珠光体耐热钢的焊接

四、珠光体耐热刚的焊接工艺要 点
（一）焊条的选择
珠光体耐热钢在进行焊条电弧焊前选择 焊条是根据母材的化学成分，而不是根据 母材的力学性能。选用的钼和铬钼珠光体 耐热钢焊条的Cr、Mo等合金元素应与母材 相当或略高于母材。珠光体耐热钢焊条选 用示例见表4-4-1。此外，可选用奥氏体不 锈钢焊条，焊后一般可不做热处理。
一、耐热刚的概念
定义：具有足够的高温强度和较好的抗 高温氧化性能的钢，称为耐热钢。
（一）耐热钢的分类
按正火组织（供货状态下的组织）可分 为珠光体钢、马氏体钢、铁素体钢和奥氏 体钢等。
二、珠光体耐热刚的特性
珠光体耐热钢是以铬、钼为主要合金元 素的低合金耐热钢，其供货状态（正火或 正火加回火）组织是珠光体（或珠光体加 铁素体），故称珠光体耐热钢。
90~110
8
填充焊丝 氩气流量
直径
/L.min-1
/mm
2.4
8~12
大直径薄 壁管
2.5
6~8 110~130 8
2.4
10~15
当珠光体耐热钢母材铬的质量分数超过3% 时，焊缝背面也应通氩气保护，以改善焊 缝成形，防止焊缝表面氧化。
钨极氩弧焊电弧气氛具有超低氢的特点， 焊接珠光体耐热钢时可以降低预热温度， 有时甚至可以不预热。
（1）埋弧焊 埋弧焊不能用于全位置焊，对小直径管和
薄壁构件也不适用。常用的珠光体耐热钢 的埋弧焊材料见表4-4-1。 （2）焊条电弧焊
其仅次于埋弧焊的一种焊接方法。
在珠光体焊接时，选用低氢型药皮碱性 焊条是防止焊接冷裂纹的主要措施之一。 但碱性焊条药皮容易吸潮，而焊条药皮和 焊剂中的水分是氢的主要来源。因此，焊 条、焊剂在使用前要严格按规范烘干，随 用随取。还必须清除坡口及两侧的锈、水、 油污。
钢号
12CrMo 15CrMo 12Cr1MoV 12Cr2Mo 12Cr2MoWVB 12Cr3MoWVSiTiB
预热温度/℃
200~250 200~250 250~300 250~350 250~300 300~350
焊后热处理温度/℃
650~700 670~700 710~750 720~750 760~780 740~760
Leabharlann Baidu
12MoVWBSiRe
200~300
750~770
（三）焊后保温及缓冷
焊后缓冷是焊接铬钼耐热钢必须遵循的 原则，即焊后立即用石棉布覆盖焊缝及热 影响区保温，使其缓慢冷却。
防止接头裂纹的简单而可靠地措施是： 将接头按层间温度（预热温度上限）保温 2~3h的低温后热处理，可基本上消除焊缝 中的扩散氢。
（四）焊后热处理
焊后热处理是指焊件焊后，为了改善焊 接接头的组织和性能或消除残余应力而进 行的热处理。焊后热处理的主要作用是：
（1）可消除或者减少在热影响区出现的脆硬 组织。
（2）降低热影响区硬度，提高塑性和韧性。
（3）促进扩散氢的逸出。
（4）有效减少焊接残余应力，增加焊件的尺 寸稳定。
珠光体耐热钢焊后热处理的方法有以下几种：
② 将预热温度提高到250℃以上，层间温度 控制在300℃左右。
③ 采用小的热输入的焊接工艺，减小焊接 过热区的温度，细化晶粒。
④ 选择合适的热处理制度、避免在敏感温 度区间停留较长时间。
（2）回火脆性
当某些珠光体耐热钢及其焊接接头存在 一定量的残余元素时，在350~500℃温度区 间长期运行过程中，会产生剧烈脆化现象 （称回火脆性）。
1.回火
把经过淬火的钢重新加热至低于Ac1点以 下的某一温度，经过一定时间的保温后， 然后冷却室温的热处理工艺称为回火处理。
2.正火
将钢加热到Ac3或Accm以上30~50℃，保温 适当时间后，在静止的空气中冷却的热处 理工艺称为正火。
3.退火
把钢加热到适当温度，保持一定时间， 然后缓慢（一般随炉冷却）而均匀冷却的 热处理工艺称为退火。
珠光体耐热钢消除应力裂纹取决于钢中 碳化物形成元素的特性及其含量。消除应 力裂纹出现在焊接热影响区的粗晶区。
① 珠光体耐热钢中的Mo含量增多时，Cr对 消除应力裂纹的影响也增大。
② 随着钢中V含量增加，碳的影响也增加。
➢ 防止消除应力裂纹的措施如下：
① 采用高温塑性高于母材的焊接材料，限 制母材和焊接材料的合金成分。
珠光体耐热钢中含有一定量的铬和钼及 其他合金元素。因此在焊接热影响区有较 大的淬硬倾向，焊接热输入过小时，热影 响区易出现硬脆的马氏体组织；焊接热输 入过大时，热影响区晶粒明显粗化。在低 温焊接或焊接刚性较大的结构时，易产生 冷裂纹。
２、焊后热处理过程中易产生再热裂纹
