（本溪锅炉集团有限公司 工艺部，辽宁 本溪 117022）
摘要：对T型接头15CrMoG低合金耐热钢的补焊，应依据化学成分及它的碳当量综合分析15CrMoG钢的焊接裂纹敏感性。采用A302奥氏体钢焊条进行焊接，焊后不进行热处理。水压试验结果表明合格，从而证明所采用的焊接工艺可应用到实际生产中。
关键词：耐热钢；碳当量；补焊；焊接裂纹；焊接工艺
前言
我单位生产的SHL35-3.82/450-AⅡ型蒸汽锅炉，其过热器出口集箱为φ273×16材质15CrMoG（GB5310），管座φ89×7材质15CrMoG（GB5310），集箱与管座为T型全焊透接头，介质为过热蒸汽。按要求：手工电弧焊，选用R307焊条，焊前预热至150℃～200℃，焊后680℃～720℃回火。《蒸汽锅炉安全技术监察规程》第106条2款要求：工作压力大于或等于3.8MPa进行金相检验。经5.73MPa水压试验，由于首次出现水压试验漏水现象，特制定了返修焊接工艺，并进行了焊接工艺评定。
1 原因分析
15CrMoG在《蒸汽锅炉安全技术监察规程》附录Ⅰ母材钢号分类表中属于3类合金耐热钢，含有Cr，Mo的珠光体耐热钢具有明显的淬硬倾向，焊接时在焊缝和热影响区极易出现硬脆的马氏体组织，产生很大的内应力，导致焊接接头热影响区产生裂纹。如果焊接线能量过大，热影响区晶粒明显粗化，在焊接残余应力的作用下，焊缝热影响区的粗晶区还易出现再热裂纹。再者，在焊后热处理过程中也会有产生再热裂纹的可能。在实际焊接过程中发现：焊工“带水”作业即没有放掉集箱内的水就现场焊接。另外，还可以依据碳当量公式间接判断15CrMoG的焊接性。
C<sub>eq</sub>=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14 （1）
当C<sub>eq</sub>＜0.46%时，钢材的淬硬倾向不明显，其焊接性优良；当Ceq=0.46%～0.52%时，钢材的淬硬倾向逐渐明显；当Ceq＞0.52%时，钢材的淬硬倾强，属于较难焊接的材料。
将15CrMoG钢的化学成分（表1）代入（1）得： 52%
C<sub>eq</sub>=0.15+0.51/6+0.23/24+1.1/5+0.54/4=0.59% 0.59%＞0.52%
表1 15CrMoG的化学成分 %
材料牌号 |
C |
Mn |
Si |
Cr |
Mo |
S |
P |
15CrMoG |
0.15 |
0.51 |
0.23 |
1.1 |
0.54 |
0.016 |
0.017 |
可见，15CrMoG钢有很大的淬硬性，如果没有特殊的控制措施，很难避免焊接裂纹的出现，同时返修焊接时拘束度较大，容易出现比较大的拘束应力。因此，在焊接15CrMoG钢的时候应该采取适当的工艺措施和选择合适的焊接材料，才能避免焊接裂纹的出现。
2 确定返修焊接工艺
2.1 焊接材料的选用
通过分析15CrMoG的焊接性可知，在焊接15CrMoG钢的时候选择合适的焊接材料非常重要。由于补焊后不能再进行焊后热处理，加之补焊时焊接拘束度大，因此选用奥氏体焊条焊接，奥氏体焊条焊接珠光体耐热钢属于异种钢焊接。如果选用18-8型焊条可以防止裂纹的产生，但是焊缝区易产生脆硬的马氏体组织；如果选用25-20型焊条，焊缝易形成奥氏体组织，并且容易出现热裂纹。为避免上述问题的出现，最后选用了A302焊条进行焊接，A302焊条的化学成分见表2
表2焊条A302的化学成分 %
牌号 |
C |
Mn |
Si |
Cr |
Ni |
Mo |
Cu |
S |
P |
A302 |
0.066 |
1.040 |
0.630 |
23.940 |
12.620 |
0.430 |
0.170 |
0.009 |
0.027 |
2.2 技术措施
焊前不使用拉筋夹具组装，经150℃～200℃（夏季）预热，预热范围（宽度）大于壁厚的4倍（16×4=64）且不大于150mm，做好实际测量记录。由于该类钢的淬硬倾向大，且异种钢焊接时接头各区域金属热膨胀系数不同，如果焊接时冷却速度较大则容易形成马氏体组织，导致裂纹的产生。因此，焊前预热很重要。焊接过程中每一道不要焊太长，使被焊段在短时间内重复加热。连续焊并适当锤击消除应力（锤击力不要太大），直流反接短弧焊接。层间温度控制在300℃左右。
2.3 工艺要求
集箱的单边坡口为35o～45o，焊前将坡口内侧及两侧各50mm范围内的油污、水和铁锈等杂质清理干净。A302焊条须经200℃～250℃烘培并保温1～2小时，然后放保温筒内，随有随取。定位焊后立即清除熔渣，测量温度，符合层间温度要求后立即施焊，要始终保持层间温度不低于预热温度，焊后立即用石棉毡缠绕焊缝，保温时间不低于1小时。焊接工艺参数见表3
表 3 焊接工艺参数
焊层 |
焊接方法 |
焊材牌号
规格 |
焊接电流
I/A |
焊接电压
U/V |
焊接速度
mm/根 |
第1层 |
SMAW |
A302/φ3.2 |
100～110 |
22～24 |
50～60 |
其余层 |
SMAW |
A302/φ4.0 |
140～160 |
24～26 |
50～60 |
注：采用直流反接
2.4 焊接工艺评定
按JB4708-2000标准选用16mm/ 15CrMoG钢板做对接接头的焊接工艺评定。开60o坡口且按2.2和2.3要求进行施焊，焊接速度：120-150mm/根（2～3mm/s）。试件缓慢冷却后做100%RT(X射线JB/T4730-2005）检测合格（Ⅰ级），经理化检验结果如下：抗拉强度585/578MPa；面弯和背弯D=4a，180o，无裂纹和未熔合（合格）；冲击试验1.焊缝区为72/69/73 J，热影响区为65/68/59 J。
3 经验和结论
经过实际施焊操作，焊件及评定试件的外观质量均符合规定要求，焊件及评定试件经金相检验没有裂纹、疏松；没有过烧组织；没有马氏体组织。过热器出口集箱经过5.73MPa水压试验合格。这说明只要焊接材料选择得当，应用正确的焊接工艺，焊后不需要热处理，就可以得到满足性能要求的焊接接头。该焊接工艺评定符合《蒸汽锅炉安全技术监察规程》附录Ⅰ的要求，同时也符合JB4708—2000钢制压力容器焊接工艺评定的各项性能指标要求。在此笔者急切盼望JB4708—200×的早日出台，以使锅炉压力容器（压力管道）制造厂家的焊接工艺评定能够统一和有效。为保证锅炉压力容器制造质量发挥重要作用。
参考文献：
[1]李俊林，杨兴博，汪东明，王振春.锅炉用钢及其焊接.哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，1988.
[2] .北京：劳动部，蒸汽锅炉安全技术监察规程.
[3]JB4708--2000钢制压力容器焊接工艺评定，北京：国家机械工业局，国家石油和化工工业局，2000.
[4]李亚江，王娟，刘鹏.异种难焊材料的焊接及应用[M].北京：化学工业出版社，2004
[5]宋天虎.焊接手册--材料的焊接，北京：机械工业出版社，2001
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