12%Cr(F11•F12)钢焊接技术（三）

HEATS

　　3.5.3.3 两种选材结果的化学成分、金相组织及性能的比较：

3 o& \0 ~" e% [, _( b( P : N% J( [+ H6 W- V

　　(1)化学成分比较

( @3 T' O. w0 S( {. X

　　用TIG—R40打底时(如二层)，其焊缝金属C、Cr含量比母材降低较大，但由于熔合比作用，焊缝金属中的C、Cr、Ni、W、V等仍比焊缝熔敷金属高(如焊缝中W0.32%，Cr降低为5.58%)；焊缝金属中含H量也特别低。

& O8 q* w: F% t. o! c! i $ R2 j. O8 j# N) j6 S" S. L5 g

　　用20MVW—IG打底时，焊缝金属的化学成分与母材相近；(W增至0.44%)

/ W# D) @5 l1 ^8 ?* r

　　(2)金相组织比较

; @# P& [3 Y+ M* T( Z9 o# D ! z1 j1 |; F9 s- ^ [2 H

　　用TIG—R40打底：回火后焊缝根部是回火索氏体+铁素体+少量碳化物组织

% B) a0 ]4 U8 p6 G" ]+ f8 z

　　用20MVW—IG打底：回火后焊缝根部为有位向回火索氏体斗少量铁素体

8 g2 B! e5 v% P! I$ y* k8 g

　　(3)焊接接头常温力学性能比较

　　①两种焊丝打底的接头其бb均高于母材的бb；低匹配бb比母材高30MPa，等强匹配高61MPa，即等强匹配的бb>低匹配的бb。

/ g; N" V3 n* w1 ~# k

　　②低匹配的塑性指标(δs、ψ冷弯角)高于等强匹配。

4 c) W: f+ e8 f/ a" x! x

　　③冲击韧性αk值，低匹配低于等强匹配，对抗断裂不利。这是由于低匹配时，焊缝金属合金含量低，易形成块状铁素体所致。

　　④两种匹配法采用小线能量多层多道焊比采用大线能量多层单道焊时，其焊缝金属的αk高；但HAZαk值与母材相近。其原因为多层多道焊缝金属，HAZ组织为有位向回火索氏体，而多层单道焊有明显的柱状晶，随低熔点杂质富集的影响不同而不同。

- q7 {7 r% R4 L0 h ! Y$ P. W3 B; J! z R

　　(4)高温短时力学性能比较(550℃试验)

& G/ W) x8 f E t6 j# s

　　①两种匹配的接头бb均小于母材的бb；侣匹配低52MPa，等强匹配低20MPa。即从保证接头高温强度来看，等强匹配优于低匹配。

+ A1 s8 v/ U* a# F9 Y% z # @' V6 d$ H. F, u, G$ X

　　②塑性指标(δs、ψ)均低于母材。低匹配比母材低(以δs为例)9%，等强匹配低11%。即从高温塑性看，低匹配优于等强匹配。

5 B" @9 [2 Z6 _) W( R: l8 c

　　3.6 焊后冷却

3 e! m: H8 D z: h0 w

　　3.6.1 要严格控制焊后冷却温度，确保焊缝组织充分转变为马氏体，只有这样才能在回火过程中获得具有良好性能的索氏体组织。这是F12钢焊接的独特要求。

' t+ z! M+ ]$ m ! [- ^6 N3 S7 c3 d( m! V' l

　　3.6.2 F12钢不允许焊后立即升温回火，因为在焊接过程中奥氏体尚未完全转变为马氏体，焊后如立即升温回火，碳化物将沿奥氏体晶界析出，同时奥氏体向珠光体转变，如前所述，这种组织很脆，对接头性能十分不利。

* o3 j( [( F6 \9 U- b + a) }9 d% L k0 R9 S9 |

　　3.6.3 F12钢也不允许焊后冷却到室温再进行升温回火热处理，这是因为有产生裂纹的严重危险。其原因是：

. [+ [1 u$ v/ P

　　3.6.3.1 在室温下，焊缝中的残余奥氏体将继续转变为马氏体，当保持时间在24～72h范围内，转变尤为强烈，这便使得焊接接头进一步变硬，变脆，组织应力进一步升高。

