摘要：介绍了本公司国产化项目某主蒸汽气动疏水阀设计中的12Cr1MoV和F92焊接工艺试验。从试验初期预焊接工艺规程的制定、数据分析、工艺调整、最终确定焊接工艺规程具体参数等几个方面对12Cr1MoV/F92异种钢焊接工艺进行了研究。
关键词：12Cr1MoV；F92；焊接；焊后热处理；冲击值
0.前言
本公司承担攻关项目之一的某电厂1000MW超（超）临界火电机组关键阀门国产化项目主蒸汽疏水阀，该产品阀体为P92，出口侧管道为12Cr1MoV，为了使阀门性能达到设计要求，必须解决阀体材料F92与出口侧管道12Cr1MoV异种钢焊接的工艺难题。
1.材料分析
1.1结构图形
图1为焊接结构示意图，阀体材质为F92，出口端材质为12Cr1MoV。
图1 结构示意图
1.2材料分析
F92钢是在F91钢的基础上适当降低钼元素的含量（0.5%Mo），同时加入一定量的钨（1.8%W）,以材料的钼当量（Mo+0.5W）从F91钢的1%提到约1.5%，该钢还加入了微量的硼。
经上述合金化改良后与其它铬-钼耐热钢相比，F92钢的耐高温腐蚀和氧化性能与9%Cr钢相似，但材料的高温强度和蠕变性能得到了进一步提高,同时F92钢还具有优于奥氏体不锈钢（如347H）的抗低周热疲劳性能。
F92钢的碳当量为：
[C]=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5=2.17
碳当量越大，金属的焊接性能越差。F92钢具有较大冷裂倾向,焊接时可能产生冷裂纹，因此该钢焊前需预热、焊后须热处理。
12CrlMoV钢属珠光体低合金热强钢,该钢具有较高的热强性能和持久塑性,可用于壁温≤570℃的锅炉受热面管,该钢的焊接性良好,对于壁厚较小的小径管,焊前不预热,焊后不热处理。
这两种性能差异较大的材料相互焊接难度大,且易出现焊接缺陷。国内异种钢的焊接常有高匹配和低匹配两种选择，我们从试验角度出发，分别采用高配、低配的两种试验方法，选定的高配焊材为E9015-G(92)、低配焊材为R317。焊后热处理温度的确定，以保证F92材料的力学性能，热处理温度确定为760-780℃。
2.预焊接工艺规程的制定
经过查阅大量的资料及相关工艺文件，确定以表1的规程进行预焊。
表1 预焊接工艺规程
3.试验过程中数据分析及工艺调整
3.1根据表2焊接工艺规程进行预焊，焊后对试样进行分析，从表1提供的第一组两份试验数据可以看出：①号试样的抗拉强度合格，焊缝的冲击值不合要求；②号焊缝及热影响区冲击韧性明显提高，但抗拉强度达不到要求。
表2第一组试验数据
3.2考虑到产品在实际使用中的工况条件，选择高配焊材，并在开始第二组试验之前作如下调整：
1）适当降低焊后热处理温度，幅度为20℃，采用760℃进行焊后热处理；
2）调整保温时间，改4小时为5小时；
3）层间温度改为150-200℃；
4）严格控制热输入量，但为了便于数据分析，选择层间温度应错开一定范围。
3.3从第二组试验数据可看出：层间温度控制在150-200℃之间的试样各种性能基本能达到要求，但焊缝的冲击韧性还略显低。考虑到层间温度、焊接热输入对焊缝韧性的影响，工艺应作如下调整：
1）层间温度定为150-200℃。
2）选择其中一副试板尽量使用φ3.2焊材，以便更容易控制热输入量。
3）选择其中两副试板进行焊后二次回火，以期得到完善的接头性能。
3.4从三组分析试验各份数据分析，3号试样的各类数据均能达到要求，焊缝及焊缝热影响区的冲击韧性远高于要求值，证明前期的调整是必要的。根据3号试样所采用的焊接工艺制定正式的焊接工艺规程。
4.确定焊接工艺规程
4.1焊接方法及焊材
采用全手工电弧焊的方法。焊条选用E9015-G(92)φ3.2、φ4.0，使用前须按要求烘干并保存。
4.2工件准备
坡口采用机械法加工。坡口及其上下表面15～20mm范围的油、氧化皮等杂物清理干净,直至露出金属光泽。焊接接头的坡口装配间隙控制在1～3mm。
4.3焊接预热
F92钢与12CrlMoV钢焊接,预热温度应按F92钢选择要求进行.焊前用箱式电炉进行预热,预热温度为250-300℃。
4.4过程控制
对于珠光体钢,如果选用较大的热输入进行焊接,则热影响区因晶粒长大而脆化,而对于F92钢,如果热输入过大,则在近缝区出现粗大的铁素体和碳化物组织,因而塑性和韧性显著下降，因此,应尽可能减小焊接热输入。实际操作过程中，试件从预热炉内取出到开始焊接由于热量的散失，始焊温度在150℃左右。焊接第一层时，用φ3.2打底，并保证单面焊双面成型，不间断焊接，填充层的层间温度严格控制在150-200℃，尽量使用φ3.2焊材，电流为110-120A，焊层高度不大于2mm，注意尽量焊的平滑。每道焊缝焊接完毕后，应用钢丝刷将焊渣、飞溅等杂物清除干净，特别是焊缝接头处和坡口边缘，自检合格后方可焊接次道。
4.5焊后热处理
5.注意事项
F92与12CrlMoV异种钢焊接性较差,必须严格执行工艺措施,才能获得最佳性能的焊接接头,在焊接中尤其应注意以下几个方面:
5.1采用合理的焊接工艺,是确保焊接接头性能指标、满足规定要求的前提条件。
5.2焊接工艺参数的选择原则：
5.2.1严格控制热输入，减小焊接应力；
5.2.2严格控制层间温度，满足奥氏体向马氏体改变的温度条件；
5.2.3适当提高焊接速度；
5.2.4严格控制焊件的缓冷过程；
5.2.5严格控制升温和冷却速度；
5.3预热温度、层间温度过低或过高都会影响焊接接头的使用性能,因此,选择合理的焊接热规范是非常重要的；
5.4焊后热处理宜采用二次回火工艺。
6.结论
新材料、新技术的发展，带给我们的不仅仅是技术难点和工艺上的困难，也给我们提供了丰富的想象空间，由于我们的研究深入、思维新颖、思路对头，难题的关键点找得很准，采取的对策合理，因此很好地解决了F92与12Cr1MoV异种钢焊接难题，掌握了焊接过程中的核心技术，形成了具有自己特色的工艺规范，此技术在我公司国产化项目阀门生产中具体应用，为F92与12Cr1MoV异种钢焊接提供了十分可靠稳定的技术工艺保证，也获得了可观的经济效益。
参考文献
[1]中国机械工程学会热处理学会.热处理手册[M].北京：机械工业出版社，第四版，2016.
[2]ASME锅炉及压力容器规范国际性规范IX.焊接和钎接工艺，焊工，钎接工、焊接和钎接操作工评定标准2017版[S]
论文作者:杨吉辉
论文发表刊物:《基层建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/7/29
标签：温度论文; 焊接工艺论文; 性能论文; 工艺论文; 规程论文; 试样论文; 异种论文; 《基层建设》2019年第14期论文;