低合金耐热钢打底工艺

刘先军 杨涛 韩俊

摘要：分析了低合金耐热钢管采用手工钨极氩弧焊打底时易出现的焊接缺陷，并提出了相应的解决方法。

关键词：低合金耐热钢管;手工钨极氩弧焊;打底焊工艺

随着焊接技术的不断发展，手工钨极氩弧焊以其焊接质量可靠、电弧热量集中、焊接热影响区窄、表面成形美观等优点，得到了越来越广泛的应用。在高压管线的打底焊大量采用手工钨极氩弧焊，取得了很好的效果。现以Φ60×6mm12CrMo钢管水平固定对接焊为例，分析其焊接性及使用钨极氩弧焊时可能出现的缺陷。

1 12CrMoV的焊接性分析

12CrMoV是一种低合金耐热钢，含碳量约为0.12%，含Cr、Mo约为1.5%。该钢种含碳量较低，但其含有的Cr、Mo都会提高钢材的淬硬性，特别是在焊接快速冷卻的条件下具有较大的淬硬倾向，易产生冷裂纹，焊前要预热，焊后需保温缓冷，并热处理。

12CrMoV含有一定的合金元素，如果采用焊条电弧焊，焊条药皮产生的熔渣和气体对高温金属保护作用并不是很好，合金元素易氧化，焊缝中易产生气孔、夹渣等缺陷，焊缝一次合格率不高。而在各种常用的焊接方法中，钨极氩弧焊的焊缝质量为最好，为提高合格率，宜采用手工钨极氩弧焊。

2 手工钨极氩弧焊中易出现的焊接缺陷

2.1 裂纹

如果焊丝选择不当，焊接时高温停留时间过长，焊缝中晶粒长得过大，母材中S、P等杂质较多，在焊接应力的作用下，就很容易产生裂纹，裂纹一般产生在起弧处。

2.2 气孔

气孔是手工钨极氩弧焊中最常见的缺陷。尤其是管道打底焊时更为明显，气孔主要产生在焊缝上部至表面，呈点状或蜂窝状。一般焊缝中常见的气孔有氢气孔、一氧化碳气孔和氮气孔。而钨极氩弧焊中常见的是氮气孔，这主要是因为工艺参数选择不当、焊工操作不熟练，导致氩气没有对高温金属产生全面、彻底的保护，而使空气中的氮气大量溶入液态金属，在熔池凝固过程中未及时溢出而形成的。

2.3 未焊透

钨极氩弧焊时，如果电流过小、焊工技术水平不高、焊接速度过快、电弧过长、电弧偏吹;或根部间隙过小，钝边过大、坡口角度过小、错边严重都有可能造成未焊透。

2.4 焊缝尺寸超标

对于手工钨极氩弧焊打底焊，焊缝尺寸不符合要求主要是焊道高低不平、宽窄不一、成型不良，焊缝背面下凹或过度上凸，这样会使焊缝强度不够，应力过于集中。

3 防止焊接缺陷产生的方法

3.1 防止焊接裂纹产生的方法

选择含S、P低的焊丝;采用软规范，以较小的焊接电流配合较快的焊接速度，尽可能地缩短高温停留时间，这样不但可以减小晶粒长大倾向，而且对防止气孔产生也是有效的。合理地选择坡口尺寸，减小母材的熔化量，即控制熔合比，减少母材中S、P等杂质熔入焊缝;严格焊前清理，不但要清理坡口表面，而且管子内外表面也要彻底清理干净，条件允许时最好采用化学清理法;采用正确的收弧方法，填满弧坑，最好使用带电流装置衰减的焊机，减少弧坑裂纹;采用合理的焊接顺序，减小焊接应力。

3.2防止气孔产生的方法

严格清理焊件及焊丝，尤其注意管道内部靠近焊道的端头部分的清理，附近20mm的氧化膜彻底清理，最后采用丙酮清洗表面。提高焊工操作水平，防止焊丝触碰钨极或送丝不到位。认真修磨钨极;发现熔池冒泡或电弧气氛呈蓝色时，即已有气孔产生，应立即停焊，用角向磨光机彻底清除后重新施焊;焊缝尽量一次完成，减少重复加热和补焊次数，焊缝接头部位用磨光机打磨干净;保持合适的焊接速度，保证焊件、焊枪和焊丝三者之间的正确位置和角度，提高氩气的保护效果，防止空气中的氮气侵入熔池。

3.3 防止未焊透产生的方法

提高焊工操作的熟练程度;选择合理的焊接参数;合理设计坡口型式，利于电弧深入根部;提高组对精度，减少错边量。

3.4 防止焊缝尺寸超标的方法

选择合理的焊接工艺参数，提高技术水平，送丝及时到位，焊枪移动均匀一致，注意观察熔池情况。如果可能尽量采用转动焊。严格控制焊件组对质量和对缝间隙，钝边厚度应适当。

4 12CrMoV的焊接工艺

4.1 焊丝选择

根据焊缝化学与母材相似的原则，选用含S、P较低的H08CrMoA焊丝，直径2.5mm。

4.2坡口尺寸（见表1）

4.3 焊前清理

用角向磨光机将坡口面及坡口两侧打磨至露出金属光泽，用圆锉、砂布清理管道内壁锈蚀及毛刺，最后用丙酮清洗坡口表面及焊丝。

4.4 焊接规范（见表2）

焊前预热到250-350℃，点固3-4点。

4.5 操作方法

在仰焊位置6点以前的5-8mm处引弧。焊接中，由于管子处于水平固定位置，随着焊接位置的变化，焊工的身体也要随着变化，为保持平衡，仰焊时可用手指抵撑着在管子上;采用“2”点法焊接，控制弧长2-3mm，对坡口根部两侧同时加热，捻动焊丝，使焊丝端部始终处于氩气的保护范围内，边熔化边送丝，焊丝不要直接插入熔池，要位于熔池前方，焊丝端部应呈圆形，送丝动作干净利索，控制坡口两侧熔透均匀，以保证管内壁成形均匀;前半圈快将焊到平焊位置时，将弧坑填满，在11点位置收弧，以利后半圈的焊接;在焊接后半圈前先将接头处打磨出斜面并露出金属光泽，然后从仰焊位置起头焊至接头处结束。收弧时在熄弧前向熔池边送两滴铁水，将熔池移至坡口一侧收弧。熄弧后用喷嘴罩住熔池，待焊缝完全冷却变暗后再移开。每半圈一次焊成，中间不停顿，如中途停顿，再次起焊前将端头打磨出斜面并使焊缝重叠5-7mm。焊后及时用石棉包裹缓冷，并加热到600-650℃，保温1-2小时，消除焊接应力，防止冷裂纹产生。

5 结论

采用上述工艺焊接管道后，焊接质量大大提高，在焊后进行的X射线探伤，一次合格率达98%。

参考文献

1.《焊接手册》（第二卷）  机械工业学会焊接分会编，机械工业出版社，2008