焊接材料对锅炉异种钢焊接接头性能的影响探讨
时间：2022-09-08 10:35:06 来源：千叶帆 本文已影响人
摘 要 在某QC260/500-40.7（3.4）-1.1（0.25）/410型余热锅炉的安装过程中，集中下降管和低温过热器出口两个部位存在15CrMoG 与20G异种钢管道焊接。压力容器焊接评定标准中JB4708《钢制压力容器焊接工艺评定》规定使用CHG—55B2V焊丝+CHH317焊条进行焊接，而NB/T47014《承压设备焊接工艺评定》中规定使用CHG—55B2焊丝+CHH307焊条进行焊接。两种评定标准材料选用的焊材不同，本文分别采用两种焊接方案进行15CrMoG与20G锅炉异种钢焊接，从焊接接头质量、力学性能、金相组织等方面进行分析。
关键词 金相组织；钢制压力容器；焊接工艺
1 对比试验设计
管子规格为φ219mm×5mm，材质分别为20G与15CrMoG ，采用钨极氩弧焊打底，焊条电弧焊填充盖面。将试件1编号为SJ1，采用CHG—55B2焊丝加CHH307焊条焊接。将试件2编号为SJ2，采用CHG—55B2V焊丝加CHH317焊条焊接[1]。
2 试验检测及分析
2.1 X射线探伤
利用X射线对各种类型的焊缝进行探伤检测，探伤结果显示，两种焊接方法得到的焊缝内部质量均达到II级，无裂纹以及其他超标缺陷，焊缝质量合格。
2.2 焊后热处理
对试件进行高温回火热处理，升温阶段加热速度小于250℃/h，到达620℃后，保温60分钟后缓慢冷却，冷却速度小于250℃/h，当电炉温度降至300℃以下时断电冷却，温度低于200℃左右可进行空冷。
2.3 焊缝硬度检测
母材的硬度检测在热处理前进行，焊缝、热影响区进行硬度检测在热处理结束后进行，每个区域选取3个测点，SJ1的焊缝对接处20G侧及15CrMo侧硬度值与SJ1基本一致，焊缝硬度值小于270HBW，与母材的硬度值差别小于100 HBW，两种工艺评定文件中规定的焊接材料焊缝及热影响区的硬度均能满足要求，即20G与15CrMoG锅炉异种钢进行焊接过程中，采用CHG—55B2V焊丝+CHH317焊条方案与CHG—55B2焊丝+CHH307焊条焊接方案均能满足硬度要求。
2.4 力学性能试验
力学性能实验主要考察焊缝的强度问题，对试件SJ1与SJ2进行冲击、拉伸、弯曲等力学性能试验。
（1）冲击试验结果分析
从冲击试验结果显示，试件SJ1焊缝区的平均冲击能为61J，数值大于27J属于合格，SJ2焊缝区的冲击能平均值为7.4J，小于27J，不合格。试件20G侧SJ1与SJ2热影响区的平均冲击值为184J与167J，试件15CrMoG侧SJ1与SJ2热影响区的平均冲击值为272J与236J，SJ2热影响区的冲击值，都满足冲击韧性要求。
试件SJ2选用的GG—55B2V焊丝+CHH317焊条方案中，焊后热处理有利于提高焊缝接头的冲击韧性，为防止20G侧不被软化，热处温度不能高于20G钢的再结晶温度，焊后热处理温度与理想最低保温温度差别较大，试件SJ2内应力去除不充分，冲击韧性没有有效的改善，接头冲击韧性较低。
（2）拉伸试验结果分析
拉伸实验结果显示，试件SJ1平均抗拉强度為472MPa，试件SJ2平均抗拉强度为478MPa。试件SJ2抗拉强度比SJ1约高9MPa ，试件SJ1、SJ2的抗拉强度等级相同。由于在异种钢焊接接头焊接中，试样的抗拉强度不能应低于抗拉强度较低母材的抗拉强度最小值，母材20G的抗拉强度下限为410MPa，试件SJ1、SJ2满足强度等级要求。
（3）弯曲试验结果分析
弯曲实验中，试样SJ1与SJ2弯曲角度均为180°。面弯实验中SJ1与SJ2的均有1件断裂1件无裂纹，断裂位置均位于母材区。背弯实验中2件均无裂纹。两种焊接方式弯曲性能相同。
（4）金相试验
对试件焊接接头做金相试验。金相组织见图1所示，从图1可以看出试件SJ1与SJ2焊缝金属组织为由铁素体与珠光体组成，焊缝组织无裂纹，无淬硬的马氏体组织，无过热组织。试件SJ1与SJ2金相组织无无较大差别，两种焊接方案焊接后的金相组织均符合规范要求[2]。
3 结束语
在压力设备20G和15CrMoG的异种钢的焊接材料选用中， 采用CHG—55B2V焊丝+CHH317焊条方案与CHG—55B2焊丝+CHH307焊条焊接方案。锅炉安装焊接的过程中，涉及20G及15CrMo异种钢的焊接，应优先选用 CHG-55B2氩弧焊丝+CHH307焊条的焊接方案。
参考文献
[1] 段少章，杨鹏勇，徐波，等.焊接材料对锅炉异种钢焊接接头性能的影响[J].安装，2018，（11）：46-48.
[2] 王德伟. TP310H/T22异种钢焊接接头组织与性能的研究[D].合肥：安徽工程大学，2015. 相关热词搜索：焊接，接头，锅炉，异种，探讨，
