12Cr2M o1R耐熱鋼單層堆焊工藝

魏娜然 劉明亮

(1.中國第一重型機(jī)械股份公司核電石化事業(yè)部，遼寧116113;2.大連市鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院，遼寧 116013)

12Cr2M o1R耐熱鋼單層堆焊工藝

魏娜然1劉明亮2

(1.中國第一重型機(jī)械股份公司核電石化事業(yè)部，遼寧116113;2.大連市鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院，遼寧 116013)

對(duì)12Cr2Mo1R耐熱鋼采用電渣焊(ESW)方法進(jìn)行耐蝕層的單層堆焊，并對(duì)堆焊試樣的性能和化學(xué)成分進(jìn)行分析。結(jié)果表明，采用單層堆焊的方法可以滿足性能和化學(xué)成分的要求。該方法大大降低了制造成本，提高了生產(chǎn)效率。

12Cr2Mo1R耐熱鋼;ESW焊;單層堆焊;耐蝕層

加氫反應(yīng)器一般是在高溫、高壓、臨氫及硫化氫腐蝕的工作環(huán)境下操作，所以大部分反應(yīng)器內(nèi)壁須堆焊不銹鋼耐蝕層?，F(xiàn)有一臺(tái)加氫反應(yīng)器，材質(zhì)為12Cr2Mo1R，筒節(jié)內(nèi)壁要求單層堆焊耐蝕層(TP347)，堆焊層厚度為4+0.5mm。為了獲得表1中要求的化學(xué)成分，采用電渣焊(ESW)方法進(jìn)行耐蝕層的堆焊。通過對(duì)堆焊試樣進(jìn)行性能和化學(xué)成分分析，為該堆焊方案提供依據(jù)。

表1 耐蝕層表面及以下2 mm熔敷金屬的化學(xué)成分［1］(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 Chem ical com position of deposited metal of corrosion resistant layer surface and 2 mm depth beneath(mass fraction，%)

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 試驗(yàn)?zāi)覆?/p>

12Cr2Mo1R鋼屬于珠光體耐熱鋼，具有良好的常溫和高溫性能、抗氫腐蝕能力、抗氧化能力、抗脆斷能力和較好的焊接性能，是理想的用來制造各類大型反應(yīng)器和換熱器等石油化工煉制設(shè)備的材料。其化學(xué)成分和力學(xué)性能見表2和表3。從表2和表3獲知，12Cr2Mo1R鋼具有較高的強(qiáng)度、塑性和沖擊韌性，并且合金元素含量較多，具有較高的淬硬傾向。因此，在焊接前需要預(yù)

表2 12Cr2M o1R鋼化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 2 Chem ical com position of 12Cr2M o1R steel(mass fraction，%)

熱，在焊后立即進(jìn)行后熱，并且進(jìn)行焊后熱處理。

這樣的焊接操作不僅能消除焊接殘余應(yīng)力，更重

要的是使接頭各區(qū)的組織穩(wěn)定化，保證焊接接頭

的性能。

1.2 試驗(yàn)方法及焊材

表4 WEL ESS 309NbL焊帶的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 4 Chem ical composition of WEL ESS 309NbL solder strip(mass fraction，%)

在各種堆焊方法中，帶極堆焊效率高，而且堆焊層中缺陷很少，多應(yīng)用在筒節(jié)內(nèi)壁大面積耐蝕層的堆焊上。在帶極堆焊中，廣為采用的方法有埋弧焊(SAW)和電渣焊(ESW)。采用電渣焊焊接時(shí)焊道形狀平滑、熔深淺而均勻，母材稀釋率低，而且咬邊和夾渣等焊接缺陷少;而且，為了改善焊道形狀還應(yīng)用了磁控制，對(duì)防止咬肉和焊道偏位有明顯效果。所以，電渣焊堆焊方法近年來在國內(nèi)外的加氫容器、換熱器等石油化工類壓力容器的內(nèi)表面大面積堆焊中得到了廣泛應(yīng)用。

本試驗(yàn)采用電渣焊(ESW)方法進(jìn)行耐蝕層的堆焊，堆焊金屬的主要合金成分來源于焊帶而不是焊劑。焊帶和焊劑均選用日本W(wǎng)EL公司產(chǎn)品，該焊帶熔敷金屬化學(xué)成分見表4。

2 焊接工藝評(píng)定

按照NB/T47014—2011《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》中耐蝕層堆焊工藝評(píng)定的要求，堆焊試板材質(zhì)為12Cr2Mo1R，規(guī)格尺寸為:80 mm×250 mm×500 mm，評(píng)定位置為水平位置。

堆焊前，試板(待堆焊面)須按JB/T4730.4—2005進(jìn)行100%磁粉檢測，合格等級(jí)為Ⅰ級(jí)。試板堆焊時(shí)必須進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度≥150℃，堆焊后緩冷至室溫，并按 JB/T4730.5—2005進(jìn)行100%滲透檢測，合格等級(jí)為Ⅰ級(jí)。堆焊后，試件如圖1所示。

