【正文】 4 個區(qū) 域 : (l) 熔合區(qū)即焊縫金屬與母材相鄰的熔合線附近，溫度處于固液相之間，此區(qū)在化學(xué)成份和性能上都呈現(xiàn)出較大的不均勻性，靠近母材一側(cè)的金相組織是處于過熱狀態(tài)，塑性很差，這個區(qū)域的范圍窄，但對接頭的強(qiáng)度、塑性都有很大的影響，是產(chǎn)生裂紋，局部脆化破壞最常見的發(fā)源地。 12Cr1MoV的焊接接頭，在過熱區(qū)獲得上貝氏體，甚至馬氏體，塑性低、韌性差，易產(chǎn)生冷裂 紋。因此，該區(qū)域的性能優(yōu)異。以上 4 個區(qū)域的組織特征可見圖 1 。 12Cr1MoV的碳當(dāng)量 Ceq通過計算約為 ～ ％ .一般認(rèn)為，當(dāng)碳當(dāng)量小于 ，冷裂紋傾向較小。如果焊前預(yù)熱及焊后熱處理等工藝措施不采用的話，有發(fā)生冷裂紋的可能。因此，焊縫組織冷卻后得到鐵素體，氫在奧氏體中的溶解度比在鐵素體中的溶解度大的多，在焊接接頭冷卻過程中由奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體，氫在鐵素體中呈飽和狀態(tài)。因此，如果焊縫中氫含量較高的話，極易在融合線附近形成一個富氫帶，加 上相變應(yīng)力和殘余應(yīng)力的作用，極易發(fā)生裂紋。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)論文 8 為了消除殘余應(yīng)力， 12Cr1MoV的焊接接頭往往要進(jìn)行熱處理。再熱裂紋發(fā)生部位多為焊接時經(jīng)過1200～ 1450℃加熱，然后在消除應(yīng)力處理中又經(jīng)過 500 ～ 700 ℃溫度循環(huán)的地方。當(dāng)實(shí)際塑性變形大于臨界變形能力時，也即塑性變形能力不適應(yīng)塑性變形的發(fā)展時，就可能在再熱過程中產(chǎn)生再熱裂紋。臨界變形能力與晶界的聚合強(qiáng)度﹑晶內(nèi)蠕變抗力及晶粒尺寸大小等因素有關(guān)。另外，再熱過程中晶內(nèi)合金碳化物沉淀造成的二次硬化，使晶內(nèi)蠕變抗力提高，促使蠕變易于集中于晶界，這樣，在應(yīng)力松馳過程中蠕變變形將集中于晶界附近，以致導(dǎo)致伸長變形量很小 的晶間斷裂。一般認(rèn)為，△ Go 時，就有可能產(chǎn)生再熱裂紋。 這個“軟化區(qū)”的組織除了聚集了的碳化物外，大部分是鐵素體，同時還有奧氏體分解產(chǎn)物，形成所謂的“白帶”組織，因?yàn)椤鞍讕?”組織的出現(xiàn)，長期高溫工作時，蠕變變形也很容易集中在這個部位而發(fā)生斷裂，為了消滅這種組織，預(yù)熱和焊后熱處理溫度必須十分謹(jǐn)慎。從化學(xué)成分上看 ( 見表1 — 3)， T91 鋼中 C 、 S 、 P 含量降低了，并用 V 、 Nb、 N 元素微合金化；從力學(xué)性能上看 ( 見表 1 — 4)， T91 鋼的強(qiáng)度和韌性改善了。該鋼的供貨狀態(tài)為正火＋回火 (730～ 760℃) ，顯微組織是回火馬氏體。應(yīng)該說，該鋼的焊接性有所改善。研究表明，該鋼焊接性的主要問題如下： 表 2 — 3 T91 鋼的化學(xué)成分 牌號 化學(xué)成分／ % C Mn Si Cr Mo Ni V Nb N P S T91 ～ ～ ～ ～ ～ ≤ 0.40 ～ ～ ～ ≤ 0.02 ≤ 0.01 表 2 — 4 T91 的力學(xué)性能 牌號 抗拉強(qiáng)度≥Ksi(Mp) 屈服強(qiáng)度≥Ksi(Ma) 伸長率≥％（標(biāo)距 50mm ） 布氏硬度（ HB）≤ 洛氏硬度（ HRB ）≤ 冷彎度℃ T91 470640 225 21 217 95 不要求 焊接裂紋問題 由于焊接冷裂紋對高強(qiáng)度鋼的焊接結(jié)構(gòu)有嚴(yán)重的危害，近年來世界各國對高強(qiáng)度鋼的焊接冷裂紋進(jìn)行了大量的研究。焊接熔合區(qū)具有明顯的化學(xué)和物理性能不均勻性，組織性能突變，是焊接接頭中最薄弱的部位，脆性斷裂和焊接裂紋易發(fā)生在該區(qū)域，特別是高強(qiáng)度鋼焊接時尤為明顯。為了保證使用性能，最好采用同質(zhì)填充金屬，為了防止冷裂紋，也可采用 Cr— Ni奧氏體型填充金屬。 ① 選用優(yōu)質(zhì)焊接材料或低氫的焊接方法。 （ 3 ） 焊縫金屬的塑性和韌性 1 ） 通過焊接材料向 焊縫過渡 Ti﹑ Nb﹑ Mo ﹑ V﹑ B﹑ Te 或稀土金屬來韌化焊縫，利用焊縫的塑性儲備減輕熱影響區(qū)的負(fù)擔(dān)，從而降低整個接頭的冷裂紋敏感性。 （ 4 ） 焊前預(yù)熱。 （ 5 ） 控制焊接線能量。 （ 6 ） 后熱處理。 ﹙ 1 ﹚ 產(chǎn)生原因 由于 鋼中含有 C 、 Nb等促進(jìn)熱裂的元素，因此該鋼還有一定的熱裂傾向，其敏感性介于 SA213— T9 鋼和 SA213— TP304H 鋼之間。 ② 改善熔池金屬的一次結(jié)晶。 2 ﹚ 工藝措施 ① 預(yù)熱 ② 控制焊縫形狀 ③ 采用堿性焊條和焊劑 ④ 采用收弧板 HAZ 塑性降低 。 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)論文 11 HAZ 的軟化。 軟化的程度 與鋼的強(qiáng)度和焊接線能量有關(guān)，鋼的強(qiáng)度越高，軟化越嚴(yán)重；焊接線能量越大，軟化程度也越嚴(yán)重，同時軟化區(qū)的寬度愈大。 焊縫金屬韌性的惡化。 12Cr1MoV T91 異種鋼的焊接性分析 12Cr1MoV – T91 異種鋼的焊接性在 12Cr1MoV、 T91 鋼焊接性的基礎(chǔ)上又有其自身的特點(diǎn)，這正是由于 12Cr1MoV與 T91 鋼的化學(xué)成分、力學(xué)性能、金相組織及物理性能的差異所致。 .1 焊接接頭的脆化 焊縫及熱影響區(qū)的粗晶區(qū)加熱溫度超過 1100℃，晶粒長大較快，在 1100℃以上停留的時間較長，焊接線能量越大，晶粒粗大越嚴(yán)重，這種晶 粒粗大引起的脆化現(xiàn)象，在 T91 這一邊焊接接頭更嚴(yán)重，所以，必須控制線能量，不能大。因此，在Ms點(diǎn)以下容易出現(xiàn)淬硬組織，形成粗大的馬氏體組織，這是導(dǎo)致淬硬組織脆化的主要原因，隨意需要對焊接線能量控制和選擇合理的焊接工藝選擇。在焊接熱循環(huán)作用下，經(jīng)高溫過熱，焊縫及融合線附近晶粒急劇增大，加上焊接殘余應(yīng)力的作用，極易形成冷裂紋。 的含量及其積聚程度 含氫量越高， 冷裂紋傾向越大，氫濃度高的部位，容易形成冷裂紋。所以電站焊接重要部件都用堿性焊 條，就是為了降低焊縫中的含氫量，也叫低氫型焊條。因此，要避免強(qiáng)行對口。 本章小結(jié) 綜上所述， 12Cr1MoV 和 T91 在焊接過程中，要 確保焊 接接頭的 性能指標(biāo)可滿足規(guī)定要求 ，需要要制訂 合理的焊接工藝 。焊掃時必須采取一定的恃殊工藝措施才能獲得滿意的焊接接頭。 焊接方法的選擇 常用的各種電弧焊接方法都可以進(jìn)行焊接，但在火電建設(shè)工程中，管道的焊接常用手 工鎢極氬弧焊打底、焊條電弧焊蓋面的焊接工藝， 所以選擇 手工鎢極氬弧焊 打底、焊條電弧焊蓋面的焊接 工藝。5mm, 故采用 手工鎢極氬弧焊 打底，焊條電弧焊蓋面的 工藝 。 焊接材料的選擇 正確地選擇焊接材料是異種鋼焊接時的關(guān)鍵，接頭質(zhì)量和性能與焊接材料關(guān)系十分密切。 求。 、易得。 異種鋼焊接時有 4 種焊接材料可供選擇： ① 與異種鋼焊接接頭合金質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低的一側(cè)母材金屬成分相同的材料〔低匹配）； ② 與異種鋼焊接接頭合金質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的一側(cè)母材金屬成分相同的材料（高匹配）； ③ 介于異種鋼焊接接頭兩側(cè)母材金屬中間成分的樹料（中匹配）； ④ 完全不同于異種鋼焊接接頭兩側(cè)母材金屬成分的材料。 國外一些資料指出， 12Cr1MoV珠光體耐熱鋼與 T91 馬氏體熱強(qiáng)鋼的焊河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)論文 14 接，選用 T91 類型的焊接材料焊接的異質(zhì)接頭要比用 12Cr1MoV類型的焊接材料焊接的異質(zhì)接頭的塑性好，而其結(jié)論是推薦用 T91 類型的焊接材料。顯而易見，珠光體鋼有較好塑性， C 擴(kuò)散層即使在珠光體鋼這一側(cè)，其接頭塑性也較好，利于提高接頭的熱強(qiáng)性。 綜上所述，對于 12Cr1MoV與 T91 異種鋼焊接采用高匹配焊接材料應(yīng)是較好的選擇。 