CN103084718A - 10CrMo9-10钢的焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种10CrMo9-10钢的焊接方法，所述方法包括，步骤S1：将焊接坡口加工为X型坡口，用铣边机将待焊件进行铣削加工，坡口角度为70°，对所述坡口及其内外壁两侧25mm范围内进行清理，直至露出金属光泽；步骤S2：用混合气保护焊方式对待焊件进行定位层的焊接；步骤S3：用混合气保护焊方式对待焊件进行打底层的焊接；步骤S4：用双丝埋弧焊的方式对待焊件进行填充层和盖面层的焊接；步骤S5：将焊件进行回火消应力处理，回火温度为680～730℃。本发明方法下焊接的焊接接头具备与母材基本相同的高温持久强度、蠕变极限、物理性能、抗氢性、抗氧化性和抗脆断性，同时又能有效防止冷裂和具备较高的生产效率，大大提高了该钢材焊接工艺。
Description
技术领域
本发明涉及一种焊接方法，特别涉及一种应用于10CrMo9-10钢的焊接方法。
背景技术
随着热电站工业、化工行业的迅猛发展，应用于较高温度（350℃～600℃）的容器、管道需求也越来越大。传统的管道使用的材料如Q345B、L360MB等钢材，由于其没有足够的热强性（高温持久强度或蠕变强度）及足够的坑氧化性和耐腐蚀性，已经不能胜任热电站等使用温度较高的工程或部位。而在使用热强钢焊接生产时，多合金化的热强钢具有较大的冷裂倾向。为避免冷裂，传统的焊接多用焊条电弧焊、气体保护焊、单丝埋弧焊。这些焊接方式生产效率低。这样，对于需求量越来越大的热强钢而言，高生产率的多丝埋弧焊技术具有广阔的应用前景。
EN 10028-2 10CrMo9-10系欧洲标准的钢种，它通过加入Mo、Mn、Cr等元素实现固溶强化，提高了蠕变抗力和持久强度，同时提高了抗氧化性；通过加入V、Ti、Nb等元素，形成高温时稳定细小的碳化物，分布在晶粒的滑移面上，阻碍位错运动，实现高温强化；通过减少钢中的有害半生元素S、P，实现净化晶界，提高晶界强度；通过正火处理使晶粒均匀分布，适中的晶粒度，减少高温时的晶界面积。其化学成分和机械性能如下：
高温下0.2%屈服强度最低值
该种钢材添加了较多的Mo、Cr元素，显著提高的钢的淬硬性，降低了钢的临界冷却速度，冷裂倾向大，焊接时易产生冷裂纹；钢中的S、P含量控制得很低，热裂纹产生倾向小。现有技术中，钢种的焊接接头与母材的等强性（基本相等的高温持久强度和蠕变极限）、物理均匀性（与母材基本相同的物理性能）和热稳定性（与母材基本相同的抗氢性和抗氧化性）、抗脆断性（常温下做1.5倍工作压力的水压试验）有时难以保证，技术人员必须保证焊接质量、避免产生冷裂纹，同时还要保持较高的生产率。本领域的技术人员致力于提供一种焊接方法，使焊接接头具备与母材基本相同的高温持久强度和蠕变极限、物理性能、抗氢性和抗氧化性、抗脆断性，同时又能有效防止冷裂和具备较高的生产效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中10CrMo9-10型钢在焊接后焊缝和热影响区的高温持久强度和蠕变极限、物理性能、抗氢性和抗氧化性、抗脆断性与母材难以相近的不足，提供一种10CrMo9-10型钢的焊接方法，协助施工人员高质量地完成焊接作业。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
一种10CrMo9-10钢的焊接方法，其特点在于，所述方法包括，
步骤S1：将焊接坡口加工为X型坡口，用铣边机将待焊件进行铣削加工，坡口角度为70°，对所述坡口及其内外壁两侧25mm范围内进行清理，直至露出金属光泽；
步骤S2：用混合气保护焊方式对待焊件进行定位层的焊接；
步骤S3：用混合气保护焊方式对待焊件进行打底层的焊接；
步骤S4：用双丝埋弧焊的方式对待焊件进行填充层和盖面层的焊接；
步骤S5：将焊件进行回火消应力处理，回火温度为680～730℃，这样可消除焊接残余应力，降低焊缝及热影响区的硬度，同时改善焊接接头组织，提高综合力学性能、高温蠕变极限和组织的稳定性。
较佳地，在步骤S1中，确认坡口错边量≤1.5mm，焊接部位及其边缘25mm范围内无缺陷。
较佳地，在步骤S1中，待焊件的钝边厚度为3mm，外坡口的竖直高度为待焊件总厚度的二分之一。
较佳地，在步骤S2中，使用Ar、CO2混合气体进行保护焊焊接。
较佳地，在步骤S2中，焊接材料与正式施焊时相同，焊接电流比正常焊接时的电流大20～40A，焊缝长度大于55mm，焊缝宽度、厚度均匀。
较佳地，在步骤S2中，焊前进行预热，预热温度为200～240℃，预热宽度为焊件壁厚的4.5倍以上且不小于150mm。
