低合金耐热钢的焊接工艺

低合金耐热钢在焊接中出现的主要问题是焊缝及热影响区容易产生淬硬组织、冷裂纹敏感性和热影响区的软化等问题，为了保证焊接质量，可以采用预热、保温、焊后热处理、缓冷等工艺措施实现焊接，有效的缓解这些问题的产生。

热焊法;冷焊法;减应区法

引言

耐热钢是指钢再高温条件能够保持热稳定性和热强性的钢材。热稳定性是指钢材在高温条件下能保持化学稳定性（耐腐蚀、不氧化）。热强性是指钢材在高温条件下具有足够的强度。耐热钢的耐热性能主要通过加入铬、钼、钒、钛、铌等合金元素来保证，因此在焊接材料的选择上应根据母材的合金元素含量来确定。低合金耐热钢广泛用于石油石化工业中的高温管线、反应塔、热电站的锅炉、喷气式发动机等装置，企业在生产制造中经常采用的多为珠光体耐热钢，如15CrMo，1Cr5Mo等。

一、低合金耐热钢的焊接性

低合金耐热钢在焊接中出现的问题与低碳调质钢相似，主要问题是焊缝及热影响区在焊接快速冷却过程中容易产生淬硬组织导致冷裂纹敏感性增大，还会产生热影响区的软化，大多数低合金耐热钢，因含有Cr、Mo、V、Nb和Ti等强碳化物形成元素，从而使接头的过热区具有不同程度的再热裂纹倾向及明显的回火脆性。

（一）热影响区裂纹

低合金耐热钢中的Cr和Mo两种元素都能明显增加钢的淬硬性，在焊后冷却阶段，它们增大了过冷奥氏体的稳定性。如果焊接线能量过小，就容易出现淬硬组织。而且含铬量越高，冷却速度越大，接头的最高硬度也会越大，这些脆硬组织增加了接头的冷裂纹倾向。

（二）热影响区的软化

低合金耐热钢焊接接头热影响区有软化现象，软化区的金相组织是铁素体和部分碳化物，硬度明显下降。软化程度与母材焊前的组织状态、焊接冷却速度和焊后热处理有关。母材合金化程度越高，母材硬度越高，焊后软化程度越严重。焊后高温回火不但不能使软化区的硬度恢复，甚至还会稍有降低，采用正火+回火的方法可以减小软化现象。

（三）回火脆性

低合金耐热钢及焊接接头在370℃～565℃温度区间长期服役过程中会发生渐进的脆变现象称为回火脆性，回火脆性的原因是这个温度范围内长期受热后，合金内的杂质元素P、As、Sn、Sb等在奧氏体晶界偏析而引起的晶界脆化。此外，钢中的Mn、Si也会加剧回火脆化。因此对于基体金属来说，通过严格控制有害杂质元素的含量，同时降低Mn、Si含量，对减小回火脆性有一定的效果。

二、低合金耐热钢焊接工艺

（一）焊接方法

低合金耐热钢由于含金含量不高，大部分焊接方法都可用，常采用的熔焊方法有焊条电弧焊、埋弧焊、钨极氢弧焊、熔化极气体保护焊和电渣焊。但常以焊条电弧焊为主，埋弧焊和气体保护焊的应用也越来越多。

（二）焊前准备

厚板需要焊前开坡口，坡口加工可以采用火焰或者等离子进行切割，有时切割前也需要预热，通常选用V型坡口，坡口角度为60°，将坡口及内处两侧打磨干净，去除油污、铁锈及水份等污物（去氢、防止气孔），如果坡口上有裂纹，还要把裂纹去除掉。组对时，不能强制组对，因为强制组队，会产生内应力，特别在厚板焊接时，要尽量避免妨碍焊缝自由收缩的拉筋、夹具和卡具等工具的使用。

（三）焊接材料的选择

选则焊接材料的基本依据是保证焊缝金属的合金成分、强度性能与母材相应指标相近或者应达到产品技术条件提出的最低性能指标。焊缝强度不能选得过高，如果焊缝金属强度过高，焊缝塑性就会变差，冷裂纹倾向增大。为了提高焊缝金属的抗热裂能力，焊接材料中碳的质量分数应略低于母材，其ωC<0.12%，但不得低于0.07%，否则会造成焊缝金属的冲击韧度、热强性等性能降低。焊接材料中的氢元素是极为有害的成分，要尽量降低焊接材料中的氢含量，所以选用低氢型碱性焊条，焊条或者焊剂用前烘干，随用随取，焊条放在保温桶中随用随取，如果在保温桶内超过4个小时，应重新烘干，烘干次数不得超过三次。如果焊件焊无法进行热处理，也可选用奥氏体不锈钢焊条，如A307焊条。

（四）预热和焊后热处理

预热是焊接低合金耐热钢时防止焊接冷裂纹和消除应力的重要工艺措施，为了确保焊接质量，不论是点固焊或焊接过程中，都需要预热，并让温度变化在一定范围。低合金耐热钢预热温度范围一般为80℃～150 ℃ ，预热温度的高低根据钢材的化学成分、接头拘束度和焊缝金属中扩散氢含量来确定。焊后热处理的目的在于改善焊缝金属及其热影响区的组织，使淬火马氏体转变成回火马氏体，降低接头区的硬度，提高其韧性、变形能力和高温持久强度并消除内应力。焊后热处理的方式有：完全退火、正火、高温回火和回火+等温退火等。如果焊缝合金成分含量较低、板材厚度不大、采用了低氢低碳焊接材料时，焊后可不进行热处理。

但必须采取焊后缓冷措施，即使炎热的夏季也要进行缓冷，一般是在焊后立即用石棉布覆盖焊缝及近缝区，尺寸小的焊件可包裹在石棉布中缓冷。

三、焊接注意事项

焊接低合金耐热钢时要采取预热，焊后缓冷等措施，但预热温度并不是越高越好，要按照焊接工艺要求去做;厚板宜需要采用多层焊，层间温度不低于预热温度，焊接时每道焊缝尽量连续施焊，不要中断。如确需中断焊接，应采取热保温缓冷措施，再次施焊之前还需进行预热;焊接过程中应注意填满弧坑、打磨接头、去除弧坑裂纹。电流越大、弧坑越深，因此应选择合适的焊接参数、焊接线能量;各工种要密切配合，避免因下道工序衔接不上而影响整条焊缝质量;同时注意天气，当环境温度低时，可适当提高预热温度，防止温度下降太快。

四、小结

预热、保温、焊后热处理等工艺是低合金耐热钢的必要工艺措施，三者同等重要，不可偏废。其中一个环节欠缺，就会导致焊接质量达不到要求。焊接时要严格执行焊接工艺，通过在施工过程中严格执行预热、保温、焊后热处理等工艺措施，合理安排工序，就能保证焊接质量和技术要求。

参考文献

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[2]孟群.低合金耐热钢用焊接材料[N].世界金属导报，2018-01-02（B10）.

[3]李玉萍.低合金珠光体耐热钢20CrMo的焊接[J].机械设计与制造，2009（05）：123-124.

作者简介：刘子建（1972-），男，辽宁工程职业学院教师，副教授，硕士研究生。