（陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710300）

12CrMoV鋼焊接缺陷分析

萬春鋒

（陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710300）

觀察電廠12CrMoV鋼管母材、熔合區(qū)、焊縫和熱影響區(qū)等位置的金相組織，測試12CrMoV鋼管母材的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和伸長率，分析管道出現(xiàn)裂紋、引起泄漏的原因。結(jié)果表明：母材拉伸試驗(yàn)值（ReL、Rm、A）均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求（12CrMoV/GB5310）；沿?cái)嗫趥?cè)焊接接頭整個(gè)熔合區(qū)分布著大量密集氫氣孔（夾雜），降低了焊接接頭的機(jī)械性能，同時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力集中，在外部應(yīng)力（蒸汽壓力、管道振動(dòng)等）的作用下致使焊縫開裂、泄漏。并針對(duì)上述問題提出了改進(jìn)的方法。

12CrMoV；焊接；缺陷；氣孔

0 前言

12CrMoV鋼屬于珠光體耐熱鋼，是以Cr、Mo為主要合金元素的低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，在正火+回火的供貨狀態(tài)下，其基本組織是珠光體。該鋼在高溫下具有足夠的強(qiáng)度和抗氧化性，主要用于制造長期在600℃以下高溫使用的零部件。

珠光體耐熱鋼焊接的主要問題是熱影響區(qū)的硬化、冷裂紋、軟化，以及焊后熱處理或高溫條件下長期使用時(shí)產(chǎn)生的再熱裂紋缺陷[1]。某火電廠主蒸汽管道材質(zhì)12CrMoV，尺寸φ273 mm×20 mm，采用氬弧焊打底、R317焊條電弧焊蓋面，服役約3年（18 000 h）后，在焊縫表面出現(xiàn)縱向裂紋導(dǎo)致管道泄漏。本研究借助金相分析、力學(xué)性能檢測，找出裂紋原因，并提出改進(jìn)方法。

1 顯微組織和力學(xué)性能檢測分析

分別從母材、焊縫、熔合區(qū)和熱影響區(qū)取樣進(jìn)行組織分析。主蒸汽管道各檢測項(xiàng)目取樣示意如圖1所示，金相組織如圖2～圖5所示。

主汽管道母材金相組織為F+P，在金相顯微鏡下放大100倍觀察，組織未見異常；放大500倍后，觀察到珠光體呈現(xiàn)球狀分布，珠光體球化級(jí)別2～2.5級(jí)，少量碳化物顆粒沿晶界析出，尚未形成網(wǎng)狀分布。熔合區(qū)（非斷口側(cè)）放大50倍，金相組織還是F+P，柱狀晶沿熔合線向焊縫生長，熔合區(qū)過渡良好。而在斷口側(cè)，密集氣孔（點(diǎn)狀?yuàn)A雜）沿整個(gè)熔合區(qū)分布。在焊縫區(qū)域內(nèi)觀察到柱狀晶區(qū)內(nèi)的局部密集氣孔。熱影響區(qū)組織未見異常。

圖1 主蒸汽管道各檢測項(xiàng)目取樣示意

圖2 母材金相組織

在主蒸汽管道母材側(cè)取樣制取棒狀拉伸試樣3根，取樣部位如圖1所示，力學(xué)性能試驗(yàn)試樣尺寸和形狀如圖4所示，拉伸試驗(yàn)結(jié)果如表1所示，ReL、Rm、A 均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求（12Cr1MoV/GB5310）。

圖3 熔合區(qū)金相組織

表1 鋼管拉伸試驗(yàn)結(jié)果

圖4 拉伸試樣

2 分析結(jié)果

焊縫中的氣孔有氫氣孔、一氧化碳?xì)饪缀偷獨(dú)饪兹N類型。氫氣孔大多出現(xiàn)在焊縫表面，氣孔斷面形狀為螺旋狀，從焊縫的表面看呈喇叭口形，并且氣孔四周有光滑的內(nèi)壁。如果焊條藥皮中的組成物含有結(jié)晶水，使焊縫中的含氫量過高，氫氣孔也會(huì)出現(xiàn)在焊縫內(nèi)部，且以小圓球狀存在。一氧化碳?xì)饪滓话愠霈F(xiàn)在焊縫內(nèi)部，并沿柱狀晶方向分布，呈長條狀，有的像條蟲狀，表面光滑。氮?dú)饪锥嘣诤缚p表面，多數(shù)情況下成堆出現(xiàn)，類似蜂窩狀。氮?dú)饪淄ǔ．a(chǎn)生于保護(hù)不良的情況下，因?yàn)樵谡５暮附由a(chǎn)條件下，進(jìn)入焊接區(qū)的氮?dú)夂苌?，不足以形成氣孔。因此?2CrMoV鋼焊接時(shí)出現(xiàn)的氣孔應(yīng)該是氫氣孔[2]。