较佳地，在步骤S3中，使用Ar、CO2混合气体进行保护焊焊接，焊前进行预热，预热温度为200～240℃，预热宽度大于150mm。
较佳地，在步骤S3中，焊丝选用ISO17634-A CrMo2Mn型号焊丝，直径1.2mm，混合气体比例为Ar:CO2=82%:18%，气体流量为17～22L/min，Ar纯度在99.95%以上；焊接电弧电压为24～28V，焊接电流为220～260A，焊接速度为24～28cm/min，打底焊层厚度控制在3.5～5mm范围内。
较佳地，在步骤S4中，焊前进行预热，预热温度为200～240℃，预热宽度为焊件壁厚的4.5倍以上且不小于150mm；层间温度控制为180～280℃；
较佳地，在步骤S4中，采用双丝埋弧自动焊焊接，前丝焊接电源为直流电源，反接形式，后丝为交流电源；焊丝选用ISO17634-A CrMo2Mn型号焊丝，直径为3.2mm，配合SJ101焊剂，焊接覆盖厚度为25～35mm；焊接电弧电压：前丝29～31V，后丝36～38V；焊接电流：前丝600～650A，后丝550～600A;焊接速度为120cm/min；每层填充金属厚度为5.0～6.0mm。
较佳地，导电嘴到焊接点之间的焊丝长度为：混合气保护焊为14～19mm，埋弧焊为22～26mm；焊丝伸出后前丝中心与后丝中心连线与坡口纵向平行，焊点间距为18～22mm。
较佳地，预热采用电加热片方式加热。
本发明中，上述优选条件在符合本领域常识的基础上可任意组合，即得本发明各较佳实施例。
本发明的积极进步效果在于：焊接接头具备与母材基本相同的高温持久强度和蠕变极限、物理性能、抗氢性和抗氧化性、抗脆断性，同时又能有效防止冷裂和具备较高的生产效率，大大提高了该钢材焊接工艺。
附图说明
图1为本发明的一个具体实施例下的两个待焊件平置待焊的位置示意图。
具体实施方式
本发明的实施例将参照附图进行说明。在说明书附图中，具有类似结构或功能的元件或装置将用相同的元件符号表示。附图只是为了便于说明本发明的各个实施例，并不是要对本发明进行穷尽性的说明，也不是对本发明的范围进行限制。
图1示出了本发明的一个具体实施例下的两个待焊件示意性位置。下面参考附图，介绍本发明所述的焊接方法，其包括以下步骤：
步骤110，技术人员将两个10CrMo9-10钢待焊件水平放置，将焊接坡口加工为X型坡口，用铣边机将待焊件进行铣削加工，坡口角度为70°（单边35°），对所述坡口及其内外壁两侧25mm范围内进行清理，直至露出金属光泽。在一个较佳实施例中，待焊件的钝边厚度为3mm，外坡口的竖直高度为钢板总体厚度的二分之一。在焊接前，确认坡口错边量≤1.5mm，焊接部位及其边缘25mm范围内无缺陷。本领域的技术人员可以理解，待焊件的具体焊接尺寸可以随着实际工况而做适当调整。
步骤120，使用Ar、CO2混合气体以保护焊方式进行定位焊的焊接。焊接材料与正式施焊时相同，焊接电流比正常焊接时的电流大20～40A，焊缝长度大于55mm，焊缝宽度、厚度均匀。焊前进行预热，预热采用电加热片方式加热，预热温度为200～240℃，预热宽度为焊件壁厚的4.5倍以上且不小于150mm。定位焊的焊接电源可以为时代NBC-500。本领域的技术人员可以理解，混合气体保护焊也可以使用别的合适的气体进行焊接。
步骤130，使用Ar、CO2混合气体以保护焊方式进行打底层10的焊接。进行保护焊焊接前进行预热，预热采用电加热片方式加热，预热温度为200～240℃，预热宽度大于150mm。在一个较佳实施例中，焊丝选用ISO17634-ACrMo2Mn型号焊丝，直径1.2mm，混合气体比例为Ar:CO2=82%:18%，气体流量为17～22L/min，Ar纯度在99.95%以上；焊接电弧电压为24～28V，焊接电流为220～260A，焊接速度为24～28cm/min，打底焊层厚度控制在3.5～5mm范围内。
步骤140，用双丝埋弧焊的方式对待焊件进行填充层20和盖面层30的焊接。焊前进行预热，预热温度为200～240℃，预热宽度为焊件壁厚的4.5倍以上且不小于150mm；层间温度控制为180～280℃；在一个较佳实施例中，前丝焊接电源为直流电源，反接形式，后丝为交流电源；焊丝选用ISO17634-A CrMo2Mn型号焊丝，直径为3.2mm，配合SJ101焊剂，焊接覆盖厚度为25～35mm；焊接电弧电压：前丝29～31V，后丝36～38V；焊接电流：前丝600～650A，后丝550～600A;焊接速度为120cm/min；每层填充金属厚度为5.0～6.0mm。前丝的焊接电源可以为林肯DC-1500型号，后丝的焊接电源可以为林肯AC-1200型号。
