珠光体耐热钢焊接操作

珠光体耐热钢焊接操作

高温下具有足够的强度和抗氧化性的钢叫耐热钢。珠光体耐热钢是以铬、钼为主要合金元素的低合金钢。由于它的基体组织是珠光体（或珠光体＋铁素体），故称珠光体耐热钢。

一、珠光体耐热钢的特性 

1.高温强度

普通碳素钢在超过 400℃的温度下无法长时间工作，因此不能作为耐热材料使用。珠光体耐热钢中具有钼、钨、铌、铝、硼等多种合金元素后，其高温强度显著提高，在500～600℃仍能保持较高的强度。其中，钼是主要强化元素。这是因为钼在钢中能优先溶于固溶体中。引起晶格畸变，使钢强化;钼的熔点很高，溶入基体后，可以提高钢的再结晶温度，从而有效地提高钢的高温强度。

2. 高温抗氧化性

由于铬和氧的亲和力比铁和氧的亲和力大，高温时在金属表面首先生成比较致密的氧化铬，相当于形成了一层保护膜，可以防止内部金属受到氧化，所以耐热钢中一般都含有铬。

钢中的碳与铬具有很强的亲和力，能形成铬的化合物，从而降低了钢中铬的有效浓度，这对高温抗氧化性是不利的。所以，珠光体耐热钢的含碳量一般都小于0.25%。

由于钒能与碳形成稳定的碳化钒，降低碳的有害作用，提高钢的高温强度，所以这类钢中往往加入一定量的钒。耐热钢中的含钒量基本上为0.25%～0.35%，含量过高反而有降低高温强度的倾向。

二、珠光体耐热钢的焊接性

由于珠光体耐热钢中主要元素是碳，并含有一定数量的铬和钼，还有的含有钒、钨、硅、钛、硼等元素，这些合金元素的存在会使焊缝和热影响区具有淬硬倾向。焊后在空气中冷却时，珠光体耐热钢易产生硬而脆的马氏体，不仅影响焊接接头的力学性能，而且产生很大的内应力，再加上较高的扩散氢浓度，使焊缝和热影响区有冷裂倾向。

另外，由于珠光体耐热钢含有钒、铌、钛、钼、铬等强碳化物形成元素，而且通常是在高温下使用，因此具有再热裂纹（即指焊后焊件在一定温度范围内再次加热而产生的裂纹）产生的问题。

三、珠光体耐热钢焊接 1.预热

预热是焊接珠光体耐热钢的重要工艺措施，可以有效地防止冷裂纹和再热裂纹。除了很薄的板材和管子外，无论是定位焊还是在焊接过程中都应预热。预热温度主要依据钢材化学成分、接头约束度和焊缝金属的潜在氢含量来选定，见表 9—7。

2.保温焊和连续焊

所谓保温焊是指整个焊接过程中，经常测量并使焊缝附近 30～100 mm 范围内保持足够的温度。

连续焊就是指焊接过程不间断。如果必须间断，则应在间断中使焊件缓慢均匀地冷却。再焊之前仍要重新预热。

3.短道焊

短道焊的目的是使焊缝及热影响区缓慢冷却。即如果要焊一条长焊缝，则每一道不要焊太长，使被焊的这一段在较短时间内重复受热，如图 9—11 所示。

4.减小焊接约束力

由于铬钼耐热钢裂纹倾向比较大，故在焊接时焊缝的约束度不能过大，以免造成过大的刚度。尤其是厚板焊接时，要尽量避免使用拉筋、夹具等。

5. 锤击焊缝

每焊完1根或2 根焊条就立即锤击。以消除焊接应力。锤击区的温度要高于30℃，锤击力量不要太大。

6.焊后缓冷

焊后缓冷是焊接铬钼耐热钢的重要工艺措施之一。一般是焊后立即用石棉布覆盖焊缝及近缝区。小零件可直接放在石棉灰中冷却。

7.焊后热处理

厚壁容器及管道在焊后常进行高温回火，即将焊件加热至 650～750℃ （低于A1），保温一定时间，然后在静止空气中冷却。

大型的焊接结构一般要进行消除应力退火，即将焊件加热到 500～650℃范围，经保温后缓慢冷却。

8.焊条的选择

焊接耐热钢的焊条主要应根据焊件的化学成分选择，而不是根据焊件在常温下的力学性能选择。为了确保焊接接头的高温强度和高温抗氧化性不低于基体金属，焊条的合金含量应与焊件相当或者略高-些。

