李為民

（山西陽煤化工機械有限公司，山西 太原 030012）

引 言

12Cr2MoWVTiB（G102）是低碳低合金貝氏體型熱強鋼，焊接性好，但有淬硬傾向和冷裂紋傾向，且對再熱裂紋比較敏感。薄壁小直徑12Cr2MoWVTiB鋼管焊接接頭熱處理后，在熱影響區(qū)的粗晶區(qū)產(chǎn)生周向裂紋，是一種典型的再熱裂紋，這種再熱裂紋最敏感的溫度為720℃左右［1］。

12Cr2MoWVTiBΦ38×5的焊接工藝性及使用性均較差，其對接焊縫經(jīng)2個月～3個月試運行常發(fā)生多處泄漏。對樣件進行X－射線探傷發(fā)現(xiàn)裂紋，裂紋多分布于熔合線及過熱區(qū)，也有分布于焊縫上，多為環(huán)向延伸。剖切樣件觀察，裂紋位于焊縫收弧側(cè)的熱影響區(qū)、焊縫，并且從管內(nèi)側(cè)焊趾根部、過熱區(qū)開裂向外延伸，呈延晶裂紋特征［2］。經(jīng)過微觀金相檢查焊縫區(qū)、過熱區(qū)，有板條馬氏體組織，晶粒粗大，母材中有夾渣偏析現(xiàn)象，金相組織如圖1。

1 模擬試驗

經(jīng)產(chǎn)品取樣分析，出現(xiàn)馬氏體組織及焊接區(qū)硬度值偏高現(xiàn)象，這可能與焊接冷卻速度過快及消應力退火不完全有關，因此，采取水霧冷卻、強風冷、風冷、預熱、預熱緩冷等措施焊接模擬試件進行試驗。試驗用相同焊接工藝參數(shù)測試冷卻速度對顯微組織及裂紋形成的影響，并在探傷后按原始態(tài)及不同熱處理條件進行金相、硬度檢查，結(jié)果第54頁見表1。

圖1 樣件的金相組織圖

表1 12Cr2MoWVTiBΦ38×5模擬試件試驗及檢測①

由表1可得以下結(jié)果：

1）在不同冷速下焊接區(qū)均出現(xiàn)馬氏體，隨冷卻速度降低，馬氏體比例相對減少（參考硬度值判斷），但在冷卻速度最小的預熱緩冷試件焊態(tài)試樣焊趾跟部過熱區(qū)發(fā)現(xiàn)有顯微裂紋，從微觀金相觀察為延遲裂紋，說明采取緩冷措施不能完全保證不出現(xiàn)裂紋。

2）經(jīng)（570℃～780℃）／（15mim）退火，焊接區(qū)硬度值減小，但仍偏大，去應力不完全。

3）經(jīng)（750℃～780℃）／（1h）退火，金相組織明顯改善，如圖2所示。

圖2 試樣金相組織

焊接區(qū)硬度值大大減小，各種條件下試件硬度值均小于300Hb。

4）由以上結(jié)果可知：

a）預熱緩冷等影響冷速的措施可減少淬硬組織（馬氏體），防止冷裂紋產(chǎn)生；

b）焊后及時熱處理（不超過4h），防止產(chǎn)生延遲裂紋；

c）延長退火時間是減小應力、改善焊接接頭性能的有效手段；

d）失效原因應為熱處理溫度或保溫時間不夠，消應力退火不完全。

2 制造工藝

通過使用情況和系統(tǒng)試驗綜合分析，建議12Cr2MoWVTiBΦ38×5管對接焊接及熱處理采用如下工藝：

1）焊接方法：手工鎢極度氬弧焊；

2）焊接材料：H08Cr2MoWVTiB，Φ2.5；

3）焊前預熱：焊縫周圍20mm打磨至露出金屬光澤，100mm范圍內(nèi)預熱200℃～250℃；

4）焊接規(guī)范：焊接電流100A～120A，焊接電壓9V～11V，焊接速度100mm／min～150mm／min，氣體流量8L／min～10L／min；

5）焊后熱處理：760℃／h～780℃／h。

3 預防措施

由于12Cr2MoWVTiB鋼焊接工藝性及使用性均較差，為預防焊接裂紋產(chǎn)生，對該鋼種的使用應采取以下措施：

1）該鋼種合金成分復雜，對冶煉、軋制、熱處理等要求較高，因此對供應商的選擇要非常謹慎，應盡量選擇質(zhì)量、信譽可靠的鋼管生產(chǎn)廠商；

2）在產(chǎn)品施焊前，焊工應針對12Cr2MoWVTiBΦ38×5進行適應性專項培訓；

3）如果焊接時環(huán)境溫度降低，可能是原始焊口淬硬組織較多的緣故，應在手工平臺上焊制，避免吊裝翻身造成根部焊縫裂紋；

4）焊后和熱處理后分別增加PT、RT等檢測；

5）焊后及時熱處理，采用爐膛測溫整體退火，爐膛升溫不宜過快，以保證保溫溫度及時間足夠，使工件焊縫徹底去除應力。

［1］ 錢昌黔.耐熱鋼焊接［M］.北京：水利電力出版社，1988.

［2］ 李亞江，王娟，劉鵬.低合金鋼焊接及工程應用［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2003.