中国核工业第五建设有限公司 上海 201512
摘要：A335P11合金钢具有良好的耐热性、工艺性和经济性，因此A335P11广泛应用在核电站常规岛中的汽水分离再热等大量系统中，但是在焊接过程中容易产生气孔、夹渣、未熔合等各类缺陷，本文从化学成分、力学性能等在理论上对A335P11合金钢的焊接性进行分析，并对焊接工艺进行选择。为其它工程A335P11合金钢焊接工艺的制定提供参考。
关键词：A335P11；化学成分；性能；焊接性；工艺
0引言
A335P11具有优良的性能，核电常规岛中大量的使用A335P11合金钢，仅汽水分离再热系统一个系统中就包含310多道A335P11合金钢焊口，规格涉及到Ф114.3×6.02、Ф273×7.8、Ф273×15.09、Ф355.6×9.53、Ф457×10.31、Ф508×10.31等12种规格，但在焊接施工过程中发现该钢材在焊接时容易出现裂纹、气孔、夹渣、未焊透等缺陷，A335P11合金钢一次焊接合格率低于项目部总体焊接合格率。这些缺陷焊口的返修浪费了大量的人力物力，造成了经济上的浪费，此外这些缺陷的产生还极大的拉低了焊接合格率，对工期的保证也十分不利，因此对A335P11的焊接性进行研究，减少焊接缺陷的产生量显得尤为必要。
1概述
A335P11合金钢是Cr-Mo基合低合金钢，是一种珠光体耐热钢，加入合金元素主要为Cr、Mo、V，该钢在保证具有较好的强度和韧性的同时，还具有很好的抗氧化性和热强性，在500~600℃具有良好的耐热性，工艺性能好，经济性较好，广泛用于制造蒸汽动力发电设备，该钢还具有良好的抗硫和氢腐蚀的能力，在石油、化工、电力和其它工业部门也得到广泛的应用。
工程中对A335P11焊接缺陷进行统计时发现，A335P11材料缺陷的产生率较高，这些缺陷的产生与焊接工艺的制定有较大的关系，因此焊接工艺的优化显得尤为重要。本文对A335P11合金钢的成分、性能、焊接性进行理论分析研究，并对A335P11的焊接性进行分析，然后结合焊接工艺的制定，对A335P11焊接工艺进行优化。
2 A335P11合金钢的焊接性分析
2.1热影响区硬化及冷裂纹
根据美国焊接学会（AWS）推荐的低合金碳当量计算：
Ceq（AWS）=C+Mn/6+Si/24+Ni/15+Cr/5+Mo/4+（Cu/13+P/2）%
Ceq=0.11+0.55/6+0.28/24+0+1.1/5+0.3/4+0.025/2≈0.52%
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根据碳当量可知，有淬硬倾向，焊缝和热影响区内较可能形成冷裂纹敏感的组织，材料在受载荷或受压时，焊接接头内的残余应力容易导致脆性断裂，而且随着厚度的增加热影响区冷裂纹敏感性增强。
这是因为A335P11合金钢中的合金元素造成的，Cr、Mo元素可以显著提高钢的淬硬性，裂纹倾向随着钢材中的Cr、Mo含量的提高而增大。当焊缝中扩散氢含量过高、焊接热输入较小时，由于淬硬组织和扩散氢的作用，常在A335P11合金钢的焊接接头中出现冷裂纹，但如果热输入过大时，热影响区晶粒明显粗化，影响接头的强度和塑性。因此A335P11合金钢在焊接过程中需合理控制焊接热输入，加上适当的预热和焊后热处理措施来避免焊接裂纹。
2.2消除应力裂纹
A335P11合金钢消除应力裂纹的产生主要取决于钢中的Mo、V等元素的特性和含量。焊接消除应力裂纹主要出现在焊接热影响区的粗晶区，与焊接工艺和焊接残余应力有关。这种裂纹一般在500~700℃的敏感温度范围内形成，因此与热处理工艺有较大的关系。此外消除应力裂纹与选取的焊接方法有较大的关系，如采用埋弧焊时，在接头处高拘束应力作用下，焊层间或堆焊层下的过热区易出现消除应力裂纹。
2.3气孔
从以往A335P11合金钢焊接过程的出现超标缺陷的RT报告中随机抽取10份进行统计，具体缺陷的类型及数目见下表：
从统计表中不难看出，气孔是A335P11合金钢焊接过程中最容易产生的缺陷，是什么原因造成气孔的产生呢。
