一种T91与12Cr1MoV异种钢的焊接工艺

摘要

本发明提供一种T91与12Cr1MoV异种钢的焊接工艺，包括：焊前准备工序，坡口形式，V型，坡口角度α＝60～65°，对口间隙2.5～3.5mm；焊接热处理工序，(1)预热及焊后热处理方式：远红外加热测温，数显测温仪和自动温控测量；(2)氩弧焊打底前预热：160～200℃，层间温度：250～300℃；(3)焊后热处理：焊缝整体焊接完毕后，冷却到室温后升温到745℃，恒温40分钟，升温、降温速度为200℃/h。上述方案，成本低，焊接效率高；工艺稳定性、可靠性好，能够降低线能量，控制焊逢的熔合比，可获得合格的焊接接头；焊缝性能满足高温强度及高温运行工况需要。

说明书

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，特别是指一种T91与12Cr1MoV异种钢的焊接工艺。 

背景技术

T91钢是一种改良型的9Cr-1Mo钢，属空冷马氏体钢，在原9Cr-1Mo马氏体耐热钢中加入V、Nb等合金元素而炼成；其合金元素总含量超过10％，淬硬倾向大，冷裂纹敏感性大。T91钢材在冶金和轧制过程中，除固溶和沉淀强化外，采用了微合金化、控扎、形变热处理获得高密度位错和超细化晶粒的新技术和新方法，与以前的耐热钢比较其强化机理也从两个方面提高到三个方面，因而形成了超高强度钢，且韧性显著提高。 

由于T91钢其具有良好的抗高温氧化和抗蠕变性能，在我国新建的高参数机组及部分老机组的改造中，以其代替价格昂贵的TP304H、焊接性差的F12钢及热强性较低的T22、P22钢已成为一种趋势，在同样的工作条件下选用高温强度高的T91，则管材的壁厚将大大降低，焊接应力也将大大降低，而获得完整无缺陷的焊接接头的可能性大为提高，该钢已在我国电站中有广泛的应用。 

12X1M？(与国产12Cr1MoV相当)属于珠光体钢，12Cr1MoV钢是一种综合性能较好的珠光体耐热钢，焊接性能相对较好，淬硬及冷裂倾向小。 

T91与12Cr1MoV钢的焊缝属于异种钢焊接接头，即马氏体与珠光体钢焊接。由于两种材料的化学成分和金相组织存在很大的差异，而且物理性能差别较大，很容易出现大面积焊接缺陷，尤其是冷裂纹倾向大，大体与T91同种钢焊接的冷裂纹倾向性相当。 

因此，为使T91与12Cr1MoV异种钢焊接后的焊缝力学性能及金相组织与母材大体一致，从而保证设备的安全使用及使用寿命，需要解决T91与 12Cr1MoV异种钢接焊工艺的难题。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种焊接效率高、焊缝性能满足需要的T91与12Cr1MoV异种钢的焊接工艺。 

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种T91与12Cr1MoV异种钢的焊接工艺，包括： 

焊接工序，采取如下工艺参数； 

水平固定焊接工艺参数如下表： 

垂直固定焊接工艺参数如下表： 

其中，还包括：坡口形式，V型，坡口角度α＝60～65°，对口间隙2.5～3.5mm。 

其中，还包括： 

焊接热处理工序 

(1)预热及焊后热处理方式：远红外加热测温，数显测温仪和自动温控测量； 

(2)氩弧焊打底前预热：160～200℃，层间温度：250～300℃； 

(3)焊后热处理：焊缝整体焊接完毕后，冷却到室温后升温到745℃，恒温40分钟，升温、降温速度为200℃/h。 

本发明的上述技术方案的有益效果如下： 

上述方案，成本低，焊接效率高；工艺稳定性、可靠性好，能够降低线能量，控制焊逢的熔合比，可获得合格的焊接接头；焊缝性能满足高温强度及高温运行工况需要。 

附图说明

图1为本发明实施例的热过程示意图。 

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。 

本发明的实施例提供一种T91与12Cr1MoV异种钢的焊接工艺，包括： 

焊接工序， 

坡口形式，V型，坡口角度α＝60～65°，对口间隙2.5～3.5mm。 

采取如下工艺参数； 

水平固定焊接工艺参数如下表： 

垂直固定焊接工艺参数如下表： 

具体操作规范要点如下： 

(1)由于T91钢合金含量高，铁水流动性差，根部焊缝容易氧化，所以当管道内部氩气充满且稳定后才能施焊； 

(2)由于T91钢合金含量高，铁水流动性差易造成根部未熔，打底时均匀送丝，避免产生根部焊缝未熔焊丝头；铁水过渡采用自由过渡，收头时，填满弧坑后，移向坡口边沿收弧，避免产生弧坑裂纹； 

