（南京汽轮电机集团泰兴宁兴机械有限公司 江苏泰兴 225442）
摘要：本文通过对12Cr1MoVR材料的焊接性分析，并对焊接工艺评定试验进行了详细描述，通过对焊接试验和焊接工艺评定制定了详细的焊接工艺实施路线，并提出了在焊接12Cr1MoVR生产过程中应注意的焊接事项。制订了合适的焊接工艺和质量保证措施，为产品质量提供了良好的保障。
关键词：12Cr1MoVR；焊接工艺评定：工艺参数：焊接
前言：
我公司为客户承制2×660MW蒸汽冷却器机组专用高压加热器，主体材料为12Cr1MoVR，设计压力为3.2MPa，设计温度为530℃，壳体直径为DN1800，壁厚为46mm，工作介质为蒸汽。对于这种耐热钢厚板材料压力容器的制造，顺利完成设备制造要解决的关键问题是如何保证材料的焊接性能，所以焊接质量是关键。为此，对12Cr1MoVR钢进行了一系列的焊接试验。通过试验，对该材料的焊接特性有了深入认识，制定了合理的焊接工艺以及应注意的问题，并在设备生产中得到了较好的应用，为同类材料后续产品的焊接积累了良好的经验。
1、12Cr1MoVR的化学成分和力学性能
12Cr1MoVR钢属于耐热钢，当钢板厚度超过20mm时，其焊接性能较差，焊接过程中非常容易产生缺陷。为了保证焊接质量，对材料特性的了解是制定合理的试验和评定方案的关键，特别是对材料本身焊接特性好坏的掌握将有利于制定合理的焊接工艺参数以便于在焊接过程中采取合理的措施来保证焊缝的内在质量。原材料入厂后，对材料进行了化学成分和力学性能复验，见表1、表2。
该材料的供货状态为正火+回火，其金相组织为铁素体+珠光体
2、12Cr1MoVR的焊接性分析
根据化学成分含量和国际焊接学会碳当量计算公式计算12Cr1MoVR钢的碳当量：CE=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15（%）=0.506%，说明12Cr1MoVR钢具有较大的冷裂倾向。根据冷裂纹指数公式Pcm=（2C+CE）/3+0.005=0.275以及焊接热影响区最高硬度公式Hmax（HV10）=140+1089Pcm-8.2t8/5=169.275的计算表明，该材料的焊接性较差，同时该钢种具有一定的冷裂纹倾向，该厚度材料在焊接过程中容易出现大的应力和拘束力。从12Cr1MoVR钢的焊接连续转变曲线可知，其焊接接头容易产生马氏体组织，从而引发焊接冷裂纹，且随板厚的增加，焊接接头淬硬组织增加，冷裂纹倾向加大。所以该钢在焊接时需要采取焊前预热和焊后消氢等工艺措施，以减少产生裂纹的可能性。
12Cr1MoVR钢中含有一定量的Cr、Mo等强碳化物形成元素，从而使其焊接接头的过热区具有一定程度的再热裂纹（亦称消除应力热处理裂纹）敏感性。
3、焊接工艺评定试验
为了顺利完成该台设备制造，在对13MnNiMoR的焊接性进行了充分了解的基础上，根据实际产品的规格，拟定用钨极氩弧焊（GTAW）、焊条电弧焊（SMAW）和埋弧焊（SAW）这三种焊接方法组合进行工艺性能试验。参照NB/T47015-2011《压力容器焊接规程》以及等强匹配原则。氩弧焊焊丝应采用型号ER5515-B2-MnV，执行标准GB/T8110-2008；焊条电弧焊应选用E5515-B2-V，执行标准GB/T5118-2012；根据焊接材料等强选用原则，为实现更好的材料匹配，埋弧焊焊丝和焊剂选用同一厂家的H08CrMoVA+HJ350，执行标准GB/T12470-2003。
首先准备500×125×42的12Cr1MoVR钢板2块作为焊接工艺评定试板，采用钨极氩弧焊、焊条电弧焊和埋弧焊进行组合评定。坡口形式应选用机加工U型坡口，焊接坡口形式和焊道分布详见下图。坡口周围两侧各20mm范围的油污、水锈等彻底清除，直至露出金属光泽。
