焊工职业资格培训-珠光体耐热钢的焊接

珠光体耐热钢焊接再热裂纹的防治王珏摘要为了解决珠光体耐热钢焊后热处理过程中易产生再热裂纹的问题，分析了再热裂纹的特征和产生机理，针对影响再热裂纹的因素，提出预防措施。

主题词不锈钢焊接热处理裂纹分析防治措施To Prevent the Reformation of Thermal Cracks on Pearlitic High-temperature SteelWang JueTo solve the problem of thermal cracks reformation on pearlitic high-temperature during post weld heat treatment, the properties and formation mechanisms are analyzed in this paper. Preventive measures are proposed in light of the factors causing such reformation.Key words: Stainless steel, Welding, Heat treatment, Crack, Analysis, Preventive treatment, Measure1概况随着国内石油化工、电力工业的迅速发展，以Cr-Mo为基础的低、中合金珠光体耐热钢成为高温条件下使用的重要材料之一。

珠光体耐热钢在小于600℃温度下不仅有很好的抗氧化热强度，还有较好的抗氢腐蚀和抗硫腐蚀性能。

同时由于珠光体耐热钢中合金元素较少，其工艺性能和物理性能优良，为其它的耐热钢材料所不及。

因此，珠光体耐热钢得到了广泛应用。

珠光体耐热钢的焊接工艺通常有两种，一种为选用与母材相匹配的耐热钢焊条，另一种采用奥氏体钢焊条。

采用奥氏体焊条由于焊缝金属与母材的膨胀系数不同，长期高温工作还可能发生碳的扩散迁移现象，容易导致在熔合区发生破坏，因此，该焊接工艺较多应用于局部补焊或焊后不易进行热处理的部位，焊接珠光体耐热钢较普遍采用耐热钢焊条。

珠光体钢在异种接头时，为了降低熔合比，减少焊缝金属被稀释，应采用大坡口、小电流、快速、多层 焊等工艺。由于膨胀系数不同，借助适当的系统设计和接头布置可改变应力分布，长焊缝应分段跳焊。
异种奥氏体钢焊接接头热处理工艺的选择取决于钢材的牌号、构件的形状和工作条件。不需要消除焊接应力 和在中等温度条件下工作的一般耐热钢焊接时，可以不进行焊后热处理。对于制造要求和使用条件中规定要消除 焊接应力的构件，则在800 ～ 850 ℃下作稳定化处理就足够了。对于在高温下工作的构件来说，焊接构件最好 在1 100 ～1 150 ℃下做奥氏体化处理。但如果要求抗晶间腐蚀时，奥氏体化处理温度就不要超过1 050 ℃。 如果焊接接头中使用了弥散强化的奥氏体钢，则焊后必须进行热处理来恢复近缝区的性能，此时，热处理工艺的 选择，通常按弥散强化钢的要求进行。
珠光体钢的焊条、预热及焊后热处理，如果被焊异种钢中有淬硬性倾向大的钢，就得进行适当的预热。淬硬 性倾向大的珠光体钢与奥氏体钢异种接头还需焊后热处理，以防出现淬硬组织，降低焊接残余应力和防止出现冷 裂纹，由于上述焊接接头在熔合区产生脆化和扩散层，尤其在焊接大厚度刚性构件时，焊件在回火处理或以后使 用的过程中可能出现熔合区脆断。为此，可用高镍焊条先在珠光体钢坡口面堆焊，然后在焊接。由于珠光体钢与 奥氏体钢膨胀系数不同，焊后在接头处产生很大的残余应力，可借助适当的系统设计和接头布置减小作用于接头 的外载荷，需要时可以增加过渡层 。
中温作业，即使使用温度低于427 ℃时，一般不采用奥氏体不锈钢填充金属，而用Ni-Cr-Fe填充金属。多道 焊时，根据各焊道的变化，可采用多种填充金属。 Q235钢用于奥氏体不锈钢焊接的焊接材料。
采用不锈钢填充金属时，为使珠光体侧焊缝金属中产生奥氏体加铁素体组织，并减小熔合区，焊缝塑性降低， 可在珠光体钢坡口面先用含镍量高的奥氏体焊条堆焊，然后加工，再用含镍量低的奥氏体焊条焊接接头，用于 371 ℃以上条件的珠光体钢与奥氏体钢异种接头，通常采用镍合金作填充金属。这类填充金属用于在温度周期变 化中工作的过渡接头，有下列的优点:能容许多种母材稀释而不产生对裂纹敏感的组织;对碳的溶解度低，可减少 碳从低合金钢迁移到裂缝内部。当选用的镍合金填充金属(如ERNiCr-3)的线膨胀系数接近于低合金钢(如2。

