F92锻管/12Cr1MoV异种钢管焊接技术的研究

何伯芹

（南通市电站阀门有限公司，江苏，如皋 226572

        山东聊城普华永道金属材料有限公司，山东，聊城）

摘要：介绍了本公司国产化项目句容主蒸汽气动疏水阀设计中的F92和12 Cr1MoV异材焊接工艺试验。从试验初期预焊接工艺规程的制定、数据分析、工艺调整、最终确定焊接工艺规程具体参数等几个方面对F92 /12Cr1MoV异种钢焊接工艺进行了研究。

关键词：F92  12Cr1MoV  焊接  焊后热处理  冲击值

中图分类号：TH134           文献标识码：B

Study on heterogeneous steel welding technology between F92 and 12 Cr1MoV

HE Bai-qin

Nantong Power-station Valve Co., Ltd, Rugao 226572,Jiangsu ,China

Abstract: Design of main stream pneumatic trap between F92 and 12Cr1MoV different material welding process test is introduced in company’s localization project. From the early test the welding procedure specification formulation, the analysis of data, process and adjustment, eventually determine welding procedure specification for concrete parameters are researched separately for F92/ and 12Cr1MoV heterogeneous steel welding technology

Key words:  F92; 12Cr1MoV; Welding; Post weld heat treatment; Impact value

0. 前言

本公司联合山东聊城普华永道金属材料有限公司承担攻关项目之一的句容电厂1000MW超（超）临界火电机组关键阀门国产化项目主蒸汽疏水阀，该产品阀体为P92，出口侧管道为12Cr1MoV，为了使阀门性能达到设计要求，必须解决阀体材料F92与出口侧管道12Cr1MoV异种钢焊接的工艺难题。

1. 材料分析

1.1 结构图形

 图1为焊接结构示意图，阀体材质为F92，出口端材质为 12Cr1MoV。

作者简介：何伯芹（1965-），女，江苏如皋人，助理工程师，主要从事生产工艺研究

图1 焊接结构示意图

1.2 材料分析

F92钢是在F91钢的基础上适当降低钼元素的含量（0.5%Mo），同时加入一定量的钨（1.8%W）,以材料的钼当量（Mo+0.5W）从F91钢的1%提到约 1.5%，该钢还加入了微量的硼。

经上述合金化改良后与其它铬-钼耐热钢相比，F92钢的耐高温腐蚀和氧化性能与9%Cr钢相似，但材料的高温强度和蠕变性能得到了进一步提高,同时F92钢还具有优于奥氏体不锈钢（如347H）的抗低周热疲劳性能。

F92钢的碳当量为：

［C］=C+Mn/6 +(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5=2.17

碳当量越大，金属的焊接性能越差。F92钢具有较大冷裂倾向,焊接时可能产生冷裂纹，因此该钢焊前需预热、焊后须热处理。

12CrlMoV钢属珠光体低合金热强钢,该钢具有较高的热强性能和持久塑性,可用于壁温≤570℃的锅炉受热面管,该钢的焊接性良好,对于壁厚较小的小径管,焊前不预热,焊后不热处理。

这两种性能差异较大的材料相互焊接难度大,且易出现焊接缺陷。 国内异种钢的焊接常有高匹配和低匹配两种选择，我们从试验角度出发，分别采用高配、低配的两种试验方法，选定的高配焊材为E9015-G(92)、低配焊材为R317。

焊后热处理温度的确定，以保证F92材料的力学性能，热处理温度确定为760-780℃。

表1　F92钢的化学成分(%)、力学性能(ASME A182)

表2  12Cr1MoV化学成分（%）、力学性能（JB/T9626-1999）

表3  焊接材料E9015-G(92)化学成分（%）、力学性能（ASME-SFA-5.5）

表4  焊接材料R317化学成分（%）、力学性能（GB E5515-B2-V）

2. 预焊接工艺规程的制定

   经过查阅大量的资料及相关工艺文件，确定以表5的规程进行预焊。

表5  预焊接工艺规程

3. 试验过程中数据分析及工艺调整

3.1 根据表5焊接工艺规程进行预焊，焊后对试样进行分析，从表6提供的第一组两份试验数据可以看出：①号试样的抗拉强度合格，焊缝的冲击值不合要求；2号焊缝及热影响区冲击韧性明显提高，但抗拉强度达不到要求。