* N( a# h3 i K X6 L& u5 v

　　3.6.3.2 此钢经空淬后，常温塑性相当低(δ＝4.2%)。

7 k8 }2 U% @* g: Z) S . W( ?7 X2 ^; C* G2 T# S1 a9 p. n

　　3.6.3.3 由于长时间H的逐渐析集，在焊缝的局部将产生较大的氢(分)压。

) w$ J" K; O2 ] R! b

　　3.6.4 焊后冷却的温度及保持时间

. m' @, Y$ w+ p/ m: s5 c$ a

　　据资料及国内外规程、经验，—般应将F12焊缝冷却至100～150℃，保温(恒温)1～2h(厚壁大径管可按1分／mm•×壁厚进行恒温，但不得少于30分钟，等奥氏体组织转变成马氏体后，立即开始焊后热处理。

　　3.6.5 对于薄壁小径管《如疏水、排气等管》焊口，由于径小、壁薄，刚性小，热应力也小。因此，可以让焊口焊后冷却至室温再进行回火热处理。但是其焊接和热处理之间的间隙时间不能超过24h，否则可能产生裂纹。

　　3.7 焊接坡口型式

, d5 Q |( q2 D$ ~' q

　　对于厚壁大径管常用坡口有两种：双V型及U型。

* E/ h$ J+ t+ W* R8 U

　　3.7.1 双V型坡口

) ^" R$ ? a% q' F! o' n

　　优点：坡口现场加工比较容易，只要焊接操作得当能确保质量。

　　缺点：双V型坡口下半部空间较狭窄，根部及下半部焊接时焊条摆动困难，易产生夹沟现象，导致焊缝夹渣或出现熔化不良现象；坡口填充金属相对较多。

, {* i0 P# z# B/ E. M: k5 ~

　　3.7.2 U型坡口

8 v2 g% n5 @/ e2 Z' A% I1 A

　　优点：坡口底部较宽，便于运条，有利于底部熔化良好，有效地提高了接头质量；坡口填充金属相应较少，有利于节约焊材和降低焊工劳动强度。

' [! z: o) e# t0 O9 f - A* r3 }4 G/ h+ I/ h

　　缺点：加工稍麻烦

9 A4 E) i2 u. M6 A8 M3 G 2 H: V! b7 t; x' s* A- k

　　3.8 焊接规范

5 h8 J& y- [ w( T( c% y- ^- [2 `2 ^3 ` # j1 q* O9 K L' }) N0 ]

　　3.8.1 F12钢厚壁件焊接时，综上所述应采用小规范多道多层焊，焊接线能量控制在23000J／cm，t8／5控制在75秒左右。

- z6 f2 X" ~' N. s! q

　　3.8.2 多道多层焊除了如前所述有利于接头的韧性，同时，这种小规范焊接也有效地控制了焊接接头的峰值温度，对防止和减小热影响区软化层<带)有利。

3 M/ x s! Z U

　　3.8.3 多道多层焊接时，每道焊缝的厚度不大于所用焊条直径的(1～1.5)倍，宽度不大于所用焊条直径的2～3倍。

　　3.8.4 F12钢不同规格焊条焊接许用电流范围

　　3.9焊后热处理

　　3.9.1 Ft2焊后必须进行热处理：

0 z2 p! r4 P, r, D5 d 7 A8 A& u; H( v% m# h& M% Z

　　3.9.1.1 F12焊后状态硬度极高(HB550～600)，必须进行高温回火硬度才能降到安全范围(HB≤350)之内。

' N' f4 ?4 r; u. ^. G: h $ J& B' J8 r/ j# Z/ e1 G9 j

　　3.9.1.2 F12焊后组织为高硬度的马氏体+贝氏体+少量铁素体+残余奥氏体等不稳定组织，经过热处理，马氏体才能转变为性能优良的索氏体。

& [# q2 B& e# o. a% {5 ] 7 K6 y5 Q+ _* m* x+ l9 l

　　3.9.1.3 只有经热处理才能消除或降低焊接残余应力(热应力+组织应力+附加应力)，并有效去除焊缝中的氢，以避免冷裂纹。

　　3.9.2 F12热处理规范

' s- M: a* V% i$ ?3 @: h+ c ^; r( `( V% f9 ~# u

　　3.9.2.1 760～780℃(英闰720～760℃)高温回火，恒温时间决定了马氏体转变为索氏体的过程。国内F12钢焊后高温回火工艺规范。

$ k( S" I! I. V2 r+ M

　　3.9.2.2英国(babcock)的规定恒温时间

; W; b# A3 U3 F) {' q8 B

　　2.5min／mm壁厚，但最少不得少于60分钟。

, t [# S* F, B2 d + I# O8 U# _3 }! p5 g g

　　3.9.3 回火温度要适当(760～780~C)(英国720～760~C)。

" A3 t8 G- P, e5 W5 [# T- F i* U $ A1 h, @" y9 }0 i$ \9 R( Z: R4 u

　　3.9.3.1 回火温度过低，回火效果不显著，利于防止冷裂纹。

1 ^2 D t0 O/ N) P/ D

　　3.9.3.2 (1)回火温度增高有利于防止冷裂纹(≤800℃)

