15CrMo耐热钢焊接性能与焊接工艺

15CrMo耐热钢焊接性能与焊接工艺

尿素合成塔扩建工程，其中用于输送氨介质的工艺管道，设计压力为32MPa，设计温度为220℃，材质有15CrMo、20G，管径有Φ159×28、Φ219×35、Φ273×40等，由于15CrMo合金钢管道焊接难度比较大，焊接工艺要求比较高，以15CrMo合金管道Φ159×28为例，进行焊接性能及焊接工艺评定作如下论述。

.1 15CrMo材料性能、化学成分及焊接性

.1.1基本性能及化学成分：

15CrMo属于珠光体耐热钢，它以加入铬、钼合金元素为主，合金元素铬能形成致密的氧化膜，提高钢的抗氧化性能，还有阻止石墨化的作用。钼是耐热钢中的强化元素，形成碳化物的能力比铬弱，钼优先溶入固溶体，强化固溶体。钼也有阻止石墨化的作用，故应与铬同时加入钢中，以阻止碳的石墨化。钼的熔点高达2625℃，固溶后可提高钢的再结晶温度，有效地提高钢的高温强度和抗蠕变能力。钼可以减少钢材的热脆性，还可以提高钢材的抗腐蚀能力。

.1.2焊接性：

15CrMo 耐热钢的焊接性与低合金结构钢相近。因为在钢中加人铬、钼合金元素，使碳当量增加，钢的淬硬倾向增大，提高焊接热影响区的硬度，容易产生焊接冷裂纹。由于母材与焊缝金属中碳和合金元素含量的差异，当滞后相变的母材热影响区发生奥氏体向马氏体转变时，氢以过饱和状态残存于马氏体中，产生氢致裂纹。当焊缝金属的含碳量和合金元素较高时，有可能使母材热影响区先于

焊缝发生相变，氢就会从热影响区向焊缝扩散，使焊缝中氢处于过饱和。当焊缝冷却后转变为马氏体组织时，会产生焊缝冷裂纹。因此在焊接时应进行焊前预热，焊后热处理。

.2焊接工艺

.2.1坡口选择及清理：

1）坡口选择U形坡口，见下图：

2）坡口内外两侧各20mm处的锈、油、污应清除干净。

.2.2焊接方法：

采用氩弧焊打底，焊条电弧焊盖面。

.2.3焊材选择：

氩弧焊打底焊采用H13CrMoA焊丝，焊条电弧焊填充、盖面采用R307焊条。.2.4焊条烘干：

烘干温度为350 ℃，恒温 1 小时。

.2.5预热及焊口组对：

1）预热可以采用电加热也可以采用氧、乙炔加热采用红外线测温仪进行测温。

2)焊口组对时应垫置牢固，焊口错边量不应大于2mm。当达到预热温度时就可以定位焊缝焊接（采用氩弧焊），定位焊缝长度20~30mm为宜。

3)定位焊缝焊完后，各焊点用角向磨光机将各接头磨成一个坡度，以便接头焊透。同时认真检查各定位焊是否有夹渣、气孔、裂纹等缺陷，如有应将缺陷磨掉重新定位焊。

4)进行打底焊时应重新测量预热温度，如预热温度不够应重新加热。

焊接接头及焊缝排列简图：

.3焊接工艺参数：

.4焊接要求：

1）焊接第一层时采用氩弧焊，管子两端用石棉塞住以防穿堂风，钨极采用直径2mm的铈钨极，喷嘴直径12mm，气体采用纯度为99.99％的工业氩气，气体流量10~12L/min。2~8层采用焊条电弧焊，要求每一层焊完把焊渣清理干净后再焊第二层，层间温度不低于230℃。

2）每条焊缝应尽可能一次焊完。当中断焊接时，要将焊口加热到250 ℃然后保温缓冷。重新施焊时，仍需按规定进行预热。

.5热处理：

热处理的加热速率、热处理温度下的恒温时间及冷却速度应符合下图要求：（厚度28mm）

热处理设备采用LWK一120一B电加热自动记录仪，加热片规格LCD一600×350，保温棉采用厚度为50mm的硅酸铝纤维板。

焊件焊后应及时进行热处理，否则应在焊后立即加热至300一350℃，加热范围与热处理要求相同，然后保温缓冷。

热处理过程应注意观察记录仪曲线图走势要均匀，保温棉长度要超过加热片，管子两端要用保温棉塞住，以防穿堂风，保证内外壁温度均匀。