程江
重庆建峰新材料有限公司检修分公司 408601
摘要
本文详细介绍了12Cr1MoV钢管的焊接工艺，分析了焊接过程中遇到的焊接冷裂纹、再热裂纹、气孔等问题，并从操作技能的角度总结了一些避免缺陷的措施，大大提高焊接质量。
关键词：12Cr1MoV;耐热钢;焊接
引言
火电企业锅炉小溢流管改造工程涉及12Cr1MoV管的焊接问题。出于位置的特殊性，焊接时，耐热钢需要承受高温、高压、腐蚀、应力等各种因素的影响，故此，焊接品质也就决定了设备的使用年限。优秀的焊接工艺、符合原理的焊接工艺及严格的工艺保障措施是成功焊接的关键。
1 12Cr1MoV珠光体耐热钢介绍
（1）12Cr1MoV珠光体耐热钢性能
12Cr1MoV耐热钢是铁素体和渗碳体的机械混合物，而珠光体耐热钢在常温下的显微组织是珠光体加铁素体。由于这种钢是以碳钢为基础并加入一定比例的合金元素，不仅在高温下具有较好的耐热性，而且热强度高，加工性良好，经济性高，应用范围广泛。
（2）12Cr1MoV钢材的焊接性
12Cr1MoV珠光体耐热钢总合金含量高，含碳量0.12%。由于淬硬倾向度大，较容易生出冷裂纹（多在焊缝区和热影响区域），焊接以后热处理时也容易再生出热裂纹。故此，厚壁大口径管材焊接往往需要焊前预热，焊接时应控制层间温度，焊后进行热处理。
2 12Cr1MoV 钢对接接头氩电联焊焊接工艺
2.1焊前准备
(1)坡口:使用坡口机打开U型槽，如图2-1所示。坡口尺寸a=10°~15°、b=2~3mm、p=1.5~2mm、R=5mm。去除坡口和焊缝两边10~15mm厚的油锈污垢，直到发出金属质地光泽。
(2)焊机：准备逆变焊机2台，钨极氩弧焊工具1套，电极弧焊工具1套。
(3)焊接材料：选择焊接材料的时候，应该注意材料的化学组成、力学性能和工艺性能等，这样才能获得优秀的焊缝金属成分、组织性能和力学性能。经比较，焊丝选用tig-r31，φ2.5mm，焊条选用r317，φ3.2mm和φ4.0mm两种规格。焊条严格按规定干燥后，应尽快在保温筒内取出使用。氩气纯度不低于99.99%。
(4)焊接预热：由于12Cr1MoV的尺寸是φ365×30mm，管径大，管壁厚，最好能使用电加热的方式来预热。但机组电加热的条件一般不容易达到，采用氧—乙炔的加热方式。用氧—乙炔法加热耗时，劳动强度强，加热时温度不均匀，并且温度也不易控制，如果要使用，要注意加热部位的温差不能太大.预热温度200到300℃之间，材料预热长度不得比60mm少。
(5)其他要求：焊接人员2名，具有相应的焊工资格证，热处理人员必须经过培训并经考核合格。焊接现场环境应保持在-10℃以上。不允许强行对接，对接应采用管夹，不得直接在焊缝中进行对接焊。
2.2焊接操作过程
(1) 氩弧焊打底：管道内不得有空气，打底时，底部焊接层厚度不应太薄，不得少于3mm。焊接时，使用内填丝法。
(2)电极弧焊罩：底层完成后，马上开始第二层电弧焊。焊条使用φ2mm，电流不要过大，第一层的焊材不要烧坏。必须两个人同时进行焊接工作。进行第二层焊接时，需要除去飞散的料仓、夹渣杂质、电镀杂质等。因为焊条是低氢型的，容易产生气孔。尽量采用短弧焊接。单层焊道的厚度不得超过焊条直径加2mm。单摆宽度必须小于焊条直径的5倍。焊缝填满灭弧后，焊层和焊道的接头需要错开，第二层选用3.2mm焊条。其余所有焊接层用采用不锈钢φ4mm长的焊条焊接。
(3) 要确保焊接时层间的温度不低于200℃，即预热时的最低温度，并且不得高于400℃。
3 操作过程中容易产生的缺陷及其防止措施
3.1 冷裂纹产生原因
最常见的裂纹是冷裂纹，多发生在电弧的始端和末端，大部分发生在电弧的末端，热影响区最少。冷裂纹产生的原因：初始（或引弧）裂纹和热影响区裂纹主要是由于预热温度不足、预热不均匀、焊接时不能很好地保持整个焊件的温度，或中间不连续，及焊接方法中的问题。
3.2冷裂纹防止措施
