15CrMo合金鋼管的焊接工藝

[ 關(guān)鍵詞：15CrMo合金鋼管的焊接工藝　發(fā)表日期：2020-01-10 09:25:50 ]

　　15crmo合金鋼管是無(wú)縫鋼管的一種，其性能要比一般的無(wú)縫鋼管高很多，因?yàn)檫@種鋼管里面含 Cr 比較多，其耐高溫、腐蝕的性能是其他無(wú)縫鋼管比不上的，所 以合金鋼管在石油、化工、電力、鍋爐等行業(yè)的用途比較廣泛。

15CrMo合金鋼管

概述

　　15crmo合金鋼管：鋼系珠光體組織耐熱鋼，在高溫下具有較高的熱強(qiáng)性 （δb≥440MPa）和抗氧化性，并具有一定的抗氫腐蝕能力。由于鋼中含有較高 含量的 Cr、C 和其它合金元素，鋼材的淬硬傾向較明顯，焊接性差。

15CrMo焊接性

焊接材料：針對(duì) 15CrMo 鋼的焊接性的工作特點(diǎn)，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，參照國(guó)外提供的焊接工藝卡，我們選擇了兩種方案進(jìn)行焊接試驗(yàn)。

方案Ⅰ：焊接預(yù)熱，采用 ER80S-B2L 焊絲，T1G 焊打底，E8018-B2 焊條，焊條 電弧焊蓋面，焊后進(jìn)行局部熱處理。
方案Ⅱ：采用 ER80S-B2L 焊絲，T1G 焊打 底，E309Mo-16 焊條，焊條填充電弧焊蓋面，焊后不進(jìn)行熱處理。

15crmo合金鋼管化學(xué)成份：

材質(zhì)/鋼號(hào)/牌號(hào)/鋼級(jí)：15CrMo
C：0.12~0.18
Si：0.17~0.37
Mn：0.40~0.70
Mo：0.40~0.55
Cr：0.80~1.10

焊接材料的化學(xué)成分和力學(xué)性能

型號(hào) C Mn Si Cr Ni Mo S P δb/Mpa δ,%
E309Mo-16≤0.12 0.5～2.5 0.9 22.0～25.0 12.0～14.0 2.0～3.0≤0.025≤0.035 550 25
E8018-B2 0.070.7 0.3 1.1 0.5 ≤0.04 ≤0.03 550 19
ER80S-B2L≤0.05 0.70.41.2 ＜0.20.5 ≤0.025 ≤0.025 ≤500 25

1 焊條烘烤規(guī)范

焊條型號(hào) 烘烤溫度 保溫時(shí)間
E8018-B2 300 ℃ 2h
E309Mo-16 150 ℃ 1.5h

2 焊前準(zhǔn)備

　　試件采用 15CrMo鋼管,規(guī)格為 φ325×25，坡口型式及尺寸。焊前用角向磨光機(jī)將坡口內(nèi)外及坡口邊緣 50mm 范圍內(nèi)打磨至露出金屬光澤，然后用丙酮清洗干凈。
試件為水平固定位置，對(duì)口間隙為 4mm，采用手工鎢極氬弧焊沿園周均勻點(diǎn)焊 六處，每處點(diǎn)固長(zhǎng)度應(yīng)不小于 20mm。焊條按表 2 的規(guī)范進(jìn)行烘烤。

3 焊接工藝參數(shù)

按方案Ⅰ焊前需進(jìn)行預(yù)熱，根據(jù) Tto-Bessyo 等人提出的計(jì)算預(yù)熱溫度公式：To=350√[C]-0.25（℃）

式中，

To——預(yù)熱溫度，℃。
[C]=[C]x [C]p [C]p=0.005S[C]x [C]x=C （Mn Cr）/9 Ni/18 7Mo/90

式中，

[C]x——成分碳當(dāng)量；
[C]p——尺寸碳當(dāng)量；
S——試件厚度（本文中 S=25mm）;
[C]x=C （Mn Cr）/9 7/90Mo=0.361
[C]p=0.045 則 To=138℃