表6  第一组试验数据

3.2 考虑到产品在实际使用中的工况条件，选择高配焊材，并在开始第二组试验之前作如下调整：

1. 适当降低焊后热处理温度，幅度为20℃，采用760℃进行焊后热处理；

2. 调整保温时间，改4小时为5小时；

3. 层间温度改为150-200℃；

4. 严格控制热输入量，但为了便于数据分析，选择层间温度应错开一定范围。

表7  第二组试验数据

3.3  从表7的第二组试验数据可看出：层间温度控制在150-200℃之间的试样各种性能基本能达到要求，但焊缝的冲击韧性还略显低。考虑到层间温度、焊接热输入对焊缝韧性的影响，工艺应作如下调整：

1.  层间温度定为150-200℃。

2.  选择其中一副试板尽量使用φ3.2焊材，以便更容易控制热输入量。

3.  选择其中两副试板进行焊后二次回火，以期得到完善的接头性能。

表8 第三组试验数据

从表8第三组试验各份数据可看出：3号试样的各类数据均能达到要求，焊缝及焊缝热影响区的冲击韧性远高于要求值，证明前期的调整是必要的。根据3号试样所采用的焊接工艺制定正式的焊接工艺规程。

4. 确定焊接工艺规程

4.1 焊接方法及焊材

采用全手工电弧焊的方法。 焊条选用E9015-G(92) φ3.2、φ4.0，使用前须按要求烘干并保存。

4.2 工件准备

坡口采用机械法加工。坡口及其上下表面15～20 mm范围的油、氧化皮等杂物清理干净,直至露出金属光泽。 焊接接头的坡口装配间隙控制在1～3 mm。

4.3 焊接预热

F92钢与12CrlMoV钢焊接,预热温度应按F92钢选择要求进行. 焊前用箱式电炉进行预热,预热温度为250-300℃。

4.4 过程控制

对于珠光体钢,如果选用较大的热输入进行焊接,则热影响区因晶粒长大而脆化, 而对于F92钢,如果热输入过大,则在近缝区出现粗大的铁素体和碳化物组织,因而塑性和韧性显著下降，因此,应尽可能减小焊接热输入。实际操作过程中，试件从预热炉内取出到开始焊接由于热量的散失，始焊温度在150℃左右。焊接第一层时，用φ3.2打底，并保证单面焊双面成型，不间断焊接，填充层的层间温度严格控制在150-200℃，尽量使用φ3.2焊材，电流为110-120A，焊层高度不大于2mm，注意尽量焊的平滑。每道焊缝焊接完毕后，应用钢丝刷将焊渣、飞溅等杂物清除干净，特别是焊缝接头处和坡口边缘，自检合格后方可焊接次道。

4.5  焊后热处理

5. 注意事项：

F92与12CrlMoV异种钢焊接性较差,必须严格执行工艺措施,才能获得最佳性能的焊接接头,在焊接中尤其应注意以下几个方面:

5.1 采用合理的焊接工艺,是确保焊接接头性能指标、满足规定要求的前提条件。

5.2 焊接工艺参数的选择原则：

5.2.1 严格控制热输入，减小焊接应力；

5.2.2 严格控制层间温度，满足奥氏体向马氏体改变的温度条件；

5.2.3 适当提高焊接速度；

5.2.4 严格控制焊件的缓冷过程；

5.2.5 严格控制升温和冷却速度；

5.3 预热温度、层间温度过低或过高都会影响焊接接头的使用性能,因此,选择合理的焊接热规范是非常重要的；

5.4 焊后热处理宜采用二次回火工艺。

6. 结论

新材料、新技术的发展，带给我们的不仅仅是技术难点和工艺上的困难，也给我们提供了丰富的想象空间，由于我们的研究深入、思维新颖、思路对头，难题的关键点找得很准，采取的对策合理， 因此很好地解决了F92与12Cr1MoV异种钢焊接难题，掌握了焊接过程中的核心技术，形成了具有自己特色的工艺规范，此技术在我公司国产化项目阀门生产中具体应用，为F92与12Cr1MoV异种钢焊接提供了十分可靠稳定的技术工艺保证，也获得了可观的经济效益。

参考文献

[1]      中国机械工程学会热处理学会. 热处理手册[M]. 北京：机械工业出版社，第四版，2008.

[2]      ASME锅炉及压力容器规范国际性规范IX. 焊接和钎接工艺，焊工，钎接工、焊接和钎接操作工评定标准2007版[S]