石秋紅 ，黃孫民，張 琳

(1.廣西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530003；2.廣西建工集團(tuán)第一安裝有限公司，廣西南寧 530003)

0 前言

廣西某建設(shè)工程中的分汽缸采用12Cr1MoVR珠光體耐熱鋼材料，筒體直徑φ600mm，長(zhǎng)度5230mm，重約3 370 kg，工作介質(zhì)為過(guò)熱蒸汽。分汽缸也叫分汽包，它是蒸汽鍋爐的主要配套設(shè)備，廣泛用于發(fā)電、石油化工、鋼鐵、水泥、建筑等行業(yè)。其作用是把鍋爐運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的蒸汽分配到各路管道中去，并起到儲(chǔ)蓄、分配用汽，緩沖、調(diào)整汽壓，節(jié)省能源，向用汽點(diǎn)供汽，汽水分離及多臺(tái)鍋爐蒸汽并用的作用[1]。它是供熱系統(tǒng)中不可或缺的、安全技術(shù)要求高的壓力容器，也是重要的特種建筑設(shè)備。因此，對(duì)蒸汽分汽缸的設(shè)計(jì)、制造、質(zhì)量檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)必須要有足夠的安全意識(shí)，正確合理的焊接生產(chǎn)工藝對(duì)保證分汽缸的質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用[2]。

1 分汽缸的設(shè)備參數(shù)

分汽缸工作溫度485℃，在高溫時(shí)為具有較好的高溫強(qiáng)度和抗氧化能力，選擇的筒體及接管材質(zhì)均為12Cr1MoVR珠光體耐熱鋼。其設(shè)備參數(shù)如表1所示。

表1 分汽缸的設(shè)備參數(shù)Tab.1 Equipment parameters of gas-distributing cylinder

2 12Cr1MoVR珠光體耐熱鋼的焊接性分析

珠光體耐熱鋼是以Cr、Mo為基的合金鋼，廣泛用于制造工作溫度350℃～600℃的蒸汽動(dòng)力發(fā)電設(shè)備。12Cr1MoVR珠光體耐熱鋼的化學(xué)成分和常溫力學(xué)性能如表2、表3所示。

表2 12Cr1MoVR化學(xué)成分Tab.2 Chemical Composition of 12Cr1MoVR %

表3 12Cr1MoVR常溫力學(xué)性能Tab.3 Mechanical properties at rom temperature of 12Cr1MoVR

12Cr1MoVR珠光體耐熱鋼的含碳量很低，而且嚴(yán)格控制硫、磷等雜質(zhì)，總體上來(lái)說(shuō)焊接性較好。

2.1 淬硬傾向

12Cr1MoVR鋼中由于Cr、Mo、V等元素使過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性提高，因而焊接時(shí)熱影響區(qū)有一定的淬硬傾向，淬硬傾向取決于它的含碳量、合金的成分及含量。在焊接時(shí)，如果冷卻速度較大，焊后焊縫及熱影響區(qū)易形成淬硬組織，硬度增高，從而增大焊接接頭的脆性，有較大拘束應(yīng)力時(shí)會(huì)導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生。因此應(yīng)嚴(yán)格控制焊材化學(xué)成分，采取焊前預(yù)熱、焊后緩冷、減小熱影響區(qū)寬度等方法來(lái)降低焊接淬硬性[3]。

2.2 軟化區(qū)

珠光體耐熱鋼焊接接頭的組織和性能不均勻，在峰值溫度為Ac1的部位出現(xiàn)硬度最低的“軟化區(qū)”。鋼中合金元素越多，焊接時(shí)冷速越低，軟化區(qū)的強(qiáng)度損失越大。為控制軟化，應(yīng)盡量縮短在Ac1溫度附近停留的時(shí)間，選用預(yù)熱溫度低，焊接線能量較小的焊接方法比較有利。