(1) 确保正确的预热温度。无论是氩弧焊还是手工焊打底，起弧后都不急于使用填充丝(带)，给电弧一段预热时间。当两侧钝边达到熔化状态时，填充焊丝(带)，但注意焊接时不得拉长电弧。同时底层也不能太薄，尤其是起点处。有必要时增加底层的厚度来减缓冷却速度，避免冷裂。需要注意的是，可以避免开端（电弧）和热影响区产生裂纹。
(2) 弧坑裂纹问题可以通过背焊和慢熄弧来解决。停弧（弧坑）处的裂纹是由于冷却速度太快造成的。回焊法一般用于手工电弧焊进行处理，即停弧时，弧坑已填满，无需急停。用短弧断续焊方法多焊几次。 一般可以焊接三个点。最后一个点须位于熔池边缘，以转移熔池的最高温度点，并降低冷却速度，避免破裂。同时，应加部分焊丝，停止氩弧焊，将熔池中心转移到边缘区域，并慢慢拉长电弧，慢慢地熄弧。
3.3 气孔的产生原因
气体的来源有：（1）焊件不干净（2）环境保护不好，如风太大，风过孔，焊枪角度不等（3）氩气不纯（4）氢气由母材和焊接材料本身产生。当氢气没有及时从熔化的金属中逸出时，就会形成氢孔。氢不能及时从熔池中出来有两个原因：在不停弧的情况下，第一个原因是金属的结晶逐渐形成柱状，柱状晶体的最早生成点形成在两个斜面的口部，在相对方向上快速生长并逐渐相交，与熔池根部的晶体一起形成焊接金属（固体）。当两侧柱状晶体以高于气体逸出速度的速度相交时，氢气无法逸出，形成孔隙。第二个原因是止弧太快，无法形成气孔。
3.4气孔的防止措施
可采用“搅拌浴法”，即焊丝（带）在浴中有规律地摆动，想办法破坏或延缓圆柱体的形成，使氢能顺利地从熔池金属中流出，可避免气孔的产生。 背焊法与“搅拌浴法”相结合，不仅能有效避免裂纹的产生，还能有效解决气孔的产生。
3.5再热裂纹的防止措施
首先，焊后检查外观后，热处理应立即开始。如果不能及时进行热处理，可以使用硅酸铝棉毡进行粘合缓冷。时间不宜过长，应立即处理。二是严格控制热处理的加热和冷却速度，不要超过规定的速度，尤其是冷却速度不能太快。
4 焊后热处理
(1)热处理工艺，焊后，焊后及时热处理。电加热预热的宽度从对接接头的中心位置开始，每边的厚度不得小于焊接部分3倍厚度，且大于100mm。电阻加热的时候，加热速度为6250÷壁厚（℃/h），不超过300℃/h。热处理采用电阻加热的方法，升温和降温速度≤180℃/h，恒温温度720-750℃，恒温时间根据管材壁厚确定。
(2) 热处理保温宽度从焊缝中心开始计算，每侧不得少于子管壁厚的5倍，每边安装宽度增加100mm以上。
(3)上升/冷却速度不得大于200℃/h。 冷却过程中温度不能控制在300℃以下，应在保温层内冷却至室温。
(4) 热处理时，内壁和焊缝两侧温度须保持一致。恒温期间加热范围内任两点间温差不得大于50℃。
(5) 热处理温度测量必须准确可靠。应使用自动温度记录仪和K型镍铬电阻合金热电偶。热处理时，水平管的侧面点必须上下对称排列。焊缝热处理后进行记录和标注。
5 结论
12Cr1MoV钢管焊接易产生冷裂纹、再热裂纹、气孔等缺陷。在维修中按工艺进行焊接，从操作技能的角度总结了一些避免缺陷的措施，在实际工程应用中起到了很好的效果。在企业检修锅炉小溢流管改造工程中，对12Cr1MoV钢管22个对接焊缝进行RT检测，结果合格率99%。实践证明，该工艺措施是可行的，保证了维修过程中的焊接质量。
参考文献
[1] 迟露鑫,孙昭藩,伍光凤. 12Cr1MoV耐热钢管焊接温度场模拟与试验验证[J]. 焊接学报,2014,35(10):89-92+117.
[2] 严学光. 奥氏体不锈钢与铬钼耐热钢管道焊接工艺[J]. 科技创新与应用,2020,(33):97-98.
[3] 张新,张志刚,王晓茹,李少华. 电站锅炉用耐热钢管焊接接头再热裂纹研究进展[J]. 机械工程材料,2017,41(02):8-14+111.
[4] 何德孚,王晶滢. 高铬铁素体耐热钢管发展中的问题及争议(上)[J]. 钢管,2019,48(05):7-14.
[5] 杨建新,周承华,赵广才. 铬钼合金耐热钢管道焊接施工技术[J]. 焊接技术,2014,43(12):32-34.