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  • T91與12Cr1MoV異種鋼焊接分析
    添加時間: 2013-5-15 9:56:20 來源:http://www.awhqw.com 作者:江蘇不銹鋼管廠 點擊數:3484
    江蘇不銹鋼管廠現代工業中,異種鋼結構得到越來越廣泛的應用。火力發電機組隨著各個部位工作溫度的不同,相應地使用了不同化學成分和組織結構的鋼材,因此必然會遇到異種鋼的焊接問題。
        在青海橋頭發電廠六期擴建工程中,125MW機組鍋爐系上海鍋爐廠生產的蒸發量為 42O t/h汽包自然循環爐,其高溫再熱器管采用美國的新型耐熱鋼 SA213-T9l,與低溫段珠光體耐熱鋼12CrlMoV進行焊接,焊接難度大,易出現缺陷。而關于與T91相匹配的異種鋼接頭,目前國內應用較少。通過焊接工藝評定試驗,最后確定用高強配比的焊材進行焊接。
    1 異種鋼焊接
    1.1 異種鋼焊接的含義
        異種鋼焊接接頭基本上可以分為兩大類:一類為金屬組織相同而化學成分不同,如低碳鋼與低合金珠光體耐熱鋼的焊接;另一類為金屬組織和化學成分都不相同,而且物理性能差別較大,如T9l與12Cr1MoV的焊接。綜合來看。后者焊接時出現的間題較多。
    1.2 異種鋼焊接接頭的特征及主要存在問題
    1.2.1 化學成分的不均勻性
        異種鋼焊接時,由于焊縫兩側的金屬和焊縫的合金成分有明顯的差別,隨著焊接工藝的不同,焊接熔池的行為就不一樣,因而,母材的熔化量也將隨之不同,最終造成整個焊接接頭化學成分極不均勻,因而經常會帶來一些嚴重問題,如奧氏體鋼與非奧氏體鋼之間的焊接容易在熔合區生成馬氏體.在焊接中或使用中可能形成裂紋,使焊接接頭破壞。又如焊接時熔合區的C發生擴散,w(C)呈現極大的不均勻性,由于熱處理  時長時間的高溫作用、C擴散層明顯,成為焊接中一個重要問  題,因為它會大大降低異種鋼接頭的性能。
        1.2.2 金相組織的不均勻性
        焊接接頭的化學成分不均勻,經過焊接熱循環作用之后,焊接接頭各區域也將出現不同的金相組織,往往在局部出現相  當復雜的組織結構。由干母材和填充材料的化學成分不均勻,  必然造成金相組織的不均勻,若能在工藝上適當調整,可以使  焊接接頭的組織不均勻程度得到一定的改善。
        1.2.3 性能的不均勻性
          焊接接頭各區域化學成分和金相組織的差異,使焊接接頭  力學性能不同,沿接頭各區域的室溫強度、硬度、塑性、韌性都有很大的差別,高溫下的蠕變極限和持久強度也會因成分和  組織的不同,相差極為懸殊。
          對焊接接頭影響最大的物理性能主要有膨脹系數和導熱系數,它們的差異將在很大程度上決定著焊接接頭在高溫下使用的安全性。
        1.2.4 應力場分布的不均勻性
          異種鋼焊接接頭中焊接殘余應力分布不均勻,這是因為接頭各區域具有不同的塑性所決定的。另外,材料導熱性的差異,將引起焊接熱循環溫度場的變化,也是殘余應力分布不均勻的因素之一。
          由于異種鋼焊接接頭各區域的線膨脹系數不同,熔合線必然存在著熱應力,理化性能相差越大,這種熱應力也就越大,有可能成為接頭破壞的主耍原因之一。
    2  T91與12Cr1MoV異種鋼焊接工藝分析
    2.1  T91鋼是一種改進的9Cr1Mo鋼,在美國材料試驗學會(ASTM)和美國機械工程師學會(ASME)標準中,T91代表鍋爐用小管子,屬馬氏體鋼,具有良好的沖擊性能和高溫強度,目前,常用于火電廠鍋爐過熱器和再熱器管等。
