低合金珠光体耐热钢的焊接技术优化方案

合金元素的总质量分数在2.5%以下的低合金耐热钢在供货状态下具有珠光体+铁素体组织，故称为低合金珠光体耐热钢。与碳素钢相比，其具有良好的抗氧化能力和热强性；与高合金钢相比，有较好的冷、热加工性及焊接性。因此锅炉过热器管、汽轮机、内燃机和热处理炉等设备的耐热零件常用这类钢来制造。

由于该类合金钢中含有一定量的Cr、Mo及其他一些合金元素，淬硬性较强，所以在焊接热循环作用下，焊接接头中容易形成马氏体组织，在低温焊接时或焊接刚性较大的结构时，容易产生冷裂纹。另外，合金元素易氧化形成难熔的氧化物（如氧化铬），这将会影响金属的焊接性。

在生产中，低合金珠光体耐热钢一般采用焊条电弧焊或气焊。

1.低合金珠光体耐热钢的焊条电弧焊

低合金珠光体耐热钢采用焊条电弧焊焊接时，应注意以下方面。

（1）焊条的选用 焊条一般应选择化学成分、力学性能与母材相近的焊条，参见表10-24。表10-25给出了几种国产低合金耐热钢焊缝金属在常温下的力学性能。

表10-24 国产低合金珠光体耐热钢焊条

（续）

表10-25 国产低合金耐热钢焊缝金属在常温下的力学性能（保证值）

（2）焊条电弧焊工艺 焊条电弧焊的工艺要点主要有以下方面：

1）钢管的坡口及对口要求。一般采用图10-7所示的坡口形式，其中，采用图10-7a所示带有垫板坡口的好处是对口间隙较大，便于运条，可保证根部焊透，但必须注意垫圈与管材间要留有0.5～1mm的间隙（否则根部两侧容易产生裂纹），垫圈的定位焊方向要尽可能沿介质流动的方向；图10-7b所示U形坡口要求加工和对口严格一些，特别是对口间隙，过大或过小都会影响焊缝根部质量，当管材内壁因有椭圆或壁厚不均匀而产生错口时，要在修整消除后方可焊接；图10-7c所示V形坡口的应用也较普遍。

图10-7 钢管的坡口形式

a）带有垫板的坡口 b）U形坡口 c）V形坡口

2）焊接工艺。焊前都必须预热，预热温度见表10-24，预热方法可采用电加热（挠性指状加热器）或火焰加热（氧乙炔焰和煤气焰），用测温笔测温。

焊接应在自由状态下进行，且焊缝的拘束度不能过大，以免造成过大的刚度，最好是在退火状态下进行焊接，特别是含铬量高的时候。焊接时采用保温焊和连续焊。保温焊是指在整个焊接过程中，应使被焊工件（焊缝附近30～100mm范围）保持足够的温度。连续焊是指焊接过程最好不要中断，当不得已中断时，应用石棉绳或石棉被包裹接头，以便使其缓慢冷却。再行焊接前必须仔细清扫检查，重新预热后再焊。焊缝焊完后应进行保温，等焊缝缓慢冷却后再进行热处理。

对薄壁小直径管（φ50×5mm以下）的焊接，由于热量不易散发，往往每焊完一层后焊缝温度很高，甚至发红，此时若继续焊接，则易过烧，使晶粒粗大。因此每焊一层后，如果发红厉害，应待温度降到300℃左右再焊下一层。(www.xing528.com)

在厚板多层焊时，每焊完一根或两根焊条，可对焊缝进行锤击，以消除内应力，改善焊缝的力学性能。锤击应在温度高于30℃时进行，锤击力量不应过大。

3）焊后热处理。铬钼耐热钢焊后必须进行热处理，如果条件许可，应在焊后立即进行，以免产生延迟裂纹；如果条件不允许，则要焊后保温缓冷。热处理的目的是减少焊接内应力，以防管道在运行中由于内应力过大而使焊口产生裂纹，并可改善焊缝的金属组织，提高力学性能。

对于大直径厚壁管，加热到低于A₁线10～30℃的温度；对于小直径薄壁管，加热到高于A₁或A₃线的温度。热处理规范参见表10-26。

表10-26 几种低合金珠光体耐热钢的焊缝热处理规范

2.低合金珠光体耐热钢的气焊工艺要点

低合金珠光体耐热钢的气焊工艺包括焊接参数的选择、焊前准备、焊前预热、装配定位焊、焊接和焊后热处理等。

1）焊丝直径和焊嘴型号的选择见表10-27。

表10-27 焊丝直径和焊嘴型号的选择

2）气焊丝的牌号应根据焊件材料来选择，具体可参见表6-2选用。

3）气焊管材时，常采用V形坡口，焊前应将坡口表面及坡口内外壁10～15mm范围内的油污和锈蚀等清除干净。

4）焊前预热一般应为250～300℃。如果气温低于-10℃、钢材中含有钒的成分，如铬钼钒钢，应将预热温度提高到400℃以上，然后再进行焊接。

5）必须使用中性焰或轻微碳化焰，绝对不能使用氧化焰。一律采用右向焊法，这是因为这种焊法有利于预防热裂纹和冷裂纹的形成。在焊接过程中，熔池金属应尽可能保持较稠的状态，以保持最短的液态时间，同时焊接火焰要始终笼罩熔池，焊炬要平稳前移，不要一闪一闪地摆动，否则易使空气中的氧和氮侵入焊缝，降低焊缝的力学性能。

6）在施焊过程中，每层焊缝应力求一次完成。收尾或中途停止时，焊炬应当缓慢离开熔池，避免熔池冷却过快。中断后再次恢复焊接时，必须把整个已凝固的接头加热到300℃后才能继续进行。

7）焊接完毕，待冷却到200℃时即可进行焊后热处理。若不能及时进行热处理，必须用石棉绳包扎，使焊缝缓慢冷却，或采用其他方法使其缓慢冷却。

8）焊后热处理能减少残留应力，防止产生冷裂纹，同时改善组织。铬钼珠光体耐热钢焊后应进行高温回火。对于12CrMo钢管材，加热到680～720℃，保温半小时，然后在空气中冷却；对于钼钢，加热到850～900℃，保温时间按厚度计算（每毫米保温1～1.5min）；空冷铬钼钢加热到930～950℃，保温需要用石棉布包住，使其缓慢冷却，保温时间按管材厚度计算（每毫米保温1～1.5min），待其冷却到300℃左右，方可将石棉布去除，再空冷；铬钼钒钢应加热到960～1000℃，保温时间按管材厚度计算（每毫米保温1.5～2min），也可以用石棉布包住，缓慢冷却。

加热的方法一般都使用专用的加热设备，如电阻炉或中频感应加热器，也可采用火焰进行加热。