气孔是因为在焊接过程中产生了气体，根据产生气体来源不同，气孔主要分为析出型气孔和反应型气孔。
（1）析出型气孔
因溶解度差而造成过饱和状态气体的析出而形成的气孔，称作析出型气孔，这类气孔主要是由于外部熔池侵入的氢和氧。
（2）反应型气孔
熔池中除外部入侵的气体以外，还会由于冶金反应而生成反应性气体，这类气体主要是CO、H2O，均为根本不溶于金属的气体，由于这类反应气体造成的气孔，称为反应型气孔。焊接时典型的反应气体为CO，其反应为[Feo]+C=[Fe]+CO。从反应式中我们不难看出这一 反应发生的前提是熔池金属存在氧化物【3】。
从根本上来说，防止气孔缺陷产生的措施是限制熔池溶入或产生气体以及排除熔池中存在的气体。具体可以通过加强焊件表面清理、焊接材料的防潮与烘干等消除气体来源，正确选用焊接材料，控制工艺条件等措施来实现。
3焊接工艺选择
A335P11一般在预热状态下焊接，焊后大多要进行焊后热处理。为了保证焊接接头的各项性能，需严格选择及控制焊接工艺。
3.1焊材选用
焊材选用的原则：
（1）考虑焊缝金属的化学成分。A335P11作为合金钢在选择焊材时还要求合金成分应与A335P11相同或接近。
（2）考虑焊缝金属的力学性能。通常要求焊缝金属与母材等轻度，即应选用熔敷金属抗拉强度等于或者稍高于母材的焊丝、焊条。A335P11合金钢抗拉强度δb≥490MPa。因此应选择E50系列及E55系列的焊条。
（3）考虑钢材的特殊性能，A335P11作为珠光体耐热钢，应选择耐热钢焊丝、焊条。
此外在选择焊条时还应考虑施焊条件，现场焊接时涉及各种焊接位置，因此应选择全位置焊接的焊材。
通过以上原则的选取，最终A335P11的焊接选择ER55-B2的焊丝和E5515-1CM的焊条。成分及性能如下：
ER55-B2焊丝：
3.2焊前预热及焊后热处理
A335P11焊接时，为了防止冷裂纹和消除热影响区硬化现象，正确选用预热温度和焊后热处理温度是非常重要的。预热温度的确定主要是依据钢的化学成分、焊件厚度、接头形式、环境温度、接头拘束度和焊缝金属的氢含量等确定，其中化学成分是预热温度的主要影响因素。因此在选择预热温度时，我们采用化学成分与A335P11类似的12Cr1MoV的预热温度，我们采用的A335P11合金钢温度为200~250℃，在焊接中道间温度不得低于预热温度。
焊后热处理的目的不仅是消除焊接残余应力，更重要的是改善焊接区组织和提高接头的综合力学性能，包括提高接头的高温蠕变强度和组织稳定性，降低焊缝及热影响区硬度等。焊后热处理一般选用单一高温回火或正火加高温回火处理，绝大多数场合是选用单一的高温回火。回火是将工件重新加热到低于下临界温度A1的适当温度，保温一段时间后已适当速率冷却的热处理方式。根据经验公式算得A335P11的A1温度为738℃，因此焊后热处理温度我们可以选用670~700℃。不同厚度的管道，保温时间也不尽相同。根据以往合金钢的焊件厚度与保温时间的关系，A335P11合金钢的热处理时间如下表：
热处理升降温度速度为6250/δ（单位为℃/h，其中δ为焊件厚度）且不大于300℃/h。降温时300℃以下，可以不控温度【5】。
焊后消氢处理，是指在焊接完成以后，焊缝尚未冷却至100℃以下时，进行的低温热处理。根据经验后热的加热温度一般为200~350℃，保温2-6小时。
3.3焊接过程工艺参数
工艺评定过程中钨极氩弧焊（TIG）工艺参数如下表：
4结论
（1）了解A335P11合金钢的化学成分、力学性能、微观组织等理论知识，理解理论分析方法并了解一些经验公式的使用，掌握A335P11的焊接性，当产生焊接质量问题时，能从理论上寻求产生问题的根本原因。
（2）通过对A335P11合金钢焊材选择、预热及热处理温度、焊接参数等的研究，确定了在焊接时采用钨极氩弧焊+手工电弧焊的形式，采用ER55-B2及E5515-1CM的焊材，最佳预热温度为200~250℃，最佳热处理温度670~700℃及焊接过程中最佳的工艺参数。