焊件焊后进行回火，温度680～730℃，可消除焊接残余应力，降低焊缝及热影响区的硬度，同时改善焊接接头组织，提高综合力学性能、高温蠕变极限和组织的稳定性。
本领域的技术人员可以理解，具体预热方式不限，只要能够达到预热要求均可适用。在一个较佳实施例中，导电嘴到焊接点之间的焊丝长度为：混合气保护焊为14～19mm，埋弧焊为22～26mm；焊丝伸出后前丝中心与后丝中心连线与坡口纵向平行，焊点间距为18～22mm。
本发明采用适中的热输入和多层多道焊，设定气体流量和焊接速度；采用较快的焊接速度，减少热影响区的高温停留时间，避免钢材高温奥氏体的过热区过大，晶粒成长过于粗大，良好控制焊缝及热影响区的性能，通过焊后进行回火处理，可消除焊接残余应力，降低焊缝及热影响区的硬度，同时改善焊接接头组织，提高综合力学性能、高温蠕变极限和组织的稳定性。使其与母材的基本等强、相近的物理性、热稳定性、抗脆断性。其中焊接层数随母材厚度的变化而变化。
本领域的技术人员可以理解，本技术方案可以不仅使用在10CrMo9-10钢的埋弧焊焊接作业上，同样可以适用于其它特殊钢种的焊接作业。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (12)
1.一种10CrMo9-10钢的焊接方法，其特征在于，所述方法包括，
步骤S1：将焊接坡口加工为X型坡口，用铣边机将待焊件进行铣削加工，坡口角度为70°，对所述坡口及其内外壁两侧25mm范围内进行清理，直至露出金属光泽；
步骤S2：用混合气保护焊方式对待焊件进行定位层的焊接；
步骤S3：用混合气保护焊方式对待焊件进行打底层的焊接；
步骤S4：用双丝埋弧焊的方式对待焊件进行填充层和盖面层的焊接；
步骤S5：将焊件进行回火消应力处理，回火温度为680～730℃。
2.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于：在步骤S1中，确认坡口错边量≤1.5mm，焊接部位及其边缘25mm范围内无缺陷。
3.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于：在步骤S1中，待焊件的钝边厚度为3mm，外坡口的竖直高度为待焊件总厚度的二分之一。
4.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于：在步骤S2中，使用Ar、CO2混合气体进行保护焊焊接。
5.如权利要求4所述的焊接方法，其特征在于：在步骤S2中，焊接材料与正式施焊时相同，焊接电流比正常焊接时的电流大20～40A，焊缝长度大于55mm，焊缝宽度、厚度均匀。
6.如权利要求5所述的焊接方法，其特征在于：在步骤S2中，焊前进行预热，预热温度为200～240℃，预热宽度为焊件壁厚的4.5倍以上且不小于150mm。
7.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于：在步骤S3中，使用Ar、CO2混合气体进行保护焊焊接，焊前进行预热，预热温度为200～240℃，预热宽度大于150mm。
8.如权利要求7所述的焊接方法，其特征在于：在步骤S3中，焊丝选用ISO17634-A CrMo2Mn型号焊丝，直径1.2mm，混合气体比例为 Ar:CO2=82%:18%，气体流量为17～22L/min，Ar纯度在99.95%以上；焊接电弧电压为24～28V，焊接电流为220～260A，焊接速度为24～28cm/min，打底焊层厚度控制在3.5～5mm范围内。
9.如权利要求1所述的焊接方法，其特征在于：在步骤S4中，焊前进行预热，预热温度为200～240℃，预热宽度为焊件壁厚的4.5倍以上且不小于150mm；层间温度控制为180～280℃。
10.如权利要求9所述的焊接方法，其特征在于：在步骤S4中，采用双丝埋弧自动焊焊接，前丝焊接电源为直流电源，反接形式，后丝为交流电源；焊丝选用ISO17634-A CrMo2Mn型号焊丝，直径为3.2mm，配合SJ101焊剂，焊接覆盖厚度为25～35mm；焊接电弧电压：前丝29～31V，后丝36～38V；焊接电流：前丝600～650A，后丝550～600A;焊接速度为120cm/min；每层填充金属厚度为5.0～6.0mm。
11.如权利要求1至10任一项所述的焊接方法，其特征在于：导电嘴到焊接点之间的焊丝长度为：混合气保护焊为14～19mm，埋弧焊为22～26mm；焊丝伸出后前丝中心与后丝中心连线与坡口纵向平行，焊点间距为18～22mm。
12.如权利要求6或9所述的焊接方法，其特征在于：预热采用电加热片方式加热。
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