12%Cr(F11•F12)钢焊接技术(三)
<p> 3.5.3.3 两种选材结果的化学成分、金相组织及性能的比较:</p><p> (1)化学成分比较</p>
<p> 用TIG—R40打底时(如二层),其焊缝金属C、Cr含量比母材降低较大,但由于熔合比作用,焊缝金属中的C、Cr、Ni、W、V等仍比焊缝熔敷金属高(如焊缝中W0.32%,Cr降低为5.58%);焊缝金属中含H量也特别低。</p>
<p> 用20MVW—IG打底时,焊缝金属的化学成分与母材相近;(W增至0.44%)</p>
<p> (2)金相组织比较</p>
<p> 用TIG—R40打底:回火后焊缝根部是回火索氏体+铁素体+少量碳化物组织</p>
<p> 用20MVW—IG打底:回火后焊缝根部为有位向回火索氏体斗少量铁素体</p>
<p> (3)<a href="http://www.mechnet.com.cn/company/26/1.html" ><font color="#000000">焊接</font></a>接头常温力学性能比较</p>
<p> ①两种焊丝打底的接头其бb均高于母材的бb;低匹配бb比母材高30MPa,等强匹配高61MPa,即等强匹配的бb>低匹配的бb。</p>
<p> ②低匹配的塑性指标(δs、ψ冷弯角)高于等强匹配。</p>
<p> ③冲击韧性αk值,低匹配低于等强匹配,对抗断裂不利。这是由于低匹配时,焊缝金属合金含量低,易形成块状铁素体所致。</p>
<p> ④两种匹配法采用小线能量多层多道焊比采用大线能量多层单道焊时,其焊缝金属的αk高;但HAZαk值与母材相近。其原因为多层多道焊缝金属,HAZ组织为有位向回火索氏体,而多层单道焊有明显的柱状晶,随低熔点杂质富集的影响不同而不同。</p>
<p> (4)高温短时力学性能比较(550℃试验)</p>
<p> ①两种匹配的接头бb均小于母材的бb;侣匹配低52MPa,等强匹配低20MPa。即从保证接头高温强度来看,等强匹配优于低匹配。</p>
<p> ②塑性指标(δs、ψ)均低于母材。低匹配比母材低(以δs为例)9%,等强匹配低11%。即从高温塑性看,低匹配优于等强匹配。</p>
<p> 3.6 焊后冷却</p>
<p> 3.6.1 要严格控制焊后冷却温度,确保焊缝组织充分转变为马氏体,只有这样才能在回火过程中获得具有良好性能的索氏体组织。这是F12钢<a href="http://www.mechnet.com.cn/company/26/1.html" ><font color="#000000">焊接</font></a>的独特要求。</p>
<p> 3.6.2 F12钢不允许焊后立即升温回火,因为在<a href="http://www.mechnet.com.cn/company/26/1.html" ><font color="#000000">焊接</font></a>过程中奥氏体尚未完全转变为马氏体,焊后如立即升温回火,碳化物将沿奥氏体晶界析出,同时奥氏体向珠光体转变,如前所述,这种组织很脆,对接头性能十分不利。</p>
<p> 3.6.3 F12钢也不允许焊后冷却到室温再进行升温回火热处理,这是因为有产生裂纹的严重危险。其原因是:</p>
<p> 3.6.3.1 在室温下,焊缝中的残余奥氏体将继续转变为马氏体,当保持时间在24~72h范围内,转变尤为强烈,这便使得<a href="http://www.mechnet.com.cn/company/26/1.html" ><font color="#000000">焊接</font></a>接头进一步变硬,变脆,组织应力进一步升高。</p>
<p> 3.6.3.2 此钢经空淬后,常温塑性相当低(δ=4.2%)。</p>
<p> 3.6.3.3 由于长时间H的逐渐析集,在焊缝的局部将产生较大的氢(分)压。</p>
<p> 3.6.4 焊后冷却的温度及保持时间</p>
<p> 据资料及国内外规程、经验,—般应将F12焊缝冷却至100~150℃,保温(恒温)1~2h(厚壁大径管可按1分/mm•×壁厚进行恒温,但不得少于30分钟,等奥氏体组织转变成马氏体后,立即开始焊后热处理。</p>
<p> 3.6.5 对于薄壁小径管《如疏水、排气等管》焊口,由于径小、壁薄,刚性小,热应力也小。因此,可以让焊口焊后冷却至室温再进行回火热处理。但是其<a href="http://www.mechnet.com.cn/company/26/1.html" ><font color="#000000">焊接</font></a>和热处理之间的间隙时间不能超过24h,否则可能产生裂纹。</p>
