12Gr1MoV钢焊接裂纹产生原因及预防

摘要：12gr1mov钢作为一种低合金耐热钢广泛应用于石油化工及电厂（站）中，此种刚含合金元素较多，焊接工艺要求较高，焊接时易产生裂纹，如何预防焊接裂纹，成为工程施工关键环节，本文综合工作实际，主要从12Gr1MoV钢的化学组成，力学性能，材料焊接性，加以分析原因并提出防治措施。

关键词：12Gr1MoV；焊接裂纹；产生原因；预防

中图分类号：C35文献标识码： A

1 引言

随着石油化工行业的迅猛发展，对电站锅炉用钢的要求也日益提高，12Gr1MoV钢作为一种较好的低合金耐热钢，被广泛应用于壁温≤580℃的过热器管子及壁温≤580℃蒸汽管道当中。该部分管线处于高温高压运行状态，对焊接接头的质量提出了更高的要求，焊缝质量的优劣，直接关系到锅炉投产后的使用寿命和安全可靠性。本文主要对如何避免12Gr1MoV钢焊接裂纹，谈一下自己的看法。

2 12cr1mov钢的化学成分及力学性能

表一、12cr1mov钢的化学成分

12Gr1MoV钢比普通的碳素钢增加了Cr、Mo、V合金化学元素，使其综合机械性能比普通碳素钢有较大提高，合金元素Cr能提高钢抗氧化能力和热强性；Mo可提高钢及焊缝的再结晶温度和热强性；V可以阻止钢在高温下长期使用时向碳化物中扩散，从而提高钢组织的稳定性和热强性。

12Gr1MoV钢具有较好的稳定性和热强性，具有较好的力学性能，所以在锅炉用钢种得到了广泛的应用。

3 12Gr1MoV钢的可焊性分析

决定钢材强度和可焊性的主要因素是含碳量，合金钢(主要是低合金钢)除碳以外各种合金元素对钢材的强度与可焊性也起着重要的作用，为便于表述这些合金元素对材料的强度性能和焊接性能作用，通过大量试验数据的统计分析研究，通常以碳当量（CE）表示。所谓碳当量就是将钢中各种合金元素折算成碳的含量，以碳当量来间接的评定钢材焊接性的好坏。一般情况下根据钢材碳当量的大小，对钢材的焊接性可作如下判定：

CE≤0.4焊接性良好，焊接前一般不预热

CE=0.4-0.6焊接性较好，焊接前一般预热

CE≥0.6 焊接性差，焊接前要预热

12Gr1MoV钢的碳当量（CE）

CE=C+Mn/6+ (Cr+ mo+ V)/5+(Ni+Cu)/15

=0.4-0.6

由此可得，12Gr1MoV钢的焊接性较好，焊接前一般需要预热。

4 12Gr1MoV钢焊接易产生的裂纹种类及原因

由于12Gr1MoV钢含Cr使焊接接头具有较好的抗氧化性，但增加了焊接的回火脆性；Mo 、V的存在提高了焊缝的淬硬倾向，致使焊接时易产生如下的焊接裂纹：

4.1冷裂纹

12Cr1MoV钢焊接时在焊缝和热影响区，容易产生硬而脆的马氏体组织，而且内应力很大，容易使焊缝的热影响区产生冷裂纹。此外在一般情况下，焊缝含碳量比母材低，因此母材热影响区中奥氏体尚未转变时，焊缝中的奥氏体转变却已开始，这时如果熔池里含有较多的H，在奥氏体发生组织转变时，氢的溶解度突然降低，焊缝中的H便向近缝区尚未转变的奥氏体中扩散，待近缝区奥氏体转变为马氏体时，温度已很低，氢已无法向外逸出，只能在马氏体中呈饱和状态存在，因而会产生很大的氢致应力、使马氏体脆化，再加上其它应力（热应力、相变应力和拘束应力），更加速了近缝区产生冷裂纹的倾向

4.2再热裂纹

12Cr1MoV钢中常加入的Cr、Mo、V、等合金元素均是碳化物形成元素，对再热裂纹敏感性较大，焊接时，在热影响区的粗晶区内，由这些元素形成的碳化物固溶到金属中。焊后，由于冷却速度比较大，不能充分析出，当接头再次受到高温加热时，这些元素重新形成沉淀相在晶内弥散析出，在晶内得到强化，因而易在相对薄弱的晶界产生再热裂纹。

5．预防12Gr1MoV钢焊接裂纹的工艺措施

5.1合理选择焊接方法

施工过程中大量管道焊接工作在现场完成，常用的方法有钨极氩弧焊、手工电弧焊、氩电联焊，目前对小径薄壁管采用全氩弧焊，对壁厚较大和大径管道采用钨极氩弧焊打底和电弧焊填充盖面联合施焊法或手工电弧焊。

