铬钼钢与不锈钢焊接性分析、焊接工艺及方法.pdf

铬钼钢与不锈钢

焊接性分析、焊接工艺及方法

01、焊接性分析

12Cr2Mo1为低合金耐热钢，具有良好的耐高温和抗氢性能，

主要用于制造加氢装置的反应器和热交换器等设备中，12Cr2Mo1

的铬和钼能显著提高钢的淬硬性，在一定的冷却速度下，焊缝金

属和热影响区内可能形成对冷裂敏感的显微组织。

含有大量的Cr、Mo等强碳化物形成元素，使接头的过热区具

有不同程度的再热裂纹敏感性。

在350-550℃温度区间长期运行时，当有害残余金属总含量超

过容许极限时，发生的渐进的脆变现象。

S30408为奥氏体不锈钢，两种钢材之间化学成分、金相组织

、物理性能和化学性能等方面有较大差异，焊接时容易出现以下

问题。

1.1焊缝的稀释：

在焊接过程中，焊缝金属会受到12Cr2Mo1熔敷金属的稀释作

用，在紧靠12Cr2Mo1一侧熔合区的焊缝金属中，形成和焊缝金属

成分不同的过渡层，母材合金含量越大，稀释率越大，熔合比越

大，稀释率也越大。12Cr2Mo1一侧过渡层可能会因稀释而产生脆

性马氏体组织。

1.2碳迁移：

高温下，由于铬元素与碳原子的亲和能力很强，易形成碳化

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铬的化合物，在焊接过程中，12Cr2Mo1一侧因贫铬而使碳原子脱

离形成脱碳区，进而软化，晶粒粗大，脆性增大，抗腐蚀能力下

降，而S30408一侧因富含铬而使碳原子向其迁移形成增碳层，进

而硬化，晶粒变细，性能变好。

1.3焊接应力：

由于两种材料的热导率和线膨胀系数不同，焊接过程中，高

温区产生热应力，并且该热应力无法消除，使焊缝和熔合区附近

产生附加拉应力，在冷却过程中，因收缩不一致产生焊接残余应

力，导致在12Cr2Mo1侧产生裂纹。

02、焊接工艺评定

2.1材料的化学成分和力学性能：

评定用材料为12Cr2Mo1和S30408不锈钢，规格均为400mm×

150mm×10mm，两种材料的化学成分和如表1所示：

2.2焊接方法：

为了减少焊缝的稀释，防止产生冷裂纹和再热裂纹，12Cr2Mo1

和S30408异种钢焊接时，在12Cr2Mo1侧先堆焊镍基焊材，选用熔

合比小、稀释率低的焊接方法，钨极氩弧焊和焊条电弧焊的熔合

比较小，焊缝成分也比较稳定，因此，该异种钢选用氩弧焊打底

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，焊条电弧焊盖面的焊接方法。

2.3焊材：

采用镍基焊条ENi6182和镍基焊丝SNi6082，利用镍的石墨化

作用阻碍形成碳化物，减小过渡层，防止产生脆性的马氏体组织

，进一步抑制12Cr2Mo1中的碳迁移。

2.4焊接坡口：

对于焊接坡口形式，应尽量考虑焊接层数、填充金属量、熔

合比和焊接残余应力，设计的坡口形式及尺寸如图1所示。

2.5预热和层间温度控制:

12Cr2Mo1显微组织为回火贝氏体，S30408显微组织为奥氏体

，12Cr2Mo1具有淬硬性、再热裂纹倾向和回火脆性，而S30408

具有良好的焊接性，根据两种材料的化学成分、接头形式、焊接

方法和焊接材料等考虑，通过焊接性试验确定，预热温度在200

℃左右，焊接的道间温度控制在100℃之内，焊后立即进行350℃

×2h后热处理。

2.6焊接工艺参数：

焊前，对坡口及两侧各200mm之内的氧化层、油污、水分、铁

锈等进行清理，具体的焊接工艺参数如表2所示。

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2.7焊后消除应力热处理

焊后消除应力热处理是防止焊接裂纹的重要工艺措施，

12Cr2Mo1和S30408异种钢焊接时，会产生很大的焊接残余应力，

因此，焊后需要进行690±10℃×2h的热处理，以消除焊接残余应

力，避免裂纹的产生。

03、工艺评定结果及分析

焊接工艺评定采用《承压设备焊接工艺评定》标准进行，对

评定试板进行外观检查，表面没有气孔、夹渣、裂纹等缺陷，然

后进行100%射线检测，射线检测按照《承压设备无损检测》评定

，Ⅱ级合格。

按照相关标准要求加工试样，进行拉伸、弯曲和冲击等力学

性能试验，力学性能试验结果如表3、表4、表5所示。

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由上述数据可知，拉伸、弯曲和冲击试验都合格，说明所制

定的焊接工艺满足要求，焊接接头的性能符合规定。

04、总结

（1）采用熔合比小、稀释率低的氩弧焊打底，焊条电弧焊盖

面的焊接方法，在12Cr2Mo1侧先用焊条电弧焊堆焊镍基焊材选用

镍基焊丝SNi6082和镍基焊条ENi6182对12Cr2Mo1和S30408异种钢

进行焊接，通过合理的焊接工艺，获得了性能符合标准规定的焊

接接头。

（2）按照《承压设备焊接工艺评定》，对焊接接头进行了力

学性能试验，拉伸试样断在焊缝上，为韧性断裂，抗拉强度满足

标准要求，弯曲试样和冲击式样满足