图一 焊接接头图
在正式施焊前，火焰预热12Cr1MoVR，预热温度需要控制，如果温度过高对焊接操作存在一定的难度，不利于焊接质量的提高，最高层间温度应控制在300℃以内。在整个焊接过程中，使用红外线测温仪检测层间温度，层间温度控制在150≤t≤300范围内，否则容易导致焊缝出现热裂纹。
焊接过程中采用小的焊接参数，使焊道厚度控制在较薄的范围，每层厚度在2.5～3.0mm为最佳。其焊接工艺参数见表3及焊接坡口节点图见图一。
焊后立即进行250～300℃后热消氢处理，以防止氢致裂纹的产生。焊接完成后24小时后RT检测，检测比例为100%Ⅱ级合格；再按NB/T47013-2015标准进行MT检测，检测比例为100%Ⅰ级合格。
12Cr1MoVR经无损检测确认无缺陷后进行消应力热处理，热处理选用OHZ-6电阻炉，热处理温度为（620±20）℃，恒温时间为2.6～3h，最大温差不高于65℃。进炉时，控制入炉温度在≤400℃，升温速度控制在55～130℃/h，保温时间应控制在2.6～3h，冷却速度应温度在55～166℃/h，在≤400℃出炉在静止的空气中冷却。热处理工艺见图2。
图2 热处理工艺
热处理后再按相关技术要求进行无损检测，根据NB/T47014-2011《承压设备焊接工艺评定》标准对焊接接头进行了拉伸试验、弯曲试验及冲击试验，各项数据指标均满足技术要求，结果见表4。从各项检测结果看，拟定的焊接工艺是合理的。
4、产品制造焊接过程质量保证
通过对12Cr1MoVR钢的焊接试验和分析，拟定以下工艺措施来保证产品制造质量。
4.1厚度较大的12Cr1MoVR钢在压力容器成品的生产过程中不宜采用较大的焊接线能量，在满足焊接工艺性的条件下，使用小规范焊接参数，这样可以避免焊接接头产生淬硬组织；
4.2在焊接12Cr1MoVR钢的过程中要控制好预热和层间温度，预热温度应在150+20℃，层间温度在150≤t≤300℃，焊后立即采取消氢处理措施，同时尽量保持焊接接头缓冷，缓冷时间越长，其热影响区淬火倾向越弱，同时有利于氢的逸出，降低了冷裂纹倾向；
4.3焊接材料应选择含S、P较低的焊接材料和低氢型焊条，严格控制氢的来源，焊接之前需要对焊条和焊剂按照工艺规定进行烘干。
5 结论
对于12Cr1MoVR设备的制造，只要制造过程中严格按照工艺文件控制预热温度、后热消氢温度、层间温度、热输入以及焊接顺序，质量是可以保证的。12Cr1MoVR钢制压力容器焊接工艺在生产实践中得到了成功应用，获得了良好的效果，为今后同类产品焊接生产奠定了基础，为同类材料高压设备的制造积累了宝贵的经验。
参考文献：
[1]NB/T47014—2011《承压设备焊接工艺评定》
[2]NB/T47015—2011《压力容器焊接规程》
[3]NB/T47016—2011《承压设备产品焊接试件的力学性能检验》
[4]NB/T47018—2017《承压设备用焊接材料订货技术条件》
[5]GB713—2014《锅炉和压力容器用板材》
[6]王晋生，陈丽中.12Cr1MoVR钢焊接工艺.大型铸锻件，2007（6）：23-25
[7]陈祝年，焊接工程师手册[M].北京：机械工业出版社
[8]陈祝年，焊接冶金学-材料焊接性.北京：机械工业出版社
论文作者:张龙,张琴,肖东琴
论文发表刊物:《电力设备》2019年第12期
论文发表时间:2019/10/24
标签：材料论文; 裂纹论文; 焊接工艺论文; 温度论文; 焊条论文; 过程中论文; 压力容器论文; 《电力设备》2019年第12期论文;