珠光体耐热钢有较强的淬硬倾向，对焊接区的含氢量必须控制在较低的程度。因此，一般用低氢型焊条。使用时应严格遵守使用规则，如焊前应烘干焊条;仔细清理焊件，保证焊接坡口及周边的清洁度;采用直流反接和短弧焊接等。铬钼耐热钢用焊条见表9—7。

某些珠光体耐热钢其合金含量较高或结构刚性太大，可选用奥氏体钢焊条，如 E316—16(E0—18—12Mo2—16)、E309—16(E1—23—13—16)、E309Mo—16(E1—23—13Mo2—16)等。

珠光体耐热钢埋弧自动焊时，可选用与焊件成分相同的焊丝配焊剂350 或焊剂250 进行焊接。

9.焊接实例

某火电厂的530℃高压锅炉过热器管，材质为15CrMo 钢，壁厚为16 mm，采用焊条电弧焊，选用焊条E5515—B2。0℃以上施焊时，焊前预热至 150～200℃;0℃以下施焊时，预热至 250~300℃。施焊时，选用直流反接电源，短弧焊接。焊后进行680～720℃回火处理。对锅炉受热面管子进行焊后热处理时，焊缝应缓慢升温，加热速度应控制在100℃/min以下，保证内、外壁温差不大于50℃。冷却时用石棉布覆盖，让其缓慢冷却至300℃，然后在静止的空气中自然冷却。

四、珠光体耐热钢的焊接技能训练

珠光体耐热钢的焊件图如图 9—12 所示。焊件为15CrMo 钢管。

 1.焊接工艺分析

（1）珠光体耐热钢管采用钨极氩弧焊打底层，焊条电弧焊填充层、盖面层。

（2）焊条使用前烘干，温度为350℃，保温1.5 h。烘焙时不要急热和急冷，以免药皮开裂，使用时把焊条放置在保温桶内，随用随取。

（3）焊前预热温度为150～300℃，加热的范围为坡口两侧100 mm 处。

（4）焊接时应严格控制参数，不允许超出规定范围。焊接时最小热输入不允许小于20 kJ/cm;否则，应提高预热温度来进行补偿，以防止冷却速度过快。

（5）热处理方法为电加热法，加热宽度为坡口两侧100 mm，保温层宽度为600 mm，保温层厚度为100 mm。对管子进行焊后热处理时，焊缝应缓慢升温，加热速度应控制在100℃/min 以下，保证内、外壁温差不大于50℃。冷却时用石棉布覆盖，让其缓慢冷却至300℃，然后在静止在空气中自然冷却。

2.焊接工艺参数

15CrMo 钢管焊接工艺参数见表9—8。

3.15CrMo 钢管焊接操作 

15CrMo 钢管焊接操作见表9—9。

操作提示

（1）定位焊时，如果出现裂纹必须铲掉焊道，重新焊接。

（2）耐热钢焊接的环境对焊接质量的影响较大。当风速过大，尤其是管内穿堂风过大时，易使焊接接头淬硬，含氢量也会增加，因此施焊时应用屏风遮挡。

（3）整个焊接过程应尽量连续焊完，不得已中断时要用石棉布将焊口包裹好，使其缓冷，再焊时需要重新预热。

（4） 采用多层焊接时，中间层温度不应低于预热温度。

（5）焊接过程中如果需要返修，对碳弧气刨后的淬硬层必须彻底打磨干净，返修时预热温度为350℃，其他工艺措施与正常焊接相同。