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浅谈12Cr2Mo耐热钢管的冬季焊接工艺

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浅谈12Cr2Mo耐热钢管道的焊接
及焊缝热处理工艺
尚小平
（中化二建集团有限公司，山西太原）
摘要：本文介绍12Cr2Mo耐热钢管道的特性、焊材的选用、焊接工艺、冬季施工条件下的焊接方法以及焊后热处理。

关键词：珠光体耐热钢、焊前预热、热处理
1.12Cr2Mo管道的特性
12Cr2Mo钢是一种以Cr、Mo为主要元素的低合金珠光体耐热钢，具有良好的热刚性和抗氧化性，同时还具有一定的抗硫、氢的腐蚀性，主要用于石油、化工、工业等领域500～600℃的耐热部件，如锅炉、汽轮机、高压蒸汽管道等。

Cr是提高钢材抗氧化性的主要元素，它在高温下与氧形成致密的氧化膜结合在钢材表面，以防止钢材继续被介质氧化；Mo固溶后可以提高钢的再结晶温度，从而提高钢在高温条件下的强度和抗蠕变能力。

12Cr2Mo钢的焊接性能较差，主要表现在以下两方面：（1)淬硬倾向较大，焊接时在焊缝和热影响区易形成马氏体组织，且存在很大的内应力，容易使焊缝的热影响区产生冷裂纹。

（2）焊接接头焊后热处理过程中，在热影响区的粗晶区易产生热再生裂纹。

2.12Cr2Mo管道的化学成分：
化学成分C Si Mn Cr Mo P S 含量（%）0.08～0.15≤0.050.40～0.70 2.00～2.500.90～1.20≤0.03≤0.03 3.焊材的选用：
12Cr2Mo焊接时焊材选用依据母材的化学成分，焊丝选用R-40，焊条选用R-407焊条。

4.12Cr2Mo管道的焊接工艺
4.1焊前预热
12Cr2Mo钢的淬硬倾向较大，为了防止冷裂纹的产生，因此母材的焊前预热在整个焊接过程中非常重要。

焊前预热的范围为焊缝两边各150mm，预热温度严格控制在200～300℃之间。

预热方法可采用管道热处理加热的方法，用电加热
片或电加热绳加热，热处理机控温，加热温度以坡口处温度为准，用红外线测温仪检测。

预热时用δ=30mm的硅酸铝岩棉包住加热片或加热绳，以免作业人员烫伤或触电。

捆绑时加热片或加热绳距坡口20mm，以便施焊。

预热时，管道两端封口，以免产生穿膛风。

12Cr2Mo钢管预热示意图
4.2焊接方法及焊接过程控制
结合我单位施工特点，12Cr2Mo钢管现场焊接一般采用钨极氩弧焊+手工电弧焊，坡口形式一般采用V型坡口。

根据我单位现场施焊操作，以壁厚25mm 的12Cr2Mo钢管焊接接头为例，其焊接参数如下：
焊层焊接方法焊材
焊材直径
（mm）
焊接电源
电流（A）电压（V）种类极性
1钨极氩弧焊TIG-R40Φ2.590～11011～18直流正接2手工电弧焊R407Φ3.2120～14020～25直流反接3手工电弧焊R407Φ4.0130～15020～30直流反接4手工电弧焊R407Φ4.0130～15020～30直流反接5手工电弧焊R407Φ4.0140～16020～30直流反接6手工电弧焊R407Φ4.0140～16020～30直流反接
12Cr2Mo管道焊接过程中电加热绳或电加热片持续加热，保证焊道层间温度在250～300℃之间。

焊接过程中，尽量避免中断焊接，若不得以中断时，用硅酸铝岩棉包裹焊缝，使其缓慢冷却，二次施焊前，重新进行预热。

管道焊接完成后，应立即进行焊后热处理，若不能及时进行热处理时，将焊缝温度升至300～350℃，恒温15分钟，切断加热电源，用硅酸铝岩棉包裹焊缝，使其自然冷却。

4.3焊后热处理
对于12Cr2Mo管道的焊接接头进行焊后热处理，其目的不仅是消除其残余内应力，更重要的是改善其金相组织，降低焊缝和热影响区的强度。

焊后热处理主控参数为升温速率、热处理温度、恒温时间和降温速率。

12Cr2Mo管道的焊接接头的热处理温度我们在实际生产过程中严格控制在720～750℃，恒温时间取决于管道壁厚，以2.4min/mm进行换算，最短恒温时间不低于2小时。

至于升温速率和降温速率，我们在生产中严格执行GB50235-2010的相关规定。

12Cr2Mo焊接接头热处理曲线
自然冷却时，切断加热电源，但不能拆除包裹住焊接接头上的硅酸铝岩棉，等其温度降至80℃以下，方可拆除岩棉，使其空冷。

冬季施工时，热处理温度往往很难达到720～750℃，我们可以通过加宽焊缝两端的加热范围来解决此问题。

5结论：
在现场施焊过程中，我单位在冬季施工中按以上工艺对12Cr2Mo管道的进行焊接及热处理，经无损检测和硬度检测均合格，从而降低了焊缝的返修率，同时也解决了珠光体耐热钢冬季施工难的问题。

