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  • T91与12Cr1MoV异种钢焊接分析
    添加时间: 2013-5-15 9:56:20 来源:http://www.cesecumt.cn 作者:江苏不锈钢管厂 点击数:3319
    江苏不锈钢管厂现代工业中,异种钢结构得到越来越广泛的应用。火力发电机组随着各个部位工作温度的不同,相应地使用了不同化学成分和组织结构的钢材,因此必然会遇到异种钢的焊接问题。
        在青海桥头发电厂六期扩建工程中,125MW机组锅炉系上海锅炉厂生产的蒸发量为 42O t/h汽包自然循环炉,其高温再热器管采用美国的新型耐热钢 SA213-T9l,与低温段珠光体耐热钢12CrlMoV进行焊接,焊接难度大,易出现缺陷。而关于与T91相匹配的异种钢接头,目前国内应用较少。通过焊接工艺评定试验,最后确定用高强配比的焊材进行焊接。
    1 异种钢焊接
    1.1 异种钢焊接的含义
        异种钢焊接接头基本上可以分为两大类:一类为金属组织相同而化学成分不同,如低碳钢与低合金珠光体耐热钢的焊接;另一类为金属组织和化学成分都不相同,而且物理性能差别较大,如T9l与12Cr1MoV的焊接。综合来看。后者焊接时出现的间题较多。
    1.2 异种钢焊接接头的特征及主要存在问题
    1.2.1 化学成分的不均匀性
        异种钢焊接时,由于焊缝两侧的金属和焊缝的合金成分有明显的差别,随着焊接工艺的不同,焊接熔池的行为就不一样,因而,母材的熔化量也将随之不同,最终造成整个焊接接头化学成分极不均匀,因而经常会带来一些严重问题,如奥氏体钢与非奥氏体钢之间的焊接容易在熔合区生成马氏体.在焊接中或使用中可能形成裂纹,使焊接接头破坏。又如焊接时熔合区的C发生扩散,w(C)呈现极大的不均匀性,由于热处理  时长时间的高温作用、C扩散层明显,成为焊接中一个重要问  题,因为它会大大降低异种钢接头的性能。
        1.2.2 金相组织的不均匀性
        焊接接头的化学成分不均匀,经过焊接热循环作用之后,焊接接头各区域也将出现不同的金相组织,往往在局部出现相  当复杂的组织结构。由干母材和填充材料的化学成分不均匀,  必然造成金相组织的不均匀,若能在工艺上适当调整,可以使  焊接接头的组织不均匀程度得到一定的改善。
        1.2.3 性能的不均匀性
          焊接接头各区域化学成分和金相组织的差异,使焊接接头  力学性能不同,沿接头各区域的室温强度、硬度、塑性、韧性都有很大的差别,高温下的蠕变极限和持久强度也会因成分和  组织的不同,相差极为悬殊。
          对焊接接头影响最大的物理性能主要有膨胀系数和导热系数,它们的差异将在很大程度上决定着焊接接头在高温下使用的安全性。
        1.2.4 应力场分布的不均匀性
          异种钢焊接接头中焊接残余应力分布不均匀,这是因为接头各区域具有不同的塑性所决定的。另外,材料导热性的差异,将引起焊接热循环温度场的变化,也是残余应力分布不均匀的因素之一。
          由于异种钢焊接接头各区域的线膨胀系数不同,熔合线必然存在着热应力,理化性能相差越大,这种热应力也就越大,有可能成为接头破坏的主耍原因之一。
    2  T91与12Cr1MoV异种钢焊接工艺分析
    2.1  T91钢是一种改进的9Cr1Mo钢,在美国材料试验学会(ASTM)和美国机械工程师学会(ASME)标准中,T91代表锅炉用小管子,属马氏体钢,具有良好的冲击性能和高温强度,目前,常用于火电厂锅炉过热器和再热器管等。
