化学成分、力学性能、金相组织及物理性能的差异所致。12cr1mov t91生产中异种钢焊接时，焊接接头会出现如下特点。2.3 .1 焊接接头的脆化1.晶粒粗大引起脆化焊缝及热影响区的粗晶区加热温度超过1100，晶粒长大较快，在1100以上停留的时间较长，焊接线能量越大，晶粒粗大越严重，这种晶粒粗大引起的脆化现象，在t91这一边焊接接头更严重，所以，必须控制线能量，不能大。2.淬硬组织引起脆化 对于焊条电弧焊，冷却是比较快，电弧一离开马上开始迅速降温。因此，在ms点以下容易出现淬硬

25、组织，形成粗大的马氏体组织，这是导致淬硬组织脆化的主要原因，随意需要对焊接线能量控制和选择合理的焊接工艺选择。2.3.2 冷裂纹冷裂纹是在焊后冷却过程中，在ms点一下或更低的温度区间甚至在室温下逐渐形成的一种裂纹，产生冷裂纹有三个因素:1.钢种的淬硬倾向合金成分含量越多，淬硬倾向越大，焊后易得到硬度很高的马氏体组织，马氏体组织具有明显的空气淬硬倾向，使焊缝金属脆性增加。在焊接热循环作用下，经高温过热，焊缝及融合线附近晶粒急剧增大，加上焊接残余应力的作用，极易形成冷裂纹。此外，这两种钢的碳当量值均较高，珠光体钢12cr1mov的碳当量值为0.56，马氏体高合金耐热钢t91的碳当量值为2.1，均超

26、过产生冷裂纹的碳当量的极限值0.4，所以，冷裂纹倾向均较大。2.氢的含量及其积聚程度含氢量越高，冷裂纹倾向越大，氢浓度高的部位，容易形成冷裂纹。焊缝中的氢来源:母材焊材。所以电站焊接重要部件都用碱性焊条，就是为了降低焊缝中的含氢量，也叫低氢型焊条。3.焊接接头的应力状态拉伸拘束应力的存在时产生冷裂纹的充分条件，拉伸应力越大，开裂倾向越大。因此，要避免强行对口。以上三个条件中，不一定三个因素同时存在才有冷裂纹，可能是某因素其主要作用也会引起开裂。2.4本章小结 综上所述， 12cr1mov和t91在焊接过程中，要确保焊接接头的性能指标可满足规定要求，需要要制订合理的焊接工艺。3 制定焊接工艺3.

27、1 焊接的工艺试验 异种钢焊缝与母材的化学成分、金相组织、物理性能及力学性能都有较大的差别，因此异种钢焊接要比同种钢复杂得多。焊扫时必须采取一定的恃殊工艺措施才能获得满意的焊接接头。考虑异种钢焊按工艺时必须根据这些特定的条件来确定焊接方法、焊接材料、工艺参数以及其它的措施。3.1.1 焊接方法的选择 常用的各种电弧焊接方法都可以进行焊接，但在火电建设工程中，管道的焊接常用手工钨极氩弧焊打底、焊条电弧焊盖面的焊接工艺，所以选择手工钨极氩弧焊打底、焊条电弧焊盖面的焊接工艺。而本课题规定的母材尺寸为425mm,故采用手工钨极氩弧焊打底，焊条电弧焊盖面的工艺。考虑到焊后的焊缝具有优良的性能,焊机选zx

28、7-400stg型逆变焊机。3.1.2 焊接材料的选择 正确地选择焊接材料是异种钢焊接时的关键，接头质量和性能与焊接材料关系十分密切。选择异种钢焊接材料的基本原则可归纳如下：1.在焊接接头不产生裂纹等缺陷的前提下，若不可能兼顾焊缝金属的强度和塑性，则应选用塑性较好的焊接材料。2.异种钢焊接材料的焊缝金属性能只需符合两种母材中的一种即认为满足技术要求。 3.焊接材料应具有良好的工艺性能，焊缝成形美观。4.焊接材料应经济、易得。但选择焊接材料应综合考虑上述各个方面，而不能简单依据某种原则。异种钢焊接时有4种焊接材料可供选择：与异种钢焊接接头合金质量分数较低的一侧母材金属成分相同的材料低匹配）；与异