(3)盖面第一道要减小焊接电流，防止根层焊缝由于焊接电流过大被击穿，同时防止产生层间未熔合； 

(4)采用薄焊道、多层焊接减小焊缝的热输入量，抑制焊缝晶粒过热，提高焊缝的机械性能；避免大电流，慢速焊的操作习惯； 

(5)层道间要仔细清理，合理的用机械方法清理，有效防止产生缺陷。 

焊接热处理工序 

(1)预热及焊后热处理方式：远红外加热测温，数显测温仪和自动温控测量； 

(2)氩弧焊打底前预热：160～200℃，层间温度：250～300℃； 

(3)焊后热处理：焊缝整体焊接完毕后，冷却到室温后升温到745℃， 恒温40分钟，升、降温速度为200℃/h。如图1所示为本发明实施例的热过程示意图。 

具体操作规范要点如下： 

(1)避免冷裂纹产生 

T91和12Cr1MoV小径管的异种钢焊接对热裂纹的敏感性不大，但对冷裂纹敏感性大。其主要原因是T91钢的合金含量高，淬硬倾向大，在氢和拘束应力的作用下易产生冷裂纹。对于T91和12Cr1MoV小径管进行焊接时，避免冷裂纹产生的主要措施是：a焊前严格清理焊丝及焊件表面的油、锈，减少焊缝中氢的来源；b采用合理的焊接线能量、加热规范，降低焊接接头的残余应力；c增加焊缝组织的稳定性；d促使焊缝中氢的逸出，改善焊接接头的塑性和韧性。 

(2)选择合理的焊接线能量 

增加焊接线能量可以使焊缝在冷却过程中800～500℃的冷却时间延长，有利于减缓组织应力和焊缝中氢的逸出，减少焊缝的裂纹倾向，但线能量过大会使热影响区增宽，使1100℃以上停留时间过长，且容易造成T91侧焊缝熔合线附近产生脱碳层、焊缝晶粒粗大，对焊接接头的塑性和韧性不利。采用小线能量焊接，由于冷却快，过热区易产生粗大的马氏体组织，导致该区的塑性、韧性下降，在扩散氢和焊接应力的作用下易产生冷裂纹，但通过焊前预热、控制合理的层间温度可避免这些缺陷的产生。所以在施焊中采用小线能量输入。 

(3)选择合理的焊接热规范 

由于T91和12Cr1MoV钢都具有淬硬倾向，且T91钢的淬硬倾向还很大，回火马氏体钢母材性能受到焊接热循环的影响，焊接热影响区性能明显劣化。钢的焊接接头性能劣化的程度随焊接热输入量的增大而加剧；所以焊前采取合适的预热温度、焊接时保持一定层间温度，适当降低焊缝和热影响区的冷却速度，减少焊接接头的淬硬倾向，并促使扩散氢逸出焊接区，有效地预防冷裂纹的产生。预热温度、层间温度过低起不到应有的效果，过高则不仅不利于焊接，而且易造成焊缝、热影响区的晶粒粗大，使焊接接头性能恶化。因此，氩弧焊打底前预热：160～200℃，层间温度：250～300℃。 

(4)选择合理的焊后热处理规范 

T91和12Cr1MoV的焊接，既要能对T91侧热影响区进行足够的回火，又不会造成对12Cr1MoV侧热影响区的过回火，同时又能够对焊缝进行有效的热处理。另外由于T91和12Cr1MoV两种钢的化学成分相差极大，焊后热处理在消除焊接接头焊接应力，改善焊接接头的接头塑性和韧性的同时可能会使T91侧的熔合线附近的碳元素向T91母材过渡，使靠近T91侧的焊缝发生脱碳软化。因此，焊后热处理：焊缝整体焊接完毕后，冷却到室温后升温到745℃，恒温40分钟，升、降温速度为200℃/h。 

经本发明工艺处理的焊接接头外观检查、射线、超声波探伤结果均合格；以上两种位置的焊接工艺对接接头常温机械性能和金相组织见下表； 

12Cr1MoV钢和T91钢对接接头的常温机械性能 

注:拉伸试样均断裂于12Cr1MoV母材侧 

12Cr1MoV钢和T91钢对接接头的金相组织 

焊接位置 焊缝 T91母材 12Cr1MoV侧母材 水平固定 M+F M F+P 垂直固定 M+F M F+P

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和优化，这些改进和优化也应视为本发明的保护范围。