Cr-Mo珠光体耐热钢和9%Cr马氏体不锈钢的管对接的焊接控制研究

赵佳男

（中国一重铸锻钢事业部铸造厂，齐齐哈尔161000）

铸造厂承制的哈汽缸体材质可分为珠光体耐热钢和马氏体不锈钢两类，由于二者均含有一定数量的Cr、Mo元素，焊接时具有一定的淬硬倾向和易产生冷裂纹的特点，同时在热循环的作用下，焊缝和热影响区都有可能形成冷裂纹和淬硬组织，且碳化物元素Mo的存在会使得接头过热区易产生再热裂纹。

热焊班曾在多年前尝试焊接管对接，可焊接效果不尽人意。自2019年热焊班协作哈汽焊工焊接H5133，H5233缸体接管以来，逐渐将焊接发展方向转向难度更高的管对接焊接，致力于积累、归纳并完善一套属于自己的焊接方案，旨在提高管口的射线探伤合格率，具备自主焊接管对接的能力。

1解决措施及办法

热焊班通过学习和吸收H5133、H5233的焊接经验，于2020年几次尝试中积累与总结，最终确立焊接方案和各项操作风险点防控措施。现总结焊接方案和风险点归纳如下。

焊接方案：

1)本体管口检查

由于缸体本体是铸件，管口部位缺陷通常表现为铸造气孔、砂眼和补焊尺寸时造成的咬边，首先通过目视检查将可见缺陷采取打磨或旋转锉清除，再将接管整体进行PT检测，确认目视检查的缺陷是否清除，同时，检查清除气孔等肉眼看不见的缺陷，如有缺陷继续使用打磨的方式清除，缺陷全部清除后采取TIG焊补焊,焊接工艺要采用小电流，使用适当的气体流量，通过多层多道焊的方式降低热输入量，避免咬边的再发生，打磨焊后并检查，如有缺陷重复以上操作，直到缺陷完全清除等待装配定位。

2)装配定位焊

装配接管时，对接的间隙要大于TIG焊打底时所用焊丝直径，以便TIG焊打底时双面成型并保证焊缝背面质量，避免再修整。定位时采用TIG焊，要求选用正确材质的焊丝。

3)焊前打磨

打磨内外壁坡口外15mm范围内的飞边、毛刺和铁锈等杂质。

4)TIG焊打底

管对接焊中，对打底层焊缝质量要求较高，不仅要求焊缝背面成型良好，还要保证焊缝质量，为手工电弧焊的填充焊打下良好基础，若本体或接管是不锈钢时还要采取背面吹氩或充氩的方式避免金属元素被氧化和烧损，焊接不锈钢时防止氧化效果以焊缝颜色为判断依据，银白色和金黄色最佳，蓝色或五彩色次之，焊接时保证氩气流量在15-20ml/min（非不锈钢管氩气流量在10-12ml/min），并采取提前送气和滞后停气方式避免焊缝被氧化。

5)焊前预热

鉴于接管焊接性能较差，为了防止焊后出现裂纹并得到合格的焊接接头性能，SMAW焊时须焊前预热。

6)SMAW焊填充

首先要选用正确焊条，使用前经过符合标准的烘干和保温，使用时放入焊条筒内，随取随用。焊条使用φ3.2焊条打底，φ4和φ5焊条填充，焊接时2-3名焊工同时起焊。焊接时焊道间的重叠量一般在1/3-2/3之间，防止焊道间产生沟槽引起夹渣，其次注意处理焊接接头，每一次起弧时，在弧坑前10mm左右处引弧，并且避免每层填充时的接头位置重叠。及时去除焊道缺陷，尤其是管壁上部死角处，使用旋转锉将顶部夹角处磨圆滑，使其不产生焊接死角。

7)消氢保温及回火

由于焊接热循环过程中，焊缝及热影响区在一定程度上改变了组织和性能，焊接接头内产生焊接内应力，因此管对接焊接结束后应进行回火，消除或减少焊缝及热影响区内淬硬组织，增加塑韧性，减少焊接残余应力，并有利于扩散氢的逸出，从而减小冷裂纹的产生。因此，当一根接管焊完时，要及时消氢保温缓冷，待两根接管均焊接结束一并入炉回火。

8)打磨焊道、标记焊缝

回火后将焊缝中心线上100mm、下100mm范围内打磨抛光，一般此过程不需目视检查，可直接采取PT检测，清除可能存在的焊接气孔，清除后采取TIG焊补焊，打磨后PT检测，无缺陷则具备发往RT探伤。

2操作风险点防控措施：

1)管子装配前须完全去除本体铸造缺陷

2)TIG焊背面注意熔透，保证焊缝背面质量。

3)SMAW焊控制层间温度不宜过高、电流电压不得过大、焊接速度不宜过快，避免产生夹渣、气孔缺陷。

4)RT探伤区域打磨抛光仔细，不允许存在气孔、咬边。

5)拓印RT成像片子的过程中要减少误差，使定位准确。

6)碳刨处理的缺陷应尽量规则易于施焊，坡口角度应合理可焊。

7)合理布置返修缺陷的焊道，SMAW横焊位从缺陷下沿起焊，此时要打好焊道布置的基础，首先在缺陷下沿焊出下R角，然后向上预测并焊出合适的填充厚度，全程采取横向摆动焊，焊至左右两端时多停留，保证焊道端头熔透；上沿留好焊道与上方的间隙，保证最后一道焊后间隙填满且熔合较好，不可在上沿留下弧坑或间隙。

8)焊后及时执行回火热处理

3取得的效益或效果（简述）：

截至2020年12月，H9217，H9211焊缝一次合格，H0108，H0208焊缝两次合格，H9210，H9219，H0201焊缝三次合格。2021年继续按方案要求焊接管对接，截至2021年10月，H0217，H0202焊缝一次合格，H0202，H0214，H0216，H0215，H1207焊缝两次合格，H9115，H1201焊缝三次合格。其中H0202缸体为电焊班首次焊接的缸体本体与弯管对接，其材质为ZG15Cr2Mo1和ZG13Cr10Mo1W1VNbN，材质特殊且为异种钢管对接，管壁厚为105mm，焊接难度极大，热焊班于施焊前回顾一年以来18半缸体的焊接案例，总结失败的教训和成功的经验，终于一次焊接成功，从结果上看，热焊班所总结的焊接方案和制定的风险防控措施对提高管对接的成功率具有显著的指导意义，同时热焊班具备了自主焊接管对接的能力，使公司的重点产品均按期或提前发出，为公司作出了不可小视的贡献。