参考文献：
【1】中国工程建设标准化协会化工分会.GB50235-2010.工业金属管道工程施工规范
【2】中国石化集团北京燕化建筑安装工程公司.SH/T3520-2004.石油化工铬钼耐热钢焊接规程。

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12Cr2MolVR与20MnMoNb异种钢焊接工艺研究

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第2期2021年03月锅炉制造BOILER MANUFACTURINGNo.2M ar.2021 12Cr2M olV R 与 20MnMoNb 异种钢焊接工艺研究Welding Procedure Research for Dissimlar Steel Joints Between12Cr2MolVR and 20MnMoNb刘海U2,徐兵2,张松2,徐祥久u2(1.高效清洁燃煤电站锅炉国家重点实验室（哈尔滨锅炉厂有限责任公司），黑龙江哈尔滨150046;2.哈尔滨锅炉厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨150046)摘要:某换热器项目短筒身选用12&2M01V R材质，管板选用20M n M〇N b锻件材质。

12Cr2M〇l V R和20M n M〇N b在力学性能和化学成分上差异较大,生产难度较大。

针对异种钢焊接，选择了合适的焊接材料，制定了合理可行的工艺，保证了产品的焊接质量。

关键词：12Cr2M o l V R;20M n M o N b;焊接;异种钢中图分类号:TG47 文献标识码：B文章编号:C N23 - 1249(2021)02 -0042 -03〇引言某换热器项目短筒身材质选用12C r2MolVR 材质，管板选用20M nM〇Nb锻件。

为了保证产品 焊接质量，在分析两种材料焊接性的基础上，制定 合适的焊接方案和工艺，对12C r2M ol V R和 20M nM〇Nb焊接进行了试验及评定。

1试验材料与方法换热器项目选用的12C r2MolVR按照G B 713《锅炉和压力容器用钢板》采购，20M nM〇Nb按 照NB/T47008《承压设备用碳素钢和合金钢锻件》采购。

1.1异种钢焊接难点根据NB/T47015 -2011《压力容器焊接规程》规定，12C r2M〇lVR材质最低去应力热处理温度为 680丈，在产品实际应用中为保证12C r2M〇lV R钢 材料性能一般选择695 ± 15丈进行热处理; 20MnMoNb材质淬火+回火热处理状态交货，最低 去应力热处理温度为6001，根据NB/T47015 - 2011规定，焊后热处理温度不但应低于相变温度 AC1,还应低于调质处理的回火温度,20M nM〇Nb回火温度在650冗左右，因此，20M nM〇Nb材质在产品 实际生产中一般选择615 ±151去应力热处理。

12Cr1MoVG厚壁珠光体耐热钢管的焊接

12Cr1MoVG厚壁珠光体耐热钢管的焊接

强 性 和持久 强度 ，其 化学成 分如 表 １ 示 。 所
表 １ 化学成分 （ 量分数 ） 质
Ｃ Ｓ ｉ Ｍｎ Ｃ ｒ Ｍｏ Ｖ Ｓ
（ ） ％
Ｐ
图 １ 坡 口形式和尺寸
（ ） 焊 接 材 料 选 择 按 照 Ｎ ／ ７ １－ ２ １ ３ Ｂ Ｔ ４０５ ０ ｌ
５ ｍ，壁厚 ６＝２ ｍ ａ ｒ ５ ｍ。用 机 械 方 法 加 工 ，应 严 格 控
制 根部 间 隙 和坡 口钝 边 尺 寸 ，以确 保 打 底 焊 缝 彻 底
熔透。
２ ．焊 接 性 分 析 １ Ｃ ｌ ＶＧ为低 合 金 耐 热 钢 ，是 在 Ｃ — ２ ｒＭｏ ｒ Ｍｏ合 金 的基础 上 ，加 入 Ｗ ＝０ １ ％ ～０ ３ ％ 的耐 热 钢 ，此 ．５ ．０ 类 钢 的 ｃ 含 量较 高 ，在 ５ ０～ ５ ￣ ｒ ０ ５ ０Ｃ时具 有 较 高 的热
氩弧 焊 （ Ｉ ＴＧ）打底 ，焊条 电弧 焊 （ ＭＡＷ） 填充 和 Ｓ
盖面 的焊接 工艺 方法 。
高度 重视 ，在 查 阅 了 大 量 书籍 资料 和借 鉴 兄 弟 单 位
施 焊 经 验 的 基 础 上 ，我 们 按 照 ＮＢ Ｔ ４ ０ ４ Ｏ １ ／ ７ ｌ ＿２ １ 《 承压 设备 焊接 工艺 评定 》 的 要求 ，进 行 了焊 接 工艺 评 定 ，编 制 了焊 接 工艺 规 程 （ Ｓ 和焊 接 作 业 指 ＷＰ ） 导书 （ ｗｗＩ ，对 管道 的焊接 施工 起 到 了较好 的指导 ）
３ ．焊 接 准 备 （ ）焊接 方 法 １ 在 蒸 汽管 道 的管 子 对 接 时 ，对
打底 焊缝 的 质 量 要 求 较 高 ，不 仅 要 求 焊 缝 熔 透 、背 面齐平 ，还 要 求 焊 缝 背 面 不 得 有 内 凹和 焊 瘤 现 象 ，
12Cr1MoVG耐热钢管道焊接工艺研究