因此預(yù)熱溫度選為 150℃。采用氧-乙炔焰對(duì)試件進(jìn)行加溫，先用測(cè)溫筆粗略判 斷試件表面的的溫度（以筆跡顏色變化快慢進(jìn)行估計(jì)），最后用半導(dǎo)體點(diǎn)溫計(jì) 測(cè)定，測(cè)量點(diǎn)至少應(yīng)選擇三點(diǎn)，以保證試件整體均達(dá)到所要求的預(yù)熱溫度。 焊接時(shí)，第一層采用手工鎢極氬弧焊打底，為避免仰焊處焊縫背面產(chǎn)生凹陷， 送絲時(shí)采用內(nèi)填絲法，即焊絲通過(guò)對(duì)口間隙從管內(nèi)送入。其余各層采用焊條電 弧焊，共焊 6 層，每個(gè)焊層一條焊道。方案Ⅰ和方案Ⅱ的焊接工藝參數(shù)見(jiàn)表 3、4。按方案Ⅰ焊。

3 方案Ⅱ的焊接工藝參數(shù)

焊道名稱(chēng) 焊接方法 焊接材料 焊材規(guī)格/mm 焊接電流/A 電弧電壓/V 預(yù)熱及層 間溫度 熱處理規(guī)范

打底層 鎢板氬弧焊 ER80S-B2L φ2.4 110 12
填充層 焊條電弧焊 E309Mo-16 φ3.2 90～95 22～24 / /
蓋面層 焊條電弧焊 E309Mo-16 φ3.2 90～95 22～24
接時(shí)，層間溫度應(yīng)不低于 150℃，為防止中斷焊接而引起試件的降溫，施焊時(shí)應(yīng)由二名焊工交替操作，焊后應(yīng)立即采取保溫緩冷措施。

焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)

　　試件焊后按 JB4730-94《壓力容器無(wú)損檢測(cè)》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行 100%的超聲波探傷檢 驗(yàn)，焊縫Ⅰ級(jí)合格。按 JB4708《鋼制壓力容器焊接工藝評(píng)定》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行焊接 工藝評(píng)定試驗(yàn)。

4 焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)方案 拉伸試驗(yàn) 彎曲試驗(yàn) 沖擊韌性試驗(yàn) aky（J/cm2）
抗拉強(qiáng)度 δb/Mpa 斷裂部位 彎曲角度 面彎 背彎 焊縫 熔合線 熱影響區(qū)(HAZ)

方案Ⅰ 550/530 母材 50。 合格 合格 84.8 162 135.6
方案Ⅱ 525/520 母材 50。 合格 合格 79.4 109.2 96.7

　　從拉伸試驗(yàn)結(jié)果可知，兩種方案的拉伸試樣全部斷在母材，說(shuō)明焊縫的抗拉強(qiáng) 度高于母材；彎曲試驗(yàn)全部合格，說(shuō)明焊縫的塑性較好。根據(jù)表 5 中的沖擊韌性試驗(yàn)結(jié)果可知，方案Ⅰ的沖擊韌性明顯高于方案Ⅱ，證明方案Ⅰ的焊后熱處 理規(guī)范比較理想，高溫回火不僅達(dá)到了改善接頭組織和性能目的，而且使韌性 與強(qiáng)度配合適當(dāng)。從室溫機(jī)械性能結(jié)果可知，所推薦的兩種焊接工藝方案均可 用于現(xiàn)場(chǎng)施工。方案Ⅰ采用了與母材成分接近的焊條，焊縫性能同母材匹配，焊縫應(yīng)具有較高的熱強(qiáng)性，焊縫在高溫下長(zhǎng)期使用不易破壞。難點(diǎn)是焊后熱處 理規(guī)范較為嚴(yán)格，回火溫度和保溫時(shí)間及加熱和冷卻速度控制不當(dāng)反而會(huì)引起 焊縫性能下降。方案Ⅱ采用了奧氏體不銹鋼焊條施焊，雖然可以省去焊后熱處 理，但由于焊縫與母材膨脹系數(shù)不同，長(zhǎng)期高溫工作時(shí)可發(fā)生碳的擴(kuò)散遷移現(xiàn) 象，容易導(dǎo)致焊縫在熔合區(qū)發(fā)生破壞。因此，從使用可靠性考慮，現(xiàn)場(chǎng)采用方 案Ⅰ施焊更為穩(wěn)妥。

結(jié)論

　　15CrMo鋼厚壁高壓管的焊接采用兩種焊接方案均為可行。為了保證焊縫性能同母材匹配且具有較高的熱強(qiáng)性，采用方案Ⅰ效果更佳，關(guān)鍵是要嚴(yán)格控制焊后熱處理工藝。方案Ⅱ雖可省去焊后熱處理，但焊縫在高溫下發(fā)生碳的遷移擴(kuò)散而導(dǎo)致焊縫破壞的可能性不容忽視，因此，只有在焊后無(wú)法進(jìn)行熱處理時(shí)才慎重采用。