29、种钢焊接接头合金质量分数较高的一侧母材金属成分相同的材料（高匹配）；介于异种钢焊接接头两侧母材金属中间成分的树料（中匹配）；完全不同于异种钢焊接接头两侧母材金属成分的材料。对于珠光体钢和马氏体钢的焊接，焊接材料的选用还没有一致的看法，目前国内虽然仍倾向于采用低匹配材料，但也有资料指出，有时这 样反而会引起热影响区产生裂纹，所以对于马氏体钢与珠光体钢的焊接，其焊接材料的选择应综合考虑。国外一些资料指出，12cr1mov珠光体耐热钢与t91马氏体热强钢的焊接，选用t91类型的焊接材料焊接的异质接头要比用12cr1mov类型的焊接材料焊接的异质接头的塑性好，而其结论是推荐用t91类型的焊接材料。 另

30、外，珠光体钢与马氏体钢异种钢焊接接头热处理时在熔合区可能发生c扩散，井留下一个c扩散层，如果用高匹配焊接材料进行焊接，则c扩散层转移到珠光体钢母材一侧。显而易见，珠光体钢有较好塑性，c扩散层即使在珠光体钢这一侧，其接头塑性也较好，利于提高接头的热强性。 国内一些资料表明珠光体钢与高cr马氏体钢焊接时采用高匹配焊接材料，其接头的耐热、耐蚀性更好。综上所述，对于12cr1mov与t91异种钢焊接采用高匹配焊接材料应是较好的选择。根据焊材的选用原则、焊接质量以及现场施焊的条件,选用tig-r40焊丝,直径2. 5 mm, r407焊条，直径3.2mm,使用前应清除表面的锈、垢和油污等,直至露出金属光

31、泽。tig-r40焊丝和r407焊条的化学成分见表31表31 tig-r40焊丝和r407焊条化学成分(% ) csi mn p s cr mov fe0.060.120.450.700.751.050.0250.0252.202.502.202.500.050.120.60.90.0350.0352.002.500.901.20余量选用铈钨极wce-20,直径2. 5 mm,氩气纯度为99. 99%。3.1.3坡口制备 异种钢焊接时确定坡口角度的主要依据除母材厚度外，还有母材在焊缝金属中的熔合比。一般说来，坡口角度越大，熔合比越小，坡口角度越小，熔合比越大。异种钢多层焊时，确定坡口角度要考虑

32、多种因素的综合影响，但原则上是希望熔台比越小越好，因为这样可降低母材对焊缝金属合金成分的稀释作用，使焊缝金属的化学成分和性能比较稳定，波动较小。为保证焊接质量,便于操作,坡口采用“v”形坡口,见图1坡口的制备采用机械方法,坡口处母材应无裂纹、毛刺等缺陷。焊口组装前将焊口两侧15 mm范围内的油、漆、垢、锈等清理干净,直至露出金属光泽。3.1.4 焊前预热及焊后热处理国内外不同资料对t91小径管的焊接加热规范要求不一，如国外某些资料对8mm以下的t91小径管的焊接要求层间温度为180250，焊后回火为760x0.5h；而国内国家电力瓮火电建设部的t91/p91钢管焊接工艺暂行规定则规定的焊接层间

33、温度为300350，焊后回火为750x1h。为制定一个科学的适合工地施工的焊接热规范，结合12cr1mov钢的特性，按照电力建设施工及验收技术规范 火力发电焊接篇（dl5007-92）的有关规定，综合有关资料，我们在焊接工艺参数不变的前提下制定两种焊接加热规范分别进行试验。a：1、预热方式：火焰加热及 测温：特式测温仪测量 热处理方式：远红外加热。2、氩弧焊打底前预热：100150，盖面前预热温度：250300。3、层间温度：2003004、焊后热处理：焊缝整体焊接完毕后，冷却到室温后升温到750恒温30min。升降温速度为150/h。b：1、预热方式：火焰加热 测温：笔式测温仪测量 热处理方

