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高壓無縫鋼管的焊接工藝及分析

2021-04-16  來自: 江蘇潤利鍋爐有限公司 瀏覽次數:337

12Cr2Mo1高壓無縫鋼管的焊接工藝及分析

12Cr2Mo1是以Cr-Mo為基的低合金珠光體耐熱鋼,它不僅有很好的抗氧化性和熱強性,還有比較好的抗硫腐蝕性和抗氫腐蝕性能,在石油、化工行業中應用于高溫條件下的重要結構。我們根據以往的工作經驗,對此材料的焊接做了進一步的分析。

12Cr2Mo1的可焊性與低碳調質高強鋼相似,主要問題是近焊縫區的硬化和冷裂紋、熱影響區的軟化以及熱處理或高溫長期使用時會再發生裂紋問題。下面根據接頭的組織和性能對焊接工藝特點作一分析介紹。

一、12Cr2Mo1鋼的成分特點分析

首先我們對12Cr2Mo1鋼的成分特點進行了分析。作為耐熱鋼成分的配合不僅要滿足常溫的力學性能要求,更重要的則是保證高溫性能要求。在高溫下長期使用的金屬易于被氧化和腐蝕,同時在高溫下所受的應力即使低于鋼在該溫度時的屈服強度,但在長期作用下,也會發生緩慢而連續的塑性變形,即所謂“蠕變”現象。另外,由于溫度增高,鋼的強度也明顯降低,并且在高溫下(400~600℃)長期工作時,其塑性和韌性也會有所下降。換言之12Cr2Mo1在高溫時的力學性能不僅與溫度和應力有關,而且還和應力作用的時間有關。為了提高抗氧化性能,在其化學成分中添加了2.0%~2.5%Cr0.15%~0.50%Si,因為CrSi能在表面形成致密的保護氧化膜Cr2O3SiO2,可以防止氧對鐵的繼續作用。

鋼在高溫時抵抗塑性變形和斷裂能力變化,有兩方面的原因:(1)溫度增高使原子間結合力減弱而加強擴散,促使再結晶,第二相聚集長大以及亞穩定組織向穩態變化,結果均使鋼軟化;(2)溫度增高有利于產生晶界擴散變形和晶界滑動遷移,晶界強度將顯著減弱從而降低塑性變形應力,易于導致晶間裂紋,為了提高熱強性,可以從基體固溶強化、第二相沉淀強化、晶界強化這三方面進行合金化實現強化。

二、焊接材料的選擇

在分析了12Cr2Mo1的化學成分后,第二步是根據其成分來選擇與其匹配的焊接材料。為了保證焊縫性能同母材匹配,而具有必要的熱強性,焊縫成分要盡量和母材相近,同時,為了防止焊縫有較大的熱裂傾向,焊縫的含碳量應比母材低一些。只有選擇適當的焊接材料,焊縫的性能才可以與母材匹配,如采用奧氏體、鋼焊條來進行焊接,由于焊縫與母材膨脹系數不同,同時在長期高溫工作時還會發生碳的擴散遷移現象,從而會導致在熔合區發生破壞。我們按照12Cr2Mo1的化學成分決定采用熱407焊條來做為焊接材料。

三、焊接工藝的控制

珠光體耐熱鋼一般在熱處理狀態下焊接,焊后大多數進行高溫回火處理。為了消除近縫區的硬化現象,正確選定預熱溫度和焊后回火溫度是非常重要。預熱和焊后熱處理不僅可以改善組織,而且還可以減少焊接殘余應力,同時也可以消除擴散氫含量,因而對減小延遲裂縫傾向是有利的。我們根據以往的經驗,采用焊前預熱300℃、較小的焊接線能量和焊后700℃的回火工藝,結果得到了較為滿意的焊接接頭。

關鍵詞: 鋼管   高壓   焊接   工藝  

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