3 焊接方法和焊接材料的選用

（1）珠光體耐熱鋼的焊接可選用焊條電弧焊、CO2氣體保護(hù)焊和埋弧焊等。由于此分汽缸直徑為φ600 mm，所以選用焊條電弧焊打底，CO2氣體保護(hù)焊填充及蓋面較為合適。且用CO2氣體保護(hù)焊焊接時(shí)，焊絲中的Cr、Mo、V基本不燒損，而燒損較嚴(yán)重的Si、Mn可通過(guò)選用Si、Mn含量高于母材的焊絲來(lái)解決。

（2）焊接珠光體耐熱鋼選用焊接材料的原則是保證焊縫和母材耐熱性能[4]。為此要求焊縫的化學(xué)成分與母材基本相同。為了降低焊縫的熱裂紋敏感性，其含碳量應(yīng)低于母材，但為了保證熱強(qiáng)性，含碳量應(yīng)大于0.07%[4]。

根據(jù)上述原則，分汽缸的焊接焊材選用如下：焊條電弧焊焊條牌號(hào)R317，型號(hào)E5515，規(guī)格φ3.2mm和φ4.0mm。CO2氣體保護(hù)焊焊絲牌號(hào)為GMR-1CM，型號(hào)為ER80S-G，規(guī)格φ1.2 mm。

4 焊接工藝參數(shù)

4.1 焊前準(zhǔn)備

在耐熱鋼焊縫金屬中，擴(kuò)散氫含量增加容易產(chǎn)生冷裂紋。而低氫型焊條容易吸潮，因此要求焊條在焊前徹底烘干，選用E5515型焊條在350℃溫度下烘干1 h[5]。

焊前清理要求坡口表面不得有裂紋、分層、夾渣等缺陷。坡口表面兩側(cè)20～30mm范圍內(nèi)不得有氧化物、油、水等有害雜質(zhì)。

4.2 焊接工藝參數(shù)

分汽缸筒體厚度為30 mm，采用多層焊。定位焊縫長(zhǎng)10 mm，間距50 mm，焊接電流比正常電流高10%～15%，焊材牌號(hào)與焊縫要求相同，焊后清渣干凈。每層（道）焊后清渣干凈再焊下一層（道），背面清根后應(yīng)檢查無(wú)缺陷方可焊接。工藝參數(shù)如表4所示。

接管與筒體焊縫的焊接采用CO2氣體保護(hù)焊，焊接工藝參數(shù)與筒體的工藝參數(shù)相同。

4.3 焊后熱處理

為了消除殘余應(yīng)力，改善接頭組織，提高焊接接頭的綜合力學(xué)性能，對(duì)分汽缸進(jìn)行焊后整體退火處理，將分汽缸整體加熱至675℃±14℃，保溫24 h后爐內(nèi)緩冷。

5 結(jié)論

通過(guò)分析分汽缸筒體材質(zhì)12Cr1MoVR珠光體耐熱鋼焊接性，結(jié)合分汽缸使用要求，按照上述焊接工藝參數(shù)和工藝措施生產(chǎn)的分汽缸經(jīng)射線無(wú)損檢測(cè)及水壓試驗(yàn)，質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)已投入運(yùn)行，設(shè)備使用狀況良好。

表4 筒體對(duì)接焊縫的焊接工藝參數(shù)Tab.4 Process parameters of shell/barrel butt weld

[1]李炳強(qiáng).工業(yè)鍋爐蒸汽分汽缸優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].廣東科技，2009

（4）：261-262.

[2]徐 寧.鋼制蒸汽分汽缸的設(shè)計(jì)[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2003（8）：28-29.

[3]符 治.12Cr1MoVR珠光體耐熱鋼的焊接[A].陜西省焊接學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C].??：1994，225-228.

[4]張 莉，高啟貴.珠光體耐熱鋼的焊接[J].化工設(shè)備與管道，2007（4）：59-61.

[5]康志宏.珠光體耐熱鋼的焊接工藝[J].電焊機(jī)，2001，31（11）：43-45.