34、式：远红处加热。2、氩弧焊打底前预热：100150。盖面前预热温度：250350。3、层间温度：3003504、焊后热处理：焊缝整体焊接完毕后，冷却到室温后升温到750恒温60min。升降温速度为150/h。3.1.5 焊接工艺12cr1mov与t91进行焊接时,打底焊根部充氩保护,以防止根部氧化或产生缺陷,充氩保护应贯穿于整个焊接过程中,正面保护气体流量为810 l/min,背面保护气体流量为810 l/min,水平固定焊接工艺参数见表32.垂直固定焊接工艺参数见表33 表32 水平固定焊接工艺参数层数焊接电流ia焊接电压uv焊接速度vmmmin190120a1315v68295115a23

35、25v 85395115a2325v75表33 垂直固定焊接工艺参数层数焊接电流ia焊接电压uv焊接速度vmmmin190120a1315v65 295115a2327v 70 1/395115a2327v752/395115a2327v75在施焊中应尽量采用小热输入量,抑制焊缝晶粒过热,提高焊缝的力学性能。切忌大电流、慢速焊的操作习惯。由于t91钢合金含量高,铁水发粘,打底时送丝一定要均匀,避免产生根部焊缝未熔焊丝头。铁水过渡最好采用自由过渡,收头时要特别注意填满弧坑后移向坡口边缘收弧,避免产生弧坑裂纹。层间要仔细清理,避免产生夹渣缺陷,可用角向磨光机清理,但要避免用錾子过重敲击,以免产生裂

36、纹。3.1.6 焊接工艺参数的控制 由于在火电建设工程中管道焊接常用手工钨极氩弧焊打底，焊条电弧焊盖面或手工钨极氩弧焊的方法进行焊接，而焊条电弧焊和手工钨极氩弧焊可能获得的熔合比范围为2o30和10-100。焊条电弧焊的熔合比相对来说比较小，但手工钨极氩弧焊的熔合比范围较大，因而，控制好焊接工艺参数对降低熔合比有直接的影响。焊接热输人越大，母材熔入焊缝越多，而焊接热输入又取决于焊接电流、电弧电压和焊接速度等工艺参数，因而在焊接时应在保征焊缝组织正常、熔合区硬化程度正常的前提下，采用小的参数以减少热输人，这样才能降低熔合比。3.1.7 需要注意的几个问题：1.氩弧焊打底时，为保证焊接质量，引弧时

37、采用高频，收弧时采用衰减。2.焊接过程中内充气，必须将焊缝厚度焊接到管壁厚度的1/3以上时可停止充气。3.每层焊道力求平整，尽量不出“死角”，并严格进行层间清理，熔渣一定要清理干净。 4.热处理时热电偶与工件的接触必须良好，力求测温正确。 3.1.8质量检验 焊后,对试件进行检验与试验,包括外观检查、射线探伤、拉伸试验. 弯曲试验、金相试验和硬度试验。 1.外观检验:未发现超标缺陷,焊口合格。 2.射线探伤:依据电力行业标准dl/t8212002,全部底片为级,焊口合格。 3.力学性能试验:从试验结果数据可以看出,试样抗拉强度满足低强度侧要求,试样拉断处于远离焊缝的母材上,且在强度低的母材侧;

38、冷弯试验,未见开裂情况,试样全部合格。 4.硬度检验:从硬度测量数据来看,焊缝和热影响区的硬度都符合规定要求,结果理想。 5.金相检验:焊缝及热影响区组织为回火索氏体,无裂纹、无过烧组织,金相组织符合有关技术要求。3.2 本章小结 综上所述，可看出选用a、b两种焊接热规范都能得到优良性能的焊接接头，但结合工地实际情况，并从经济效益方面考虑a方案比较实用于指导生产。 4 焊接工艺评定4.1焊接工艺评定的意义、目的在焊接结构制造工艺拟订好，焊缝施焊前要进行焊接工艺评定，这是从焊接工艺角度保证产品质量的重要措施，使制造出来的接头满足所要求的性能。焊接工艺评定的目的在于验证焊接工艺（指导书）的正确性，

