14Cr1Mo耐热钢焊接工艺研究

相恒成

摘 要：通过对14Cr1Mo耐热钢材料成分及焊接性分析，依据进行相关焊接工艺评定试验，指导完成了14Cr1Mo耐热钢材料的焊接工艺编制，成功地应用于实际生产。

关键词：14Cr1Mo;工艺评定;推广应用

1  前言

14Cr1Mo耐热钢材料适用于石油化工、核电、汽轮机缸体、火电等高温高压、与氢或氢混合介质接触的大型设备，应用范围十分广泛。材料属于珠光体耐热钢，具有以下特点：合金元素多元化，强度指标高、冲击韧性要求高，抗氧化、抗氢、抗硫腐蚀，但同时焊接性较差，具有一定程度的淬硬性以及氢致裂纹和再热裂纹倾向。针对这一情况，参考相关设计院的技术要求，并结合多年的生产经验，对其展开了工艺研究工作。

2  14Cr1Mo钢母材成分及焊接性分析

2.1 母材成分

14Cr1MoR钢板按 GB 713-2014《锅炉和压力容器用钢板》验收[1]，钢板热处理状态为正火+不低于650℃回火，金相组织为铁素体+珠光体+回火贝氏体。14Cr1MoR钢的化学成分见表1。

2.2 焊接性分析

根据国际焊接学会碳当量计算公式计算14Cr1MoR的碳当量w（C）eq= C+Mn/6+（Cr十Mo+V）/5+（Cr+Ni）/15（%）=0.620%>0.6，焊接性较差，属难焊材料，需采用较高的预热温度和严格的工艺方法。钢中的C、Mn、Nb等元素使钢材强化，焊接时易淬硬，这些硬化组织很敏感，使焊接接头具有较大的冷裂倾向 [2]。

3  焊接材料選择

14Cr1Mo钢属于低合金高强钢，焊材选择应根据钢材力学性能和化学成分选择与母材匹配的焊缝金属并要求焊缝强度不低于或略高于母材标准抗拉强度的下限值，同时还要考虑产品的使用条件、产品结构、板材厚度和热处理等因素 [3]。

根据实际生产情况，焊接重点选择埋弧焊。焊接材料选定为欧洲奥钢联伯乐公司焊材，埋弧焊焊丝选择T Union SA Cr1Mo SC，与之配合的焊剂选择UV 420 TTR。

4  14Cr1Mo钢典型工艺评定

4.1 评定前准备

依据NB/T 47014-2011《承压设备焊接工艺评定》和相关技术要求，进行埋弧焊工艺评定，评定编号：PQR501-1。采用厚度为68 mm的14Cr1MoR钢板作为焊接工艺评定试板，选择埋弧焊U形坡口。

4.2 埋弧焊主要工艺参数见表2

4.3 焊接时采取主要工艺措施

焊接前预热200℃～250℃，焊接过程中保持层间温度200℃～250℃，焊后立即消氢处理：300℃～350℃保温3小时，缓冷。试板切割分成M板和N板，M板经min.PWHT 695℃ 保温6hr，N板经max.PWHT 695℃ 保温22hr，升降温速度55℃～75℃/h。

4.4 检验及评定结果

无损检测、热处理后在合格部位取样，按NB/T 47014-2011《承压设备焊接工艺评定》和相关标准进行常温拉伸、高温屈服、-20℃夏比V型缺口冲击三项力学性能试验以及弯曲性能试验和硬度试验。埋弧焊M板和N板的具体试验结果见表3、表4。

检验结果表明，焊接接头的性能均能达到14Cr1Mo钢母材保证值和相关图纸文件的技术要求，评定合格。

5  14Cr1Mo钢焊接工艺应用

我公司为山东方宇润滑油有限公司制造的二段热高压分离器，设备筒体材质为14Cr1Mo Ⅳ，封头材质为14Cr1MoR，筒体内径为2600mm，厚度为200 mm。

设备主体焊缝主要是环向B类接头及筒体与封头间环向A类接头，坡口形式为窄间隙型，采用埋弧焊焊接，焊丝选择T Union SA Cr1Mo SC，焊剂选择UV 420 TTR。焊后24h后进行100%RT检测，按NB/T47013-2015不低于II级合格;焊后24h后、热处理后和水压试验后分别进行100%UT检测+100%MT检测，按NB/T47013-2015，I级合格。以上接头经无损检测后一次合格率达到95%以上，成功地指导了生产。

6  结论

通过对14Cr1Mo耐热钢埋弧焊工艺评定试验得到的数据，编制了合理的压力容器焊接工艺，在生产实践中成功指导了产品的焊接，获得了优良的焊接接头质量，为今后同类产品焊接生产奠定了基础，具有非常大地推广应用价值。

参考文献：

[1] GB713-2014.锅炉和压力容器用钢板.中国标准出版社.2014

[2] 中国机械工程学会焊接学会.焊接手册.第31卷.北京：机械工业出版社，2008

[3]张文钺.熔焊原理. 北京：机械工业出版社，1999