<p> 3.7 <a href="http://www.mechnet.com.cn/company/26/1.html" ><font color="#000000">焊接</font></a>坡口型式</p>
<p> 对于厚壁大径管常用坡口有两种:双V型及U型。</p>
<p> 3.7.1 双V型坡口</p>
<p> 优点:坡口现场加工比较容易,只要<a href="http://www.mechnet.com.cn/company/26/1.html" ><font color="#000000">焊接</font></a>操作得当能确保质量。</p>
<p> 缺点:双V型坡口下半部空间较狭窄,根部及下半部<a href="http://www.mechnet.com.cn/company/26/1.html" ><font color="#000000">焊接</font></a>时焊条摆动困难,易产生夹沟现象,导致焊缝夹渣或出现熔化不良现象;坡口填充金属相对较多。</p>
<p> 3.7.2 U型坡口</p>
<p> 优点:坡口底部较宽,便于运条,有利于底部熔化良好,有效地提高了接头质量;坡口填充金属相应较少,有利于节约焊材和降低焊工劳动强度。</p>
<p> 缺点:加工稍麻烦</p>
<p> 3.8 <a href="http://www.mechnet.com.cn/company/26/1.html" ><font color="#000000">焊接</font></a>规范</p>
<p> 3.8.1 F12钢厚壁件<a href="http://www.mechnet.com.cn/company/26/1.html" ><font color="#000000">焊接</font></a>时,综上所述应采用小规范多道多层焊,<a href="http://www.mechnet.com.cn/company/26/1.html" ><font color="#000000">焊接</font></a>线能量控制在23000J/cm,t8/5控制在75秒左右。</p>
<p> 3.8.2 多道多层焊除了如前所述有利于接头的韧性,同时,这种小规范<a href="http://www.mechnet.com.cn/company/26/1.html" ><font color="#000000">焊接</font></a>也有效地控制了<a href="http://www.mechnet.com.cn/company/26/1.html" ><font color="#000000">焊接</font></a>接头的峰值温度,对防止和减小热影响区软化层<带)有利。</p>
<p> 3.8.3 多道多层<a href="http://www.mechnet.com.cn/company/26/1.html" ><font color="#000000">焊接</font></a>时,每道焊缝的厚度不大于所用焊条直径的(1~1.5)倍,宽度不大于所用焊条直径的2~3倍。</p>
<p> 3.8.4 F12钢不同规格焊条<a href="http://www.mechnet.com.cn/company/26/1.html" ><font color="#000000">焊接</font></a>许用电流范围</p>
<p> 3.9焊后热处理</p>
<p> 3.9.1 Ft2焊后必须进行热处理:</p>
<p> 3.9.1.1 F12焊后状态硬度极高(HB550~600),必须进行高温回火硬度才能降到安全范围(HB≤350)之内。</p>
<p> 3.9.1.2 F12焊后组织为高硬度的马氏体+贝氏体+少量铁素体+残余奥氏体等不稳定组织,经过热处理,马氏体才能转变为性能优良的索氏体。</p>
<p> 3.9.1.3 只有经热处理才能消除或降低<a href="http://www.mechnet.com.cn/company/26/1.html" ><font color="#000000">焊接</font></a>残余应力(热应力+组织应力+附加应力),并有效去除焊缝中的氢,以避免冷裂纹。 </p>
<p> 3.9.2 F12热处理规范</p>
<p> 3.9.2.1 760~780℃(英闰720~760℃)高温回火,恒温时间决定了马氏体转变为索氏体的过程。国内F12钢焊后高温回火工艺规范。</p>
<p> 3.9.2.2英国(babcock)的规定恒温时间</p>
<p> 2.5min/mm壁厚,但最少不得少于60分钟。</p>