39、焊接工艺正确与否的标志在于焊接接头的使用性能是否符合要求。若使用性能符合要求，则证明所拟订的焊接工艺是正确的，当用于产品时，则产品焊接接头的使用性能同样可以满足要求。压力容器焊接工艺所包括的内容相当广泛，并且任何一种主要焊接参数,如焊接电流、焊接电压、焊接速度、预热温度、层间温度、焊接材料的牌号或成分、焊后热处理温度和保温时间、焊件厚度个焊接位置的改变,都会对接头的性能产生较大的影响,因此对于所编制的并将用于生产的每项焊接工艺应作相应的评定。焊接工艺评定的主要内容是按准备采用的焊接工艺，在接近实际生产的条件下焊制模拟产品接头的试板，并从焊成的试板中按产品的技术条件截取拉力、弯曲和冲击韧性试样。

40、并将焊接条件变化是否影响焊接接头力学性能作为是否需要重新评定焊接工艺的判断准则，评定标准和规则也是根据这一判断职责指定的。如果所有试样的检验结果全部符合技术要求，则证明所编制的焊接是可性的，可根据工艺评定报告拟订正式的焊接工艺细则卡。如果检验的项目中某一项或几项不合格，则说明该工艺不能用于生产，需要重新编制再作焊接工艺试验，直至全部项目合格。4.2 焊接工艺评定的一般过程1.拟订焊接工艺指导书 由具有一定专业知识和有相当实践经验的焊接工艺人员，根据钢材的焊接性能实验，结合产品特点、制造工艺条件来拟订焊接工艺指导书。2.施焊试件 由技术熟练的焊工根据焊接工艺指导书的内容及有关参数规定对样板进行施

41、焊。3.填写焊接工艺评定报告 按照焊接工艺指导书和标准规定对样板进行施焊后，检验及测定试样性能，填写焊接工艺评定报告。如果评定不合格，应修改焊接工艺指导书继续评定，直到评定合格。4.3 12cr1mov和t91异种钢管的的焊接工艺评定本课题主要研究的是12cr1mov和t91异种钢管的焊接工艺评定，钢管的直径为42mm，钢板的厚度为5mm。 4.3.1 制定焊接工艺指导书 焊 接 工 艺 指 导 书单位名称：河南机电高等专科学校 批准人签字：焊接工艺指导书编号： wps-01 日期：2009.5.10 焊接工艺评定报告编号：pqr-01焊接方法：钨极氩弧焊 手工电弧焊 机械化程度（手工、半自动

42、、自动）：手工焊接接头：对接坡口形式：v形坡口垫板（材料及规格）：焊剂垫其它：应当用简图、施工图、焊缝代号或文字说明接头形式、坡口尺寸、焊缝层次和焊接顺序 母材：12cr1mov +t91类别号：组别号： 1 与类别号： 组别号：1 相焊 或标准号：gb1221钢号：t91与标准号：jb755 钢号：12cr1mov 相焊厚度范围母材：对接焊缝： 角焊缝：管子直径、壁厚范围：425mm： 角焊缝： 组合焊缝 焊缝金属：其它：焊接材料：tig-r40焊丝 r407焊条焊条类别： 其它：焊条标准： 牌号：填充金属尺寸：2.5mm 3.2mm焊丝、焊条牌号：tig-r40焊丝 r407焊条焊剂商标名

43、称： 焊丝（焊条）、熔敷金属化学成分（质量分数） csi mn p s cr mov fe 0.11 0.64 0.890.0100.010 1.20 0.52 0.25余量 注：对每一种母材与焊接材料的组合均需分别填表。焊接位置：对接焊缝的位置：平焊焊接方向：向上： 向下：角焊缝位置：预热：预热温度（允许最底值）：100 层间温度（允许最高值）：300保持预热时间：1h加热方式： 氧乙炔火焰加热 焊后热处理： 加热温度：750 生温速度：150/h保温时间：30min 冷却方式：回火 气体： 保护气体:ar 混合气体组成：流量：810 l/min电特性： 电流种类：直流 极性：钨极氩弧焊：正

44、接 手弧焊：反接焊接电流范围（a）： 电弧电压（v）：钨极氩弧焊：90120a 钨极氩弧焊：1315v 手弧焊： 95115a 手弧焊： 2325v（应当对每种规格的焊条所焊位置和厚度分别记录电流和电压范围，这些数据列如下表中）焊缝层次焊接方法填充金属焊接电流 电弧电压范围v 焊接速度mmmin牌号直径/mm极性电流/a打底焊钨极氩弧焊tig-r402.5直流正接90120a 1315v68填充焊手工电弧焊r4073.2直流反接95115a2325v 85填充焊手工电弧焊r4073.2直流正接95115a2325v75钨极规格及类型（钍钨极或铈钨极）：铈钨极 熔化极气体保护焊熔滴过渡形式（喷射

