摘要：15CrMoR钢具有很大的淬硬性，冷裂纹和再热裂纹倾向较明显，焊接性较差，尤其在中厚板焊接过程中焊接难度更加显现，因此在实际生产过程中如何选择适当的焊接工艺和焊接方法是十分必要的，以我公司制造材质为15CrMoR的分解变换反应器为例，从生产制造、焊接、及热处理三方面进行有针对性的探讨研究。
关键词：15CrMoR，焊接性， 热处理
一、前言
目前国内能生产15CrMoR材质的中型反应容器的厂家不多，以市场为导向，我公司抓住机遇承接并制造总重为66吨的15CrMoR分解变换反应钢制换热容器，它的设计温度壳程为340℃，管程为320℃，介质为导热油/原料气，直径为2400，15CrMoR壳程部分厚度为34mm，属于Ⅲ类压力容器，要求焊前预热、焊后热处理，A、B类焊缝按JB/T4730进行100%射线检测,100%超声波复验，合格级别分别为II、I级，C、D类焊缝需进行表面检测。制造检验标准极为严格，如何保质保量完成容器的生产制造成为重中之重，本文针对此15CrMoR钢制分解变换反应器产品在实际生产过程中焊接工艺及热处理方案的探讨，但愿能为同行业发展做到抛砖引玉的作用。
二、材料及其焊接性分析
1、焊接性分析
15CrMoR耐热钢具有明显的淬硬倾向,焊接时在焊缝和热影响区极易出现硬脆的马氏体组织,产生很大的内应力,导致焊接接头热影响区产生裂纹。如果焊接线能量过大,热影响区晶粒明显粗化,在焊接残余应力的作用下,焊缝热影响区的粗晶区还易出现再热裂纹，在焊后热处理过程中也有产生再热裂纹的可能。15CrMoR材料焊接主要问题是近缝区的硬化和冷裂纹，热影响区的软化以及焊后热处理或高温长期使用中的再热裂纹问题，热裂纹的趋向不明显[1-3]。
Cr-Mo钢及其焊接接头在370~565摄氏温度区间长期运行过程中,由于P沿晶界发生的扩散偏析会产生脆变现象,从而影响接头的塑韧性。焊接过程焊缝温度应尽量缩短在此温度区间停留的时间【4】。
2、 针对上述焊接特性，结合本产品焊接时应采取的措施：
1）预热：本产品采用焊前预热150~200℃，因为预热有利于减少焊接残余应力，同时还可降低扩散氢含量从而降低延迟裂纹的出现几率。
2）依据先期制备的合格焊接工艺评定，制定符合本产品的相关焊接参数。
3）焊后保温：焊后300℃±20℃保温2小时，其作用之一具有焊后消氢，二是降低焊后残余应力，焊后热处理降低产品残余应力。
4）焊材要按制度严格进行烘干。
三、焊接工艺的制定
1.焊接方法：
焊接方法可采用焊条电弧焊,埋弧焊或熔化极气体保护焊等,在生产中为了减少焊缝中的缺陷,提高生产效率和质量,降低成本,生产中主要采用焊条电弧焊和埋弧焊。结合我厂的情况采用焊条电弧焊和埋弧焊焊接筒体及其相关部件，氩弧焊焊接管板与换热管。
2.焊接材料
根据《钢制压力容器焊接规程》的要求，并结合压力容器的结构特点、使用条件及焊接方法综合选用焊接材料。此设备在焊接材料选择上,除满足上述条件外，必须保证焊缝金属性同母材匹配,化学成份同母材相近，选择与母材相匹配的焊丝、焊剂和焊条。
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3．坡口制作
(1)首选机械加工坡口。
(2)按图纸和焊接方法设计坡口角度及尺寸。
4．焊接工艺参数
依据焊接工艺评定制定焊接工艺参数，严格控制线能量。
5．组对
焊接要求：针对15CrMoR部分组对时的定位焊采用焊条定位焊,焊条选用R307焊条,直径3.2mm,焊前预热采用火焰均匀加热,加热至150~200℃时进行定位焊。定位焊焊缝厚度不小于8mm,焊缝长度每隔200mm焊100mm。定位焊缝要求与正式焊缝相同,不能存在任何缺陷,尤其是收弧部位无弧坑裂纹。定位焊需在坡口内引弧,不得在母材表面随意引弧。定位焊缝焊完后,用火焰进行均匀加热,加热到300摄氏度后用岩棉保温缓冷。
此台分解变换反应器属于中型换热器的一种，在大直径管板和筒体焊接时，如何控制换热器管板和筒体焊接变型量，保证组对焊后两管板平行度和垂直度，以利于1396根换热管在管板和筒体组对后进行盲穿，提出了很高的要求精度，我单位采用“八点八线，控制线能量法”定位组装，即管板外圆均分八点，筒体均分八条直线，组对成型效果极为显著，在施工过程中适时控制线能量进而影响焊接变型量的方法成功组对。
6．焊前准备及过程
(1)焊接前清理焊道两侧20mm范围内油污等杂质。(2)焊前采用履带式电加热带对整条焊缝进行预热,预热宽度为焊缝左右两侧各不小于300mm范围。履带放置在外侧焊缝处,壳程内侧用岩棉进行保温。预热过程随时用远红外测温仪测温,保证预热温度的均匀性,温度升至150摄氏度后进行焊接。(3)焊接参数严格执行焊接工艺评定结果,并严格控制焊接热输入,每条焊缝要一次焊完,中间不得停留,并严格控制道间温度不低于150摄氏度,否则应重新进行加热。(4)每条焊缝焊完后立即进行300±20℃摄氏度╳2h的消氢处理,以降低扩散氢含量,避免延迟裂纹的产生。(5)每条焊缝焊接完毕,待48h后进行RT、UT、MT检测。
7 焊后热处理
此台分解变换反应器需进行焊后热处理以改善金属组织,降低焊缝及热影响区硬度,提高接头的高温蠕变强度和组织稳定性,达到提高接头的综合力学性能的目的。焊接温度的选择应尽量缩短在370~565℃温度的停留时间，避免热处理过程产生回火脆性,我公司制定的此台设备的热处理方案按照NB/T47015压力容器焊接工艺规程相关规定及本产品材料的热膨胀系数不同与设计单位沟通采用分段热处理方案：开始加热温度≤400℃，升温阶段55℃/h≤T≤171℃/h，热处理恒温温度670℃±20℃，保温时间80~100min，降温阶段55℃/h≤T≤218℃/h，停止加热温度≤400℃。
四.结论
通过对15CrMoR材质分解变换反应器在生产制造过程中的焊接工艺研究，因地制宜，根据工厂实际情况加强施工管理，严格控制焊接工艺参数，才能够保证焊接质量，达到图纸技术要求的性能，确保产品使用性能，并顺利施工。
参考文献：
1王晋生,吴喜民.15CrMOR耐热钢焊接性能研究[J].大型铸锻件,2006(1):14-16;
2中国工程机械学会焊接学会.焊接手册,第二分卷【M】.北京:机械工业出版社,2001;
3苏海青,韩曙光.15CrMoR钢的焊接工艺[J].焊接技术,2006,35(5):63-64;
4陈爱国,叶家玮.15CrMoG船用锅炉管焊接工艺探讨[J].热加工工艺,2007,36(23):10-12；
论文作者:刘民,郭新宇
论文发表刊物:《基层建设》2019年第20期
论文发表时间:2019/9/20
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