        12CrlMoV钢是一种常见的珠光体耐热钢,应用广泛,常用来制造壁温≤580℃的高压、超高压锅炉过热器管、联箱和主蒸汽管道等,具有较好的焊接性能。
        对w91与12CrlMoV异种钢的焊接要依据马氏体钢与珠光体钢的焊接原则进行考虑。
    2.2 焊接的工艺原则
          异种钢焊缝与母材的化学成分、金相组织、物理性能及力学性能都有较大的差别,因此异种钢焊接要比同种钢复杂得多。焊扫时必须采取一定的恃殊工艺措施才能获得满意的焊接接头。考虑异种钢焊按工艺时必须根据这些特定的条件来确定焊接方法、焊接材料、工艺参数以及其他的措施。
        2.2.1 焊接方法的选择
          常用的各种电弧焊接方法都可以进行焊接,但在火电建设工程中,管道的焊接常用手工钨极氩弧焊打底、焊条电弧焊盖面的焊接工艺,直径小于60mm的薄壁管也可考虑全部采用手工钨极氩弧焊工艺。
        2.2.2 焊接材料的选择
        正确地选择焊接材料是异种钢焊接时的关键,接头质量和性能与焊接材料关系十分密切。选择异种钢焊接材料的基本原则可归纳如下:
        A. 在焊接接头不产生裂纹等缺陷的前提下,若不可能兼顾焊缝金属的强度和塑性,则应选用塑性较好的焊接材料。
        B. 异种钢焊接材料的焊缝金属性能只需符合两种母材中的一种即认为满足技术要求。
        C. 焊接材料应具有良好的工艺性能,焊缝成形美观。
        D. 焊接材料应经济、易得。
          但选择焊接材料应综合考虑上述各个方面,而不能简单依据某种原则。
          异种钢焊接时有4种焊接材料可供选择:①与异种钢焊接接头合金质量分数较低的一侧母材金属成分相同的材料〔低匹配);②与异种钢焊接接头合金质量分数较高的一侧母材金属成分相同的材料(高匹配);③介于异种钢焊接接头两侧母材金属中间成分的树料(中匹配);④完全不同于异种钢焊接接头两侧母材金属成分的材料。
          对于珠光体钢和马氏体钢的焊接,焊接材料的选用还没有一致的看法,目前国内虽然仍倾向于采用低匹配材料,但也有资料指出,有时这样反而会引起热影响区产生裂纹,所以对于马氏体钢与珠光体钢的焊接,其焊接材料的选择应综合考虑。
          国外一些资料指出,1OCrMo910珠光体耐热钢与X20CrMoV121马氏体热强钢的焊接,选用X20CrMoV121类型的焊接材料焊接的异质接头要比用10CrMo910类型的焊接材料焊接的异质接头的塑性好,而其结论是推荐用X20CrMoV121类型的焊接材料。
        另外,珠光体钢与马氏体钢异种钢焊接接头热处理时在熔合区可能发生C扩散,井留下一个C扩散层,如果用高匹配焊接材料进行焊接,则C扩散层转移到珠光体钢母材一侧。显而易见,珠光体钢有较好塑性,C扩散层即使在珠光体钢这一侧,其接头塑性也较好,利于提高接头的热强性。
        国内一些资料表明珠光体钢与高Cr马氏体钢焊接时采用高匹配焊接材料,其接头的耐热、耐蚀性更好。
          综上所述,对于T91与12Cr1MoV异种钢焊接采用高匹配焊接材料应是较好的选择。
        2.2.3 玻口角度
        异种钢焊接时确定坡口角度的主要依据除母材厚度外,还有母材在焊缝金属中的熔合比。一般说来,坡口角度越大,熔合比越小,坡口角度越小,熔合比越大。异种钢多层焊时,确定坡口角度要考虑多种因素的综合影响,但原则上是希望熔台比越小越奸,因为这样可降低母材对焊缝金属合金成分的稀释作用,使焊缝金属的化学成分和性能比较稳定,波动较小。
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