异种钢焊接分析探讨.docVIP

关键词 异种钢 焊接 分析探讨摘 要 本文从一台转化气蒸汽发生器制造过程中遇到的15CrMoR与800H异种钢焊接问题入手，结合两种钢材的焊接特性和两种钢材所做工件的结构特点，对两种钢材相焊的工艺方法进行了探讨，并通过论证，制定了切合实际的工艺方案，解决了施工难题，完成了设备制造任务。???1 前言 ??? 在我公司为炼油事业部制氢装置制造的设备中，有一台转化气蒸汽发生器。它是制氢装置中的关键设备之一，主体材料为15CrMoR。此设备在制造过程中，对施焊条件的要求较为苛刻，所有零部件的焊接均需在预热150—200℃的条件下进行，施工难度很大。尽管如此，由于Cr-Mo低合金钢的焊接在我公司已有比较成熟的焊接工艺和施焊经验，只要严格按工艺规范进行施工，是完全能够满足设计图样和施工技术条件的。??? 然而，在设备的结构设计中，考虑到此设备要长期在高温状态下运行，设计人员在转化气入口处，采用了800H材料做为过渡段，与主体15CrMoR材料的管箱焊接的结构型式，从而弥补15CrMoR材料高温强度较低的不足。为设备投产后的安全运行奠定了基础，但同时也为设备的制造提出了难题。 2 难点分析 ??? 众所周知，15CrMoR和800H是两种焊接性能截然不同的材料。??? 一个是以Cr-Mo为基的低合金珠光体耐热钢。焊接时产生冷裂纹的倾向较大（包括热影响区和焊缝金属）而且裂纹往往带有延迟性（扩散氢与焊接残余应力共同作用的结果）。预防冷裂纹产生的主要措施除严格选择低氢型焊接材料，并严格执行烘干制度外，还必须在施焊前对母材进行预热，施焊过程中保待较高的层间温度，以及焊后立即进行消氢处理。??? 另一个是以Cr-Ni为基的高合金奥氏体耐热钢。它在施焊过程中极易产生的缺陷是焊缝区的热裂纹。所谓热裂纹是焊缝金属从液体凝固成固体时，在凝固点以下的高温区发生的裂纹。防止热裂纹产生的方法，除了要选择好焊接材料以外，还必须在施焊过程中减少热量的输人，尽量采用小的线能量，加快焊后的冷却速度，控制较低的层间温度，并且在无特殊要求时不进行焊后热处理。??? 此外，两种材料在线胀系数等物理性能方面也相差甚远，使得在两种材料组焊后，造成较大的拘束应力，从而增加了焊接过程中热裂纹产生的倾向。??? 如何将这样两种焊接特性截然相反的材料组焊在一起，并使组焊后焊接接头的机械性能满足设备结构的需要，是我们要探讨解决的问题。 3 组焊工艺的探讨 ??? 首先，针对两种材料的焊接特性及设计技术条件的要求，作了焊接工艺评定，且对产品进行了组对焊接。结果发现，焊接工艺评定所提供的工艺方法和工艺参数，不能满足实际施焊的要求。??? 原因是，在焊接工艺评定过程中，分别按照两种材料的焊接特点，采用不同的工艺方法，组对时先将15CrMoR的板材预热到150—200℃，然后用选择好的焊材将两块不同材质的板料点焊在一起（图1）。由于两块试板处于自由状态，组对时没有拘束，施焊时也是自由的，并且在工艺参数上基本可以满足各自的焊接特性，评定后焊缝的化学成份、机械性能等项要求，均满足了施工技术条件的规定。??? 而在产品实际的施工过程中，两种材料工件的状况与工艺评定试板不同，15CrMoR工件的几何尺寸Φ1400×30mm，长度为 1100mm，最大最小直径差为7mm；800H工件的几何尺寸为大端Φ1400 X 30mm，小端Φ443×60mm，长度为1250mm，大端最大最小直径差为7mm（图2）。两种材料工件的刚性极强。按照焊接工艺评定提供的方法，组对时我们先将15CrMoR侧端口部分进行预热，达到要求的温度后与800H锥体组对点焊。点焊后不久，当15CrMoR侧冷下来，全部焊点均出现了裂纹，反复几次，结果依然相同。这使得后面的焊接无法进行。针对这种情况，结合两种材料的焊接特点和工艺评定中有益的内容，我们反复进行了研究论证，同时参照当时引进的一台国外设备中异种钢焊接处理方法的启示，制定出了相应的施焊方案。经过实际产品的试验，较好地解决了上述存在的问题，成功地实现了这两种材料的焊接。 ??? 下面就将组焊工艺的主要内容作一个简单地介绍。组焊的主要程序是：先在15CrMoR材料的工件上，用选定的过渡焊材和800H的同种焊材堆焊出一个过渡段，然后再将800H材料的锥体与过渡段组焊。这样就可以成功地避开两种材料直接组焊时，15CrMoR材料的焊前预热、焊后的后热处理及施焊过程中高层间温度的要求。??? 具体的施焊步骤是：??? （1）将15CrMoR材料的筒节与800H材料锥体组对焊缝的端口处，用砂轮打磨致见金属光泽。然后用加热器对端部100mm范围内进行预热，预热温度为150—200℃。当用测温仪测得温度达到要求后，开始用焊接工艺选定好的焊材对端口表面进行堆焊。先用过渡层焊材进行第一层堆