知识点13、1Crl8Ni9和Q235钢 焊接过渡层的影响及防止
? 当过渡层形成的马氏体区较宽时，会显 著降低焊接接头的韧性，使用过程中容 易出现局部脆性破坏。当工作条件要求 接头的冲击韧度较高时，应选用含奥氏 体化元素镍含量较高的填充材料。
知识点14、1Crl8Ni9和Q235钢 焊接扩散层形成的原因和位置
? 2)选用高铬镍焊条，采用小电流、多层 多道快速焊接，在珠光体钢一侧，电弧应 采用短弧，停留时间要短，角度要合适， 以达到减小珠光体钢熔化量的目的。
? 3)采用隔离层焊接法。
知识点12、珠光体钢和奥氏不 锈钢隔离层焊接法
? 隔离层焊接法如下：厚板对接焊时，可 先在珠光体钢的坡口上用25一13型焊接 材料、采用多层多道焊的方法，堆焊过 渡层，然后再用普通奥氏体不锈钢焊接 材料进行焊接。
? 珠光体钢和奥氏体不锈钢焊接时，所选用的焊条 只有 E309-16 、E309-15 和
? E310-16、E310-15'比较合适，它们不仅能克服珠 光体对焊缝的稀释，并且对抑
? 制熔合区扩散和改变焊接接头的应力分布也有利。
知识点11、珠光体钢和奥氏体 钢对接焊的焊接工艺
? 1)焊接参数的选择：尽量减少珠光体钢的 熔化量。焊条电弧焊时，为降低熔合比， 焊接时应采用小直径焊条或焊丝。
知识点18、复合不锈钢板的概 念和焊接
? 复合不锈钢板是一种新型材料，它是由 较薄的覆层和较厚的基层复合轧制而成 的双金属板。覆层通常只有1．5～3。 5MM厚，它和工作介质相接触，保证耐 蚀性，强度靠基层获得。
? 复合不锈钢板的焊接材料的选择原则为： 覆层和基层分别利用与之相适应的焊条 或焊丝，但覆层和基层交界处属于异种 钢焊接，应按异种钢焊接原则选择焊接 材料。

1.2.3.2持久强度
持久强度表明材料在高温和应力长期作用下的抗断裂能力，通常用以表示材料在给定温度下经过规定时间发生断裂的应力。持久强度是进行高温材料强度计算的另一个判据。有些部件如锅炉过热器管及再热器管，对蠕变速率的限制不严，但必须保证在使用期间内不致爆破。这些部件的主要设计依据便是持久强度。长期持久强度是通过较短期的持久强度试验求出规定温度和规定应力下到断裂所经历的时间外推求得的。通过对12Cr1MoV、12CrMo、10CrMo910等三种热强钢的持久强度数据分析表明，它们的持久强度均最佳服从对数正态分布，经不同时间运行后的12Cr1MoV钢其持久强度仍在其原始状态持久强度分散带内，揭示了高温性能数据资源共享的可行性。
1.2.2.4蠕变过程中析出相类型的转变
在高温和应力条件下长期作用下，由于珠光体中Fe3C的分解，固溶体内合金元素向碳化物过渡以及碳在α固溶体内扩散过程加速进行，会引起在蠕变过程中碳化物相析出类型发生变化，从而影响钢的热强性。
文献[7-13]对低合金铬钼钢和铬钼钒钢长期服役后的碳化物相进行了研究，其转变过程大致是：珠光体组织中Fe3C球化和分解，在铁素体基体中开始析出M7C3、M23C6、M2C等不同类型的碳化物，同时发生固溶体内合金元素的贫化，随工作时间的增长，碳化物颗粒也聚集长大，最后转变为M6C碳化物。
1.2.3珠光体耐热钢的热强性能
珠光体耐热钢是在高温和应力下长期使用的材料，因此要求钢具有长期热强性能，通常这指的是钢在高温和应力长期作用下的拉变形和抗断裂能力。它的基本判据是蠕变极限和持久强度。对紧固件用钢来说，松弛稳定性也是重要判据之一。
1.2.3.1蠕变极限
通常所说的蠕变极限都属于条件蠕变极限，它是由蠕变第二阶段的蠕变速率所确定下来的应力，或在一定时间间隔内达到规定的总形变时的应力。蠕变极限表明材料在高温下的形变抗力，它随温度的提高而降低。许可的蠕变形变的大小，取决于零部件的工作条件及对零部件所要求的使用期限。