, I+ L- X8 e/ ~7 e

　　(2)回火温度过高焊接接头软化带加剧，对接头强度影响极大。

, q8 n4 c/ j. k% [

　　(3)回火温度若超过ACl(840℃)，则奥氏体再次形成，并在随后的冷却过程中重新淬硬。

S6 |8 z$ h, l% G5 \3 [4 A 4 b, [& c I' f, a, `

　　3.9.4 回火恒温时间应充分

4 H4 r+ ~: t& J% b 2 ~' B# D* @4 [1 R5 Q& K

　　F12焊后状态的组织一般为马氏体+贝厌体，在回火时必须要有充分的时间，马氏体、贝氏体(尤其是贝氏体)才能完成转变，否则接头的塑性、韧性难以达到要求。

' m& s; ~: Q v5 _, }5 X

　　3.9.5 加热及冷却速度及恒温要求

- c: y, o, Q2 `9 `# F9 ~9 s" I ; Q/ ?; U" v6 V$ m o3 ^2 @7 u

　　原则上要保证管子内外壁，上下部及加热区范围内温度均匀，温度梯度不能过大，(国内焊规50℃)。恒温时，英国规定，焊缝两侧离焊缝中心2.5√rt的表面温度不得低于热处理温度的1／2。

1 A( y3 z! C) M! F. c

　　(r-管子内半径，t-壁厚)

　　一般情况下视壁厚，加热速度为1.5℃／分钟～3℃／分，壁越厚速度应越慢；冷却速度2℃／分～4℃／分。

9 X! Z5 h- ]& v3 D* o( E$ o1 ]

　　冷却时300℃以下可包扎自冷。

2 }" R5 \. W% |# V s - g% ^7 d( R* S" {

　　目的:防止在热处理过程中产生残余应力。

　　4 F12钢焊接及热处理工艺

! p+ N1 q' |' K1 s

　　4.1 焊接方法：薄壁小管全氩；厚壁大径管氩弧焊打底+电焊盖面。因为F12(F11)含铬量高达12%，除非加焊剂，否则无法用氧一乙炔焰焊接。

9 F/ J, B* M2 f " h% d) V! `' B

　　4.2 坡口：为尽量减少填充金属δ≥20mm宜采用双V或U型坡口。薄壁小管可采用V型坡口。

+ M1 }. j0 j+ Y6 y; Y* y% ^

　　4.3 管子切断及坡口加工：用等离子切割或机械加工方法。因为含Cr量高，无法进行氧—乙炔焰切割。

% K0 R% X0 r+ J% H6 p 5 O9 ^7 ]* ?1 @: s

　　4.4 预热,奥氏体法400～450℃；马氏体法230～300℃，层温控制≤300℃。

# L) H" z. [0 H1 n4 f+ M ) Z( f7 K3 l0 e) L3 G& l

　　4.5 小规范多道多层焊。根部采用Ø2.5mm焊条，δ≤25.4mm范围内采用Ø3.2mm焊条，δ>25.4mm可采用Ø4mm焊条。

　　4.6 选择合适的焊丝和焊条。低匹配(等强匹配)，控制焊缝中的含C量。

　　4.7 严格控制焊后冷却温度，冷却至100～150℃，确保焊缝组织充分转变为马氏体。

1 X( r# a, R1 L

　　4.8 严格按规范进行焊后热处理，这是确保焊接质量的一个关键工序。

　　4.9 预热及热处理应用电加热法(远红外线加热，中频加热)，并自动记录预热、焊接及热处理曲线。

　　4.10 认真做好焊接时根部前两层焊道的内部充氩保护工作。

　　4.11 焊后检验3个100%即100%外观检查，100%磁粉探伤，100%超声波探伤(小管100%射线检查)。

; h! a0 `* x8 k5 v6 d7 H& Y, Z

　　4.12 热处理后硬度检查：按工艺曲线，并有自动记录，可不检查，为自检或保险可要求，HB≤350；另外可作5%表面金相，应无裂纹，过烧及马氏体组织，无严重影响机械性能尤其是冲击韧性的各种组织。