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12Cr1MoVG耐热钢管道焊接工艺研究路书永;蒋冬冬【摘要】某煤化工项目的高温高压蒸汽管道,材质为12Cr1MoVG,属珠光体型耐热钢,CE=0.41%～0.67%,焊接性较差。

通过分析,选用ER55-B2MnV焊丝及E5515-B2-V焊条进行焊接。

根据现场条件,设置不同的焊前预热及焊后热处理条件进行试验,最终确定了合理的焊接工艺及热处理工艺,并成功地应用到工程上,取得了很好的效果。

【期刊名称】《金属加工：热加工》【年(卷),期】2012(000)022【总页数】4页(P47-50)【关键词】焊接工艺;耐热钢;钢管道;高温高压蒸汽管道;热处理条件;热处理工艺;化工项目;焊接性【作者】路书永;蒋冬冬【作者单位】中国核工业华兴建设有限公司,江苏仪征211900;中国核工业华兴建设有限公司,江苏仪征211900【正文语种】中文【中图分类】TG457.11近年来，国内大型化工项目日趋增多，其中安装工程涉及到高压蒸汽管道的焊接。

如国内某化工厂年产20万t乙二醇项目，其高温高压蒸汽管道设计温度为495℃、压力为5.88MPa，材质为12Cr1MoVG。

为了满足项目需求，公司组织了耐热钢管道焊接技术研究工作，调研国内外耐热钢管道焊接技术的发展状况，通过开展焊接工艺试验，优化焊接工艺，最终确定了合适的焊接工艺及热处理工艺，并成功地将工艺应用到工程项目上。

（1）化学成分及力学性能 12Cr1MoVG钢的化学成分及力学性能分别如表1、表2所示。

由表1中数据可见，12Cr1MoVG属于1Cr-0.5Mo-V型耐热钢，金相分析（见图1）显示为珠光体型。

Cr、Mo使得钢的抗氧化性、高温强度得到显著改善，少量的V可进一步增加钢的热强性。

（2）焊接性的间接判断法根据国际焊接协会碳当量公式计算材质的CE=0.41%～0.67%。

由此可见，12Cr1MoVG钢的焊接性较差。

（3）热影响区硬化及冷裂纹 Cr、Mo、V等合金元素的加入，一方面提高了钢材的性能，另一方面也对钢材的焊接性产生了很大的影响。

12CrMoV钢简介及焊接工艺

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12CrMoV钢简介及焊接工艺12CrMoV钢简介及焊接工艺一、12CrMoV钢的化学成分（%）二、焊接性能及焊接工艺措施A、焊接性12CrMoV钢是在Cr-Mo合金的基础上，加入质量分数为0.15%~0.3%钒的耐热钢，这种钢具有较高的热强性，其极限工作温度为580oC，虽然其合金成分高于15CrMo钢，但因含量较低，焊接性与15CrMo钢差不多，12CrMoV 钢焊件超过10㎜时，焊前应做150oC以上的焊前预热。

12CrMoV钢属于珠光体耐热钢，由于含碳量及合金元素较多，焊缝及热影响区容易出现淬硬组织，使塑性、韧性降低，焊接性变差，当焊件刚度及接头应力较大时，容易产生裂纹，焊后热处理过程中，也会产生热裂纹。

预热是为了防止低合金耐热钢产生冷裂纹和消除应力裂纹的措施之一，在焊接大型焊接结构或厚壁管道时，必须保证预热区宽度大于所焊焊件壁厚的4倍，且不得少于150㎜。

B、12CrMoV钢的焊接工艺措施（1）按焊缝与母材化学成分及性能相近的原则选用低氢型焊条。

（2）焊前仔细清除焊件待焊处的油污、锈，避免焊接过程中产生气孔。

（3）焊件焊前需要预热，包括装配定位焊前的预热，避免重新生焊接时产生再热裂纹。

（4）焊接过程中，层间温度应不低于焊接前的预热温度。

（5）焊接过程中避免中断，尽量一次性连续焊完。

（6）焊后应缓慢冷却，为了消除应力，焊后需要时行高温回火。

（7）焊件、焊条应严格保持低氢状态下进行焊接。

三、12CrMoV钢的焊接材料选用及焊接材料的烘干制度鉴于12CrMoV钢属珠光体耐热钢，以焊接性及其合金化学成分考虑，12CrMoV钢焊条可选用E5515-B2-V（R317）。

埋弧焊时可选用H08CrMoV焊丝配HJ350焊剂，气体保护焊时可采用H08CrMnSiMoV 焊丝和富氩混合气体（80%Ar220%C02），焊条和焊剂必须严格烘干，并保持低氢的焊接状态，焊条高温烘干后保证随用随取。