<p> 3.9.3 回火温度要适当(760~780~C)(英国720~760~C)。</p>
<p> 3.9.3.1 回火温度过低,回火效果不显著,利于防止冷裂纹。</p>
<p> 3.9.3.2 (1)回火温度增高有利于防止冷裂纹(≤800℃)</p>
<p> (2)回火温度过高<a href="http://www.mechnet.com.cn/company/26/1.html" ><font color="#000000">焊接</font></a>接头软化带加剧,对接头强度影响极大。</p>
<p> (3)回火温度若超过ACl(840℃),则奥氏体再次形成,并在随后的冷却过程中重新淬硬。</p>
<p> 3.9.4 回火恒温时间应充分</p>
<p> F12焊后状态的组织一般为马氏体+贝厌体,在回火时必须要有充分的时间,马氏体、贝氏体(尤其是贝氏体)才能完成转变,否则接头的塑性、韧性难以达到要求。</p>
<p> 3.9.5 加热及冷却速度及恒温要求</p>
<p> 原则上要保证管子内外壁,上下部及加热区范围内温度均匀,温度梯度不能过大,(国内焊规50℃)。恒温时,英国规定,焊缝两侧离焊缝中心2.5√rt的表面温度不得低于热处理温度的1/2。</p>
<p> (r-管子内半径,t-壁厚)</p>
<p> 一般情况下视壁厚,加热速度为1.5℃/分钟~3℃/分,壁越厚速度应越慢;冷却速度2℃/分~4℃/分。</p>
<p> 冷却时300℃以下可包扎自冷。</p>
<p> 目的:防止在热处理过程中产生残余应力。</p>
<p> 4 F12钢<a href="http://www.mechnet.com.cn/company/26/1.html" ><font color="#000000">焊接</font></a>及热处理工艺</p>
<p> 4.1 <a href="http://www.mechnet.com.cn/company/26/1.html" ><font color="#000000">焊接</font></a>方法:薄壁小管全氩;厚壁大径管氩弧焊打底+电焊盖面。因为F12(F11)含铬量高达12%,除非加焊剂,否则无法用氧一乙炔焰<a href="http://www.mechnet.com.cn/company/26/1.html" ><font color="#000000">焊接</font></a>。</p>
<p> 4.2 坡口:为尽量减少填充金属δ≥20mm宜采用双V或U型坡口。薄壁小管可采用V型坡口。</p>
<p> 4.3 管子切断及坡口加工:用等离子切割或机械加工方法。因为含Cr量高,无法进行氧—乙炔焰切割。</p>
<p> 4.4 预热,奥氏体法400~450℃;马氏体法230~300℃,层温控制≤300℃。</p>
<p> 4.5 小规范多道多层焊。根部采用Ø2.5mm焊条,δ≤25.4mm范围内采用Ø3.2mm焊条,δ>25.4mm可采用Ø4mm焊条。</p>
<p> 4.6 选择合适的焊丝和焊条。低匹配(等强匹配),控制焊缝中的含C量。</p>
<p> 4.7 严格控制焊后冷却温度,冷却至100~150℃,确保焊缝组织充分转变为马氏体。</p>
<p> 4.8 严格按规范进行焊后热处理,这是确保<a href="http://www.mechnet.com.cn/company/26/1.html" ><font color="#000000">焊接</font></a>质量的一个关键工序。</p>
<p> 4.9 预热及热处理应用电加热法(远红外线加热,中频加热),并自动记录预热、<a href="http://www.mechnet.com.cn/company/26/1.html" ><font color="#000000">焊接</font></a>及热处理曲线。 </p>
<p> 4.10 认真做好<a href="http://www.mechnet.com.cn/company/26/1.html" ><font color="#000000">焊接</font></a>时根部前两层焊道的内部充氩保护工作。</p>
<p> 4.11 焊后检验3个100%即100%外观检查,100%磁粉探伤,100%超声波探伤(小管100%射线检查)。</p>
<p> 4.12 热处理后硬度检查:按工艺曲线,并有自动记录,可不检查,为自检或保险可要求,HB≤350;另外可作5%表面金相,应无裂纹,过烧及马氏体组织,无严重影响机械性能尤其是冲击韧性的各种组织。</p>
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