45、过渡、短路过渡等）：短路过渡焊丝送进速度范围：3654m/h技术措施：摆动焊或不摆动焊：第二层开始摆动焊摆动参数：喷嘴尺寸：焊前清理或层间清理：锤击后用钢刷清理背面清根方法：碳弧气刨导电嘴至工件距离（每面）：24mm多道焊或单道焊（每面）：多道焊多丝焊或单丝焊：单丝焊：锤击：其它（环境温度、相对湿度）：编制尹晓磊日期2009.5.10审核日期4.3.2试件的制备 根据焊接性试验方法按gb/t4675.11984焊接性试验 斜y形坡口焊接裂纹试验方法的规定进行，试板尺寸：26mm*5mm*130mm(按标准规定进行坡口加工)试板加工外侧为60，内侧为55的带钝边的双面v形坡口化学成分与母材相同，

46、在焊缝两端设有引弧板与引出板。4.3.3试焊前预热焊前对试板进行了预热，预热的方式采用氧乙炔火焰加热，氩弧焊预热温度为100150，盖面前预热温度：250300，焊接过程中严格控制道间温度不低于200，焊后缓冷到100150,保温0. 51 h,冷却速度为150/h,使其焊接接头完全转变成马氏体组织,然后再升温,进行热处理。热处理温度为750,升、降温速度为150/h,保温30 min。4.3.4试焊1.焊接前清理焊道两侧15mm范围内的油、锈等污物，先焊内侧焊缝，然后从外侧清根，再焊外侧焊缝；2.焊前采用火焰焊缝进行预热；预热宽度为坡口两侧不小于150-200mm范围，预热过程随时用远红外温

47、测议测温，保证预热温度的均匀性，温度升到250后开始焊接；3.采用钨极氩弧焊，焊接参数严格指行焊接工艺，并严格控制焊接热输入，每条焊缝要一次焊完，中间不得停留，并严格控制道间温度不低于200；否则应进行重新加热。内侧焊缝焊完后，从外侧采用碳弧气刨清根，清根前要求焊缝温度不低于250，否则要进行预热处理；4.每条焊缝焊完后，焊后缓冷到100150,保温0. 51 h，以降低扩散氢的含量，并促使焊缝晶界的有害杂质进一步弥散；减少因s，p杂质偏析而导致裂纹，同时降低焊接接头的强度，提高焊接接头的冲击韧性，避免延迟裂纹的产生；4.3.5焊后热处理 焊接的试件，焊后应进行局部高温回火处理。热处理的工艺为

48、：焊后必须缓冷到100150,保温0. 51 h,冷却速度为150/h,使其焊接接头完全转变成马氏体组织,然后再升温,进行热处理。热处理温度为750,升、降速度为150/h,保温30 min。试验材料为12cr1mov + t91钢，板厚5mm化学成分和性能分别示表41表42和表43中。 表41 12cr1mov与t91钢的化学成分牌号化学成分%cmnsigrmonivnbnps12cr1mov0.080.15 0.700.170.370.901.200.250.350.25 0.0350.035t910.080.120.300.60 0.200.508.009.500.851.050.400

49、.080.250.060.100.030.070.020.01表42 12cr1mov的力学性能牌号抗拉强度ksi(mpa)屈服强度ksi(mpa)伸长率（标距50mm）布氏硬度（hb） 洛氏硬度（hrb） 冷弯度12cr1mov5864142018060不要求 表43 t91的力学性能牌号抗拉强度ksi(mp)屈服强度ksi(ma)伸长率（标距50mm）布氏硬度（hb）洛氏硬度（hrb）冷弯度t91470-6402252121795不要求4.3.6力学性能测试及参照标准焊接合格后进行力学性能试验、金相检验以评定焊接性能，测试方法及参照标准如下：1.冲击试验 根据gb/t229的规定进行，试样取向：试样纵轴应垂直于焊缝轴线，缺口应垂直于母材表面试验温度，0缺口形式，