（１）消除应力裂纹
珠光体耐热钢含有Cr、Mo、V、Ti、Nb等强 烈的碳化物形成元素，从而使焊接接头过 热区在焊后热处理（高温回火，或称消除 应力退火）过程中易产生再热裂纹（或称 消除应力处理裂纹）。
（2）持久强度：钢在一定温度下，经规定的 时间发生断裂的应力，称为持久强度。
将Mo、W、V、Ti、Nb、B等合金元素加入 钢中，能提高钢的室温和高温强度。
2.高温抗氧化性
提高钢抗氧化性能的最有效途径是加入 Cr、Si、Al等合金元素，生成非常致密的 Cr2O3、SiO2、Al2O3保护膜，以防止内部金 属氧化。
（4）电渣焊
电渣焊接头晶粒十分粗大，对于一些重要 焊接结构，焊后必须经正火处理，以细化 晶粒，提高缺口冲击韧度。
➢ Ti：是碳化物形成元素，可以析出弥散的 金属间化合物，提高高温强度，抗晶间腐 蚀能力和抗氧化能力，并可提高蠕变强度， 改善钢的焊接性。
➢ Ｃ：提高钢的蠕变强度，但Ｃ增大，钢的 塑性、焊接性、耐蚀性及抗氧化能力下降。
三、珠光体耐热刚的焊接性
珠光体耐热钢的焊接性主要存在两个问题：
１、淬硬倾向较大，易产生冷裂纹
➢ V：形成细小弥散的碳化物和氮化物，分布 在晶内和晶界，阻碍碳化物聚集长大，提 高蠕变强度。另外V与C亲和力比Cr和Mo大， 可阻碍Cr和Mo形成碳化物，促进Cr和Mo的 固溶强化作用。V含量过高时，形成的
碳化物在高温下聚集长大，造成钢的热强性 下降，或使钢材脆化。
➢ W：W的作用与Mo相似，能强化固溶体，提 高蠕变强度。
（3）钨极氩弧焊
可以用作打底焊，也可以用于整个焊缝 的焊接钨极氩弧焊打底焊时的坡口不留间
隙，焊接时可以填充焊丝，也可以不用填充焊丝。 钨极氩弧焊（TIG）打底焊的工艺参数见表4-4-3。
表4-4-3 TIG打底焊的工艺参数
管子规格
小直径薄 壁管
钨极直 径 /mm
2.5
钨极伸出 长度
/mm
5~6
焊接电 喷嘴直 流/A 径 /mm
➢ 珠光体耐热钢的特性通常用高温强度和 高温抗氧化性两种指标来表示。
1.高温强度（抗热性）
衡量高温强度的指标有蠕变强度和持久 强度两个。
（1）蠕变强度：蠕变是指在高温下钢的强度 较低，当受到一定应力的作用时，会发生 变形量随时间而逐渐增大的现象。蠕变强 度是钢在一定温度下，在规定的时间内产 生一定的微量变形时的应力。
Cr和Mo是珠光体耐热钢的主要合金元素， 如12CrMo、15CrMo等。
影响珠光体耐热钢的各种合金元素：
➢ Cr：能提高钢的高温抗氧化性能，还有利 于提高高温强度。
➢ Mo：形成碳化物的能力比Cr弱， Mo优先溶 于固溶体，强化固溶体。Mo的熔点高达 2625度，固溶后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。Mo可 以减少钢的热脆性，提高钢的抗腐蚀能力。
表4-4-1 常用珠光体耐热钢的焊接材料
钢号 焊条电 弧焊
埋弧焊
CO2气体保护 氩弧焊 焊
焊条
焊丝 焊剂
焊丝
焊丝
12CrMo R207
H08CrMoA HJ350 H08CrMnSiMo H08CrMoA H13CrMoA
15CrMo R307
H13CrMoA HJ350 H08CrMnSiMo H13CrMoA
当铬钼珠光体耐热钢焊后应立即进行高 温回火，以防止产生延迟裂纹，消除焊接 残余应力和改善接头组织与性能。铬钼珠 光体耐热钢焊接时，控制热输入。采用较 小的热输入，有利于减小焊接应力，细化 晶粒，改善组织，提高冲击韧度。
五、珠光体耐热刚的焊接方法
常用的焊接方法有埋弧焊、焊条电弧焊、 钨极氩弧焊、电渣焊、熔化极气体保护焊 等。
对于铬钼珠光体耐热钢的焊接，为了防 止冷裂纹的产生，规定较高的预热温度是 必要的。但预热温度并非越高越好。用钨
极氩弧焊打底和CO2气体保护焊时，可以降 低预热温度或不预热。预热温度的确定主要 是依据钢的合金成分、接头的拘束度和焊缝 金属的氢含量。预热温度见表4-4-2。
表4-4-2 铬钼珠光体耐热钢的焊前预热和焊后热处理
12CrMo R317 A
H08CrMoVA HJ350 H08CrMnSiMoV H08CrMoV A
（二）焊前预热
由于铬钼珠光体耐热钢的淬硬冷裂倾向 较大，因此，预热是焊接铬钼珠光体耐热 钢的重要工艺措施。在珠光体耐热钢焊接 过程中，一般都要求焊前预热，应保持焊 件温度略高于预热温度的层间温度。焊接 过程中尽量避免中断，不得已中断时，应 保证焊件缓慢冷却，重新施焊前仍需预热。