TIGR40 焊絲 和 R407 焊條的 化學(xué)成分見表 3 — 1 表 3 — 1 TIGR40 焊絲 和 R407焊條 化學(xué)成分 (% ) C Si Mn P S Cr Mo V Fe ～ 0.45 ～ 0.70 ～ ≤25 ≤25 ～ ～ — — ～ 0.6 ≤35 ≤35 ～ ～ — 余量 選用鈰鎢極 WCe20, 直徑 2. 5 mm,氬氣純度為 99. 99% 。一般說來，坡口角度越大，熔合比越小，坡口角度越小，熔合比越大。 為保證焊接質(zhì)量 , 便于操作 ,坡口采用“ V ”形坡口 , 見圖 1 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)論文 15 坡口的制備采用機(jī)械方法 , 坡口處母材應(yīng)無裂紋、毛刺 等缺陷。 焊前 預(yù)熱 及焊后熱處理 國內(nèi)外不同資料對 T91 小徑管的焊接加熱規(guī)范要求不一，如國外某些資料對8mm 以下的 T91 小徑管的焊接要求層間溫度為 180~250 ℃，焊后回火為 760 ℃ ；而國內(nèi)國家電力甕火電建設(shè)部的《 T91/P91 鋼管焊接工藝暫行規(guī)定》則規(guī)定的焊接層間溫度為 300~350 ℃，焊后回火為 750 177。為制定一個科學(xué)的適合工地施工的焊接熱規(guī)范，結(jié)合 12Cr1MoV鋼的特性，按照《電力建設(shè)施 工及驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范 火力發(fā)電焊接篇》（ DL500792 ）的有關(guān)規(guī)定，綜合有關(guān)資料，我們在焊接工藝參數(shù)不變的前提下制定兩種焊接加熱規(guī)范分別進(jìn)行試驗(yàn)。 2 、氬弧焊打底前預(yù)熱： 100~150 ℃，蓋面前預(yù)熱溫度： 250~300 ℃。升降溫速度為 150 ℃ /h。 2 、氬弧焊打底前預(yù)熱： 100~150 ℃。 3 、層間溫度： 300~350 ℃ 4 、焊后熱處理：焊縫整體焊接完畢后，冷卻到室溫后升溫到 750 ℃恒溫60min 。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)論文 16 焊接工藝 12Cr1MoV與 T91 進(jìn)行焊接時 , 打底焊根部充氬保護(hù) , 以防止根部氧化或產(chǎn)生缺陷 , 充氬保護(hù)應(yīng)貫穿于整個焊接過程中 , 正面保護(hù)氣體流量為 8 ～ 10 L/min,背面保護(hù)氣體流量為 8 ～ 10 L/min, 水平 固定 焊接工藝參數(shù)見表 3 — 焊接工藝參數(shù)見表 3 — 3 表 3 — 2 水平 固定 焊接工藝參數(shù) 層數(shù) 焊接電流 I ／ A 焊接電壓 U ／ V 焊接速度 V ／﹙ mm178。 min ﹚ 1 90～ 120A 13～ 15V 65 2 95～ 115A 23～ 27V 70 1/3 95～ 115A 23～ 27V 75 2/3 95～ 115A 23～ 27V 75 在施焊中應(yīng)盡量采用小熱輸入量 , 抑制焊縫晶粒過熱 , 提高焊縫的力學(xué)性能。由于 T91 鋼合金含量高 , 鐵水發(fā)粘 , 打底時送絲一定要均勻 , 避免產(chǎn)生根部焊縫未熔焊絲頭。層間要仔細(xì)清理 , 避免產(chǎn)生夾渣缺陷 , 可用角向磨光機(jī)清理 , 但要避免用鏨子過重敲擊 ,以免產(chǎn)生裂紋。 焊條電弧焊 的熔合比相對來說比較小，但手工鎢極氬弧焊的熔合比范圍較大，因而，控制好焊接工藝參數(shù)對降低熔合比有直接的影響 。 需要注意的幾個問題： ，為保證焊接質(zhì)量 ，引弧時采用高頻，收弧時采用衰減。 ，盡量不出 “ 死角 ” ，并嚴(yán)格進(jìn)行層間清理，熔渣一 定 要清理干凈。 質(zhì)量檢驗(yàn) 焊后 , 對試件進(jìn)行檢驗(yàn)與試驗(yàn) , 包括外觀檢查、射線探傷、拉伸試驗(yàn) . 彎曲試驗(yàn)、金相試驗(yàn)和硬度試驗(yàn)。 : 依據(jù)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) DL/T821 — 2020, 全部底片為Ⅰ級 , 焊口合格。 冷彎試驗(yàn) , 未見