圖5 焊縫金相組織

正是由于沿?cái)嗫趥?cè)焊接接頭整個(gè)熔合區(qū)分布著大量密集氫氣孔（夾雜），降低了焊接接頭的機(jī)械性能，并產(chǎn)生應(yīng)力集中，在外部應(yīng)力（蒸汽壓力、管道振動(dòng)等）的作用下致使焊縫開裂、泄漏。裂紋沿熔合線附近（夾雜較多部位）由里向外擴(kuò)展。

圖6 熱影響區(qū)

3 防止氣孔產(chǎn)生的方法

3.1 消除產(chǎn)生氣孔的各種來源

①仔細(xì)清除焊件表面上的臟物，在焊縫兩側(cè)20～30 mm范圍內(nèi)除銹；②焊絲不應(yīng)生銹，清潔焊條、焊劑，按規(guī)定焊條應(yīng)在350℃～400℃烘干，保溫1 h，含水量（水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）不超過0.1%[3]；③焊條或焊劑存放合理，防止受潮。

3.2 加強(qiáng)熔池保護(hù)

①焊條藥皮不能脫落，焊劑或保護(hù)氣體送給不能中斷；②采用短弧焊接，注意正確引??；③裝配間隙不超過3 mm[4]。

3.3 正確執(zhí)行焊接工藝規(guī)程

①選擇適當(dāng)?shù)暮附訁?shù)，運(yùn)條速度不能太快，12CrMoV鋼焊接材料和焊接工藝參數(shù)見表2～表4。

②焊前預(yù)熱，具體參數(shù)如表5所示。

表2 12CrMoV鋼焊接材料的選用

表3 12CrMoV焊條電弧焊焊接參數(shù)

表4 12CrMoV鋼管子鎢極氬弧焊打底的焊接參數(shù)

表5 12CrMoV鋼的焊前預(yù)熱溫度、層間溫度、回火溫度

4 結(jié)論

12CrMoV熔合區(qū)大量的密集氫氣孔是導(dǎo)致管道開裂、引起泄漏的主要原因。分析12CrMoV鋼的焊接性可知，氣孔是焊接過程中保護(hù)不當(dāng)引起的，并產(chǎn)生一定的應(yīng)力集中致使焊縫開裂。所以必須消除氣孔產(chǎn)生的各種來源，做好保護(hù)，嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝規(guī)程[5-6]。

[1]郝建軍，馬璐萍.熔焊基礎(chǔ)與金屬材料焊接[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2010.

[2]李亞江.先進(jìn)材料焊接技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

[3]王海燕，高雪云，劉宗昌，等.12CrMoV主蒸汽管道的蠕變疲勞失效分析[J].特殊鋼，2009，30（2）：68-69.

[4]丁宏.珠光體耐熱鋼的焊接工藝評(píng)定內(nèi)容及焊接控制[A].第八屆全國工業(yè)爐學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C].山東：2011.

[5]陳裕川.焊接工藝分析設(shè)計(jì)與實(shí)例分析[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[6]時(shí)海芳，楊倩.珠光體耐熱鋼的焊接工藝評(píng)定[J].熱加工工藝，2011，40（7）：115-117.

Welding defects of 12CrMoV steel

WAN Chunfeng

（Shaanxi Institute of Technology，Xi′an 710300，China）

The microstructure of the base material,bond,weld and heat affected zone of 12CrMoV steel pipe are observed.The yield strength，tensile strength and elongation of the base material of 12CrMoV steel pipe are tested.The causes of the cracks in the 12CrMoV steelpipelineandleakageareanalyzed.Theresultsshowthatthetensiletestvalues（ReL，Rm，A）ofthebasematerialmeetthestandardrequirements（12CrMoV/GB5310），and a large number of dense hydrogen porosity（inclusions）distribute along the bond of the welded joints on fracture surface，which reduces the mechanical property of welded joints and produces stress concentration，the leakage and welds crack in the effect of external stress（steam pressure，pipe vibration，etc）.And the improved method are put forwarded.

12CrMoV；welding；defects；porosity

TG457.1

B

1001-2303（2017）09-0111-04

10.7512/j.issn.1001-2303.2017.09.25

本文參考文獻(xiàn)引用格式：萬春鋒.12CrMoV鋼焊接缺陷分析[J].電焊機(jī)，2017，47（09）：111-114.

2017-07-12

萬春鋒（1976—），女，講師，碩士，主要從事焊接、表面處理方面的教學(xué)及科研工作。E-mail：342125954@qq.com。