        12CrlMoV鋼是一種常見的珠光體耐熱鋼,應用廣泛,常用來制造壁溫≤580℃的高壓、超高壓鍋爐過熱器管、聯箱和主蒸汽管道等,具有較好的焊接性能。
        對w91與12CrlMoV異種鋼的焊接要依據馬氏體鋼與珠光體鋼的焊接原則進行考慮。
    2.2 焊接的工藝原則
          異種鋼焊縫與母材的化學成分、金相組織、物理性能及力學性能都有較大的差別,因此異種鋼焊接要比同種鋼復雜得多。焊掃時必須采取一定的恃殊工藝措施才能獲得滿意的焊接接頭。考慮異種鋼焊按工藝時必須根據這些特定的條件來確定焊接方法、焊接材料、工藝參數以及其他的措施。
        2.2.1 焊接方法的選擇
          常用的各種電弧焊接方法都可以進行焊接,但在火電建設工程中,管道的焊接常用手工鎢極氬弧焊打底、焊條電弧焊蓋面的焊接工藝,直徑小于60mm的薄壁管也可考慮全部采用手工鎢極氬弧焊工藝。
        2.2.2 焊接材料的選擇
        正確地選擇焊接材料是異種鋼焊接時的關鍵,接頭質量和性能與焊接材料關系十分密切。選擇異種鋼焊接材料的基本原則可歸納如下:
        A. 在焊接接頭不產生裂紋等缺陷的前提下,若不可能兼顧焊縫金屬的強度和塑性,則應選用塑性較好的焊接材料。
        B. 異種鋼焊接材料的焊縫金屬性能只需符合兩種母材中的一種即認為滿足技術要求。
        C. 焊接材料應具有良好的工藝性能,焊縫成形美觀。
        D. 焊接材料應經濟、易得。
          但選擇焊接材料應綜合考慮上述各個方面,而不能簡單依據某種原則。
          異種鋼焊接時有4種焊接材料可供選擇:①與異種鋼焊接接頭合金質量分數較低的一側母材金屬成分相同的材料〔低匹配);②與異種鋼焊接接頭合金質量分數較高的一側母材金屬成分相同的材料(高匹配);③介于異種鋼焊接接頭兩側母材金屬中間成分的樹料(中匹配);④完全不同于異種鋼焊接接頭兩側母材金屬成分的材料。
          對于珠光體鋼和馬氏體鋼的焊接,焊接材料的選用還沒有一致的看法,目前國內雖然仍傾向于采用低匹配材料,但也有資料指出,有時這樣反而會引起熱影響區產生裂紋,所以對于馬氏體鋼與珠光體鋼的焊接,其焊接材料的選擇應綜合考慮。
          國外一些資料指出,1OCrMo910珠光體耐熱鋼與X20CrMoV121馬氏體熱強鋼的焊接,選用X20CrMoV121類型的焊接材料焊接的異質接頭要比用10CrMo910類型的焊接材料焊接的異質接頭的塑性好,而其結論是推薦用X20CrMoV121類型的焊接材料。
        另外,珠光體鋼與馬氏體鋼異種鋼焊接接頭熱處理時在熔合區可能發生C擴散,井留下一個C擴散層,如果用高匹配焊接材料進行焊接,則C擴散層轉移到珠光體鋼母材一側。顯而易見,珠光體鋼有較好塑性,C擴散層即使在珠光體鋼這一側,其接頭塑性也較好,利于提高接頭的熱強性。
        國內一些資料表明珠光體鋼與高Cr馬氏體鋼焊接時采用高匹配焊接材料,其接頭的耐熱、耐蝕性更好。
          綜上所述,對于T91與12Cr1MoV異種鋼焊接采用高匹配焊接材料應是較好的選擇。
        2.2.3 玻口角度
        異種鋼焊接時確定坡口角度的主要依據除母材厚度外,還有母材在焊縫金屬中的熔合比。一般說來,坡口角度越大,熔合比越小,坡口角度越小,熔合比越大。異種鋼多層焊時,確定坡口角度要考慮多種因素的綜合影響,但原則上是希望熔臺比越小越奸,因為這樣可降低母材對焊縫金屬合金成分的稀釋作用,使焊縫金屬的化學成分和性能比較穩定,波動較小。
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