5.2焊接材料的选用

焊接材料的选用原则是：等成分原则，使焊缝的化学成分尽量与母材相近，以保证焊接接头具有与母材相同的性能，为了防止焊缝产生裂纹，要求焊缝的含碳量适当低于母材，但其质量分数不宜低于0.07%，以避免由于合金碳化物数量过少而降低热强性，影响其使用性能。正确地选择与母材相匹配的焊接材料是焊缝质量保证基础。

5.3配备优秀焊工及良好机具

焊件的组对、焊接应选择经验丰富、技术水平较高、责任心强的管工、焊工负责；焊机必须保证处于良好状态：参数稳定、调节灵活、安全可靠，满足焊接工艺性能要求。

5.4做好焊接前准备工作及焊接过程环境控制

（1） 焊件坡口的制备宜采用机械法，如用热加工方法，切口部位应留有加工余量，以除去淬硬层及过热金属，并将表面凹凸不平处打磨平整。焊件对口时应做到内壁齐平。不等厚管材组对需进行倒边，倒边必须符合相关规范要求。

（2） 施焊前应检查坡口的型式、坡口边缘内外侧不小于20mm范围内的油、漆、垢、锈、毛刺等应清除干净。

（3） 焊件组对时，定位焊及固定卡具焊接选用的焊接材料及工艺措施应与正式焊接工艺要求相同，保证定位焊的位置、长度尺寸，卡具位置焊缝尺寸满足工艺要求。

（4） 严格焊材控制管理：认真对焊材进行验收，做好焊材烘干、发放、回收记录，加强现场使用过程监控。对多次烘烤和现场使用不当损伤的焊材严禁使用。

（5） 做好现场焊接环境管理：环境温度不低于0℃；焊接时的风速务必符合手弧焊小于8m/s、氩弧焊小于2m/s；焊接环境相对湿度要小于90%。没有采取必要措施不能满足要求严禁施焊。

5．5选择合适的线能量

根据焊接工艺评定，制定焊接工艺措施（或工艺卡）保证焊接工艺参数如：电流、电压、焊接速度满足要求。

5.6规范预热

预热是12Gr1MoV钢焊接的重要工艺措施之一，主要目的是防止裂纹的产生。薄壁小径管由于接头刚性小，一般不预热，但厚壁大径管必须预热，通常预热温度200-300℃，尤其是在点焊和氩弧焊打底时，因为母材熔合比大，焊道温度梯度大，为防止点焊和根部焊缝开裂，必须注意预热。预热范围是以对口中心线为基准两侧各不小于3倍壁厚、且不小于50mm，加热区以外的100mm范围内予以保温以减少温度梯度。预热宜采用电加热法，并采用远红外线测温仪，确保测温的准确性，不能因为预热温度高焊工操作不方便、而降低预热温度。

5.7保持层间温度连续焊接

焊接中应使接头始终保持在预热温度，以利改善焊接性和焊缝中氢的逸出。大径厚壁管的焊接应连续完成，中间不要间断，如必须中断，则用石棉布包扎焊口，使其缓冷再焊时仍应加热到预热温度。对小径管焊接，往往焊完第一层焊口部位温度较高，甚至发红，若再连续施焊，容易过热，因此焊完第一层后，待焊口温度降至300℃左右，方可施焊下一层。

5.8避免强力组对

强力组对会增加接头的拘束度，因此组对焊口时应尽量使管件处于自由状态，避免焊缝受外加应力的影响。同时注意管内不得有穿堂风，以免根部焊道金属淬硬。

5.9后热处理

整个焊口全部焊完后，对焊缝应立即进行热处理。否则应做后热处理，其温度以300℃-350℃为宜，恒温时间不小于2小时，后热的加热范围与热处理要求相同。

5.10焊后热处理

（1） 对于进行热处理的焊口，热处理时应注意焊件的自重影响，为了减少焊件自重在热处理过程中对焊缝的附加应力，不得拆卸施焊时的夹具或倒链。

（2） 热处理的加热宽度，以焊缝中心每侧不小于管子壁厚的3倍,且不小于60。热处理保温宽度，从焊缝中心算起，每侧不得小于管子壁厚的5倍，以减少温度梯度，热处理温度为720-750 ℃，升温、降温速度一般可按250×（25/t）℃/h计算，且不大于300℃/h，温度降至300℃以下可不再进行控制。

（3） 焊后热处理宜采用电加热法，加热应均匀，加热过程中易准确控制加热温度。恒温时，在加热范围内任意两点的温差应小于50℃.

（4） 测温宜采用热电偶，并用自动记录仪记录热处理曲线，测温点在加热区域内，且不少于两点。

6．结束语

12Gr1MoV钢焊接工艺复杂，焊接时易出现淬硬倾向，有产生多种形式裂纹的可能，但只要在施工当中，严格执行焊接工艺措施和预热、层间温度、后热、热处理等要求，焊接裂纹是可以避免的，焊缝质量可以得到有效保证。

参考文献

1、《石油化工铬钼耐热钢焊接规程》SHT3520-2004

2、《电力建设施工及验收技术规范焊接篇》DL5007-92

3、《火电建设焊接技术》

4、《熔焊原理及金属材料焊接》