1.前言

在电力飞速发展的今天，大机组大容量的电厂越来越多，所使用的耐热钢材料的品种增多,这就要求我们焊接工作者不仅对同种材料的焊接有所了解,而且还要对多种异种钢的焊接工艺有进一步认识,对于12Cr1MoV和TP347钢的异种钢焊接工艺就是其中之一，根据中心的工作安排,我们对12Cr1MoV和TP347钢的异种钢小径管焊接进行了工艺评定及分析。

2.焊接性分析

2.1 TP347与12CrMoV钢的化学成分及机械性能见表1，常温机械性能见表2。

表1  12CrMoV钢和TP347钢母材的化学成分

2.2碳当量及可焊性：

12Cr1MoV的碳当量Ceg= C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5=0.62 可焊性差,

TP347为奥氏体钢,可焊性良好。

3.焊接时存在问题:

由于TP347与12CrMoV二者化学成分有较大的差别，加之显微组织的截然不同，从焊接角度出发，属典型异种钢接头。对于异种钢焊接接头来说，成分、组织、性能和应力等都是影响焊接质量的因素，主要出现以下问题。

3.1珠光体钢母材对焊缝的稀释作用及熔合区生成马氏体过渡层,从而恶化了焊接接头的质量，容易引起裂纹。

3.2熔合区的碳扩散,结果在靠近熔合线的珠光体母材上形成铁素体组织脱碳层而软化，在奥氏体焊逢一侧形成高硬度的增碳层。

3.3焊接接头由于化学成分和金相组织不同，膨胀系数也不同，在焊接时会产生较大的残余应力。

4. TP347H和12Cr1MoV异种钢焊接工艺

4.1金属材料的规格：Φ42×5

4.2焊接位置与试件数量为：水平固定、垂直固定各5件。

4.3焊接方法：TIG焊接。

4.4焊接材料的选择：根据《火力发电厂焊接技术规程》、《火力发电厂异种钢焊接技术规程》的要求和以上的特点，现选择Inconl 82（ERCrNi-3）焊丝,焊丝的化学成分见表3。

表3  焊丝的化学成分（％）

     Inconl 82焊丝的线膨胀系数为14.5×10^－6／℃，介于12Cr1MoV钢和TP347H不锈钢之间，而且具有一定的高温强度和塑性，是耐热钢和奥氏体不锈钢异种钢比较理想的填充材料。

     采用Inconl 82焊接异种钢其主要问题，是焊接接头出现热裂纹、气孔、夹渣、未焊透等缺陷，为防止缺陷的产生，必须在焊接工艺上来采取措施，选择合适的线能量。从理论上来讲，线能量越小越好。这样可以减小焊接接头的熔合比和热裂纹倾向，同时也减少了焊缝中有害杂质的聚集及碳的扩散。但实际应用线能量是不能太小，因为镍基合金（Inconl 82）焊丝在熔化状态下，表面张力大，铁水粘，流动性差，线能量太小时，有气泡和熔渣形成时不易排除，易产生未熔合、气孔和夹渣等缺陷，所以，使用镍基合金做为填充材料时，所选用的线能量即不能太小，也不能太大。

4.5焊前准备

1）清理焊逢缝两侧20mm内外壁的油锈污蚀等,直至发出金属光泽。

2）增大坡口角度,增加焊接层数,这样可以减小熔合比,可以有效降低珠光体母材对焊逢的稀释作用。所以采用70°-80°的坡口，小钝边，大间隙。

坡口形式及充氩方式如下图1、2所示： 

图1   坡口形式                             

4.6焊接工艺参数

水平固定管、垂直固定管焊接工艺参数见表4、表5。

表4  水平固定焊接工艺参数

表5    垂直固定焊接工艺参数

4.7焊接操作要点

1)接头必须在自由状态下组对，不得强行点固焊接,以防止焊缝产生较大的拘束应力。

2）引弧时在焊缝内采用短路引弧，钨极接触焊件的动作要快，轻防止碰断钨极端头，造成夹钨或形成电伤。

3）由于现场环境和管子直径的因素，在焊接方法上采用手工钨极氩弧焊，而钨极氩弧焊的熔合比的变化范围很大，它可以在10％-100％之间，当不使用填充材料时熔合比可达到100％，打底时必须采用小直径焊丝内填丝焊法。根层焊接时，需注意管道内部氩气充满且稳定后方可进行根层焊接，以防止根层氧化，最后收口时背部冲氩流量要衰减致2-3 L/min，以免压力过大形成内凹。

4）镍基焊丝的流动性和焊透能力很差。为减少熔合比，采用V形坡口，稍大角度，小直径焊丝，电流要尽量小，熔深要浅，快速焊接，电弧电压要比焊接其它材料稍大些以降低母材熔合比。

5）填充层及盖面时，焊丝始终放在焊缝中间，通过焊枪的摆动将熔滴带到坡口两侧，焊丝的给进量要严格控制，每道的厚度不能大于两毫米。每道焊接完成后应采用钢丝刷将焊道浮渣清理干净，并控制好层间温度。每层之间的温度不能大于400°C。

5.焊接试样检验结果

5.1焊接接头外观检查、断口、射线探伤结果均合格

5.2以上两种位置焊接工艺常温下的机械性能见表7

表7  12CrMoV钢和TP347钢对接焊接头的常温机械性能

5.3焊接接头金相组织为：

5.4焊接特点及注意事项：

①选用nconl 82焊丝是比较理想的填充材料；

②尽量采用合适的焊接规范、大坡口、高电压、 快速进行焊接。

③为了防止焊缝过热，焊接电流应比耐热钢小10％—20％左右,并且采用小直径焊丝。

④施焊时可不预热、不进行焊后热处理，适宜于现场操作。

6.结论

上述工艺在国投靖远第二发电有限公司#5、#6炉过热器换管焊接中得到成功运用，焊口合格率高达98%以上，证明焊接工艺是正确的。为此认为TP347与12CrMoV钢进行焊接时，采用高合金的焊接材料，严格执行工艺，尽量减少热输入控制焊逢的熔合比才能获得合格的焊接接头，同时对现场焊接此类异种钢小径管有较高的指导作用。

参考文献

［1］《火力发电厂异种钢焊接技术规程》DL/T 752-001

［2］《火力发电厂焊接技术规程》DL/T869-2004

［3］《耐热钢焊接》水力电力出版社

［4］《金属熔焊原理及工艺》机械工业出版社

［5］第八届全国电站焊接学术讨论会论文集《SUS347HTB与12CrMoWVTiB异种钢焊接工艺的试验研究》辽宁省电力科学研究院王润臣等

［6］第八届全国电站焊接学术讨论会论文集《奥氏体／贝氏体异种钢接头运行早中期组织性能分析》湖北电力试验研究院  章亚林

备注：此篇论文被评为二类优秀论文并收入到《中国职工焊接技术协会2008焊接技术论文集》。