堆焊試板按 NB/T47015—2011規(guī)定，12CrMo1R材質(zhì)熱處理溫度為680～700℃，保溫時(shí)間為最大模擬熱處理時(shí)間。具體熱處理規(guī)范如圖2所示。堆焊試板經(jīng)模擬焊后熱處理之后，堆焊層表面進(jìn)行100%滲透檢測、100%超聲［2］檢測，合格等級(jí)為Ⅰ級(jí)。

試板在堆焊過程中，在保證焊接質(zhì)量的前提下要求有效控制堆焊層的厚度為4.0+0.5mm。在堆焊時(shí)，為了減少熱輸入量，應(yīng)采用較快的焊接速度，焊接參數(shù)嚴(yán)格按照表5中的規(guī)定執(zhí)行。

3 工藝評(píng)定結(jié)果分析

試板焊后熱處理及無損檢測合格后，按照NB/T47014—2011和相關(guān)堆焊的技術(shù)要求，進(jìn)行了彎曲試驗(yàn)、硬度試驗(yàn)、化學(xué)分析、晶間腐蝕試驗(yàn)及抗剝離試驗(yàn)。彎曲試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表5 堆焊焊接材料及焊接工藝參數(shù)Table 5 W elding material and procedure parameter of build-up welding

圖2 堆焊試板的焊后熱處理曲線Figure 2 Heat treatment after welding curve of build-up welded specimen

彎曲試驗(yàn)是為了測定堆焊金屬、熔合線和基層熱影響區(qū)的完好性和塑性。從表6的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，彎曲試樣合格。

表6 彎曲試驗(yàn)參數(shù)及結(jié)果Table 6 Parameters and results of bending test

熱處理后在試件的堆焊層表面上任取4點(diǎn)測量表面硬度;在試件斷面取3個(gè)點(diǎn)測量顯微硬度，取點(diǎn)位置:堆焊層、熔合線、母材。從硬度試驗(yàn)的結(jié)果可以獲知，硬度值滿足≤248HV10和≤230HBS的要求。

該件堆焊試板共焊了3道，在每條焊道上取兩處，并從距表面(0～1)mm、(1～2)mm的位置上分別取化學(xué)試樣。從表7中的化學(xué)成分結(jié)果可以看出，該化學(xué)成分滿足表1中各成分的要求，而且鐵素體數(shù)值FN在3%～8%之間。

對(duì)堆焊試件制取兩件晶間腐蝕試樣，按GB/T 4334.5進(jìn)行檢驗(yàn)，彎曲180°未發(fā)現(xiàn)晶間腐蝕裂紋。抗剝離試驗(yàn)在溫度450℃、充氫壓力15 MPa、保持時(shí)間48 h、冷卻速度≥200℃/h的試驗(yàn)條件下進(jìn)行。試樣完成抗剝離試驗(yàn)后在環(huán)境溫度下放置7天，經(jīng)超聲檢測得出試樣的堆焊層無明顯剝離現(xiàn)象。說明晶間腐蝕和抗剝離試驗(yàn)滿足要求。

圖3 堆焊試樣的金相組織圖片F(xiàn)igure 3 Metallographic structure picture of build-up welded specimen

堆焊試樣經(jīng)10倍宏觀觀察，未發(fā)現(xiàn)有裂紋、氣孔、夾渣、未熔合等焊接缺陷。圖3為堆焊試樣的金相組織照片。從圖3可以看出，堆焊層組織為奧氏體+枝晶鐵素體+少量點(diǎn)狀碳化物，母材組織為回火粒狀貝氏體，熱區(qū)組織為回火板條貝氏體+回火粒狀貝氏體;而且未發(fā)現(xiàn)微觀焊接缺陷。

4 結(jié)論

對(duì)12Cr2Mo1R耐熱鋼采用電渣焊(ESW)方法進(jìn)行耐蝕層的單層堆焊，并對(duì)堆焊試樣進(jìn)行試驗(yàn)分析，得到的結(jié)果能夠滿足化學(xué)成分和性能的要求。說明該堆焊方案是可以推廣應(yīng)用的。

［1］ASME，壓力容器建造規(guī)程第Ⅱ卷C篇(2010版)－焊條、焊絲及填充金屬［S］.

［2］JB/T4730—2005，承壓設(shè)備無損檢測［S］.

編輯 杜 敏

Single Layer Build-up Welding Process of 12Cr2Mo1R Refractory Steel

W ei Naran，Liu M ingliang

Corrosion resistant layer of 12Cr2Mo1R refractory steel has been carried out single layer build-up welding with ESW，and performance and chemical composition of build-up welded specimen have been analyzed.The result showed that single layer build-up welding procedure was sufficient for performance and chemical composition，which reduced greatly production cost and upgraded productive efficiency.

12Cr2Mo1R refractory steel;ESW welding;single layer build-up welding;corrosion resistant layer

TG448

B

2013—12—02