珠光体耐热钢分汽缸的焊接工艺

石秋红 ，黄孙民，张 琳

(1.广西工业职业技术学院，广西 南宁 530003；2.广西建工集团第一安装有限公司，广西南宁 530003)

0 前言

广西某建设工程中的分汽缸采用12Cr1MoVR珠光体耐热钢材料，筒体直径φ600mm，长度5230mm，重约3 370 kg，工作介质为过热蒸汽。分汽缸也叫分汽包，它是蒸汽锅炉的主要配套设备，广泛用于发电、石油化工、钢铁、水泥、建筑等行业。其作用是把锅炉运行时所产生的蒸汽分配到各路管道中去，并起到储蓄、分配用汽，缓冲、调整汽压，节省能源，向用汽点供汽，汽水分离及多台锅炉蒸汽并用的作用[1]。它是供热系统中不可或缺的、安全技术要求高的压力容器，也是重要的特种建筑设备。因此，对蒸汽分汽缸的设计、制造、质量检验等环节必须要有足够的安全意识，正确合理的焊接生产工艺对保证分汽缸的质量起着至关重要的作用[2]。

1 分汽缸的设备参数

分汽缸工作温度485℃，在高温时为具有较好的高温强度和抗氧化能力，选择的筒体及接管材质均为12Cr1MoVR珠光体耐热钢。其设备参数如表1所示。

表1 分汽缸的设备参数Tab.1 Equipment parameters of gas-distributing cylinder

2 12Cr1MoVR珠光体耐热钢的焊接性分析

珠光体耐热钢是以Cr、Mo为基的合金钢，广泛用于制造工作温度350℃～600℃的蒸汽动力发电设备。12Cr1MoVR珠光体耐热钢的化学成分和常温力学性能如表2、表3所示。

表2 12Cr1MoVR化学成分Tab.2 Chemical Composition of 12Cr1MoVR %

表3 12Cr1MoVR常温力学性能Tab.3 Mechanical properties at rom temperature of 12Cr1MoVR

12Cr1MoVR珠光体耐热钢的含碳量很低，而且严格控制硫、磷等杂质，总体上来说焊接性较好。

2.1 淬硬倾向

12Cr1MoVR钢中由于Cr、Mo、V等元素使过冷奥氏体的稳定性提高，因而焊接时热影响区有一定的淬硬倾向，淬硬倾向取决于它的含碳量、合金的成分及含量。在焊接时，如果冷却速度较大，焊后焊缝及热影响区易形成淬硬组织，硬度增高，从而增大焊接接头的脆性，有较大拘束应力时会导致裂纹产生。因此应严格控制焊材化学成分，采取焊前预热、焊后缓冷、减小热影响区宽度等方法来降低焊接淬硬性[3]。

2.2 软化区

珠光体耐热钢焊接接头的组织和性能不均匀，在峰值温度为Ac1的部位出现硬度最低的“软化区”。钢中合金元素越多，焊接时冷速越低，软化区的强度损失越大。为控制软化，应尽量缩短在Ac1温度附近停留的时间，选用预热温度低，焊接线能量较小的焊接方法比较有利。

3 焊接方法和焊接材料的选用

（1）珠光体耐热钢的焊接可选用焊条电弧焊、CO2气体保护焊和埋弧焊等。由于此分汽缸直径为φ600 mm，所以选用焊条电弧焊打底，CO2气体保护焊填充及盖面较为合适。且用CO2气体保护焊焊接时，焊丝中的Cr、Mo、V基本不烧损，而烧损较严重的Si、Mn可通过选用Si、Mn含量高于母材的焊丝来解决。

（2）焊接珠光体耐热钢选用焊接材料的原则是保证焊缝和母材耐热性能[4]。为此要求焊缝的化学成分与母材基本相同。为了降低焊缝的热裂纹敏感性，其含碳量应低于母材，但为了保证热强性，含碳量应大于0.07%[4]。

根据上述原则，分汽缸的焊接焊材选用如下：焊条电弧焊焊条牌号R317，型号E5515，规格φ3.2mm和φ4.0mm。CO2气体保护焊焊丝牌号为GMR-1CM，型号为ER80S-G，规格φ1.2 mm。

4 焊接工艺参数

4.1 焊前准备

在耐热钢焊缝金属中，扩散氢含量增加容易产生冷裂纹。而低氢型焊条容易吸潮，因此要求焊条在焊前彻底烘干，选用E5515型焊条在350℃温度下烘干1 h[5]。

焊前清理要求坡口表面不得有裂纹、分层、夹渣等缺陷。坡口表面两侧20～30mm范围内不得有氧化物、油、水等有害杂质。

4.2 焊接工艺参数

分汽缸筒体厚度为30 mm，采用多层焊。定位焊缝长10 mm，间距50 mm，焊接电流比正常电流高10%～15%，焊材牌号与焊缝要求相同，焊后清渣干净。每层（道）焊后清渣干净再焊下一层（道），背面清根后应检查无缺陷方可焊接。工艺参数如表4所示。

接管与筒体焊缝的焊接采用CO2气体保护焊，焊接工艺参数与筒体的工艺参数相同。

4.3 焊后热处理

为了消除残余应力，改善接头组织，提高焊接接头的综合力学性能，对分汽缸进行焊后整体退火处理，将分汽缸整体加热至675℃±14℃，保温24 h后炉内缓冷。

5 结论

通过分析分汽缸筒体材质12Cr1MoVR珠光体耐热钢焊接性，结合分汽缸使用要求，按照上述焊接工艺参数和工艺措施生产的分汽缸经射线无损检测及水压试验，质量符合标准，现已投入运行，设备使用状况良好。

表4 筒体对接焊缝的焊接工艺参数Tab.4 Process parameters of shell/barrel butt weld

[1]李炳强.工业锅炉蒸汽分汽缸优化设计[J].广东科技，2009

（4）：261-262.

[2]徐 宁.钢制蒸汽分汽缸的设计[J].工程建设与设计，2003（8）：28-29.

[3]符 治.12Cr1MoVR珠光体耐热钢的焊接[A].陕西省焊接学术会议论文集[C].??：1994，225-228.

[4]张 莉，高启贵.珠光体耐热钢的焊接[J].化工设备与管道，2007（4）：59-61.

[5]康志宏.珠光体耐热钢的焊接工艺[J].电焊机，2001，31（11）：43-45.