如何进行X20CrMoV121(F12)大口径耐热钢管的焊接

    以410t/h循环流化床锅炉中的大口径耐热钢管焊接为例。母材化学成分见表4-95。常温力学性能：σb=690~840MPa，σs≥490MPa，δ5≥17%。使用温度630~650℃。

    表4-95    X20CrMoV121(F12)钢化学成分（质量分数，%）

   (1)焊接性分析  ①X20CrMoV121系在w(Cr) 12%基础上，加入Mo、V等合金元素的马氏体热强钢，淬硬及冷裂倾向都很大，焊前必须以较高温度预热，视焊件壁厚及整体刚度，预热温度可为300~450℃：②接头热影响区远离熔合线处，存在一个去强化区（软化区），其软化程度远超珠光体耐热钢，该区域往往会引发接头的破坏或失效。而熔合线附近的淬硬组织不仅决定了接头强度，而且也是诱发冷裂的源泉；③焊后应以较高回火温度进行热处理以防冷裂，但回火温度越高，软化程度会越严重，因此回火温度必须适当。一般认为最合理的回火温度是750~780℃，如温度偏低，会导致焊缝金属时效脆化；偏高则奥氏体会再次形成，并在随后的冷却过程中重新淬硬，但最高回火温度绝不允许超过Ac1(840℃)；④热处理时机：焊后必须冷至100~150℃（X20CrMoV121的Mf点为100℃）保温，待马氏体转变完成后再行热处理，若焊后直接回火，因碳化物析集，将导致焊缝塑、韧性的降低；⑤热处理恒温时间：该钢的焊态金相组织一般为M+B，而贝氏体没有充分的时间是难以完全转变的，具体恒温时间由壁厚决定。回火后缓冷至300℃即可转入空冷。

   (2)焊接工艺

   1)焊接方法：按DL/T 869-2004《火力发电厂焊接技术规程》，应采用TIG+SMAW焊，或全TIG焊（对薄壁管）。

   2)焊接材料选择：采用同质配套焊接材料20MVW-1G焊丝和FOX20MVW焊条（也可采用国产H16Cr10MoNiV焊丝和R807焊条——编者注）。

   3)焊接坡口：规格为Φ323. 9mm×25mm管子对接的坡口形式和尺寸如图4-16所示。坡口应机加工，并以机械方法打磨。

    图4-16    Φ323. 9mm×25mm管子对接坡口形式和尺寸

   4)背面保护：对焊透率和焊缝背面成形至关重要。充氩前必须排尽管内空气。背面充氩方法多种多样，本例采用气球双层充氩方法（见图4-17），焊前在离坡口1.5m左右的管子两端堵上充氩气球，焊后残留管内的气球经热处理后化为残渣，最后用高压蒸汽吹出管外。管内充氩应持续至焊完前3层为止，流量可为4~5 L/min。

   5)定位焊：定位焊方式如图4-18所示，定位焊前也应预热。

    图4-17    气球双层充氩方法示意图

    图4-18    定位焊方法示意图

   6)其余措施：①宜采用双人对称焊，两人焊接位置要错开，切忌同时焊到平焊位，以免母材局部温度过高；②焊接顺序如图4-19所示。为确保打底层一次焊成，当一人在打底焊时，另一人可在坡口另一侧监视熔池状态，以便及时处理；③收弧动作要慢，使熔池逐渐缩小，并注意填满弧坑。

    图4-19    焊接顺序示意图

   a)打底焊b）盖面焊

   7)焊接参数：经试验和焊接工艺评定，确定预热250~ 300℃，层温≤100℃，适宜焊接参数见表4-96，接头层次如图4-20所示。

    图4-20    接头层次示意图

   a)管子垂直固定b）管子永平固定

    表4-96    X20CrMoV121(F12)钢管对接接头焊接参数

   (3)热处理  回火规范(760±10)℃×2h，升、降温速度≤100℃（降温速度也可不予控制——编者注），如不能及时回火，应先行(350~400)℃×3h的后热。热处理规范如图4-21所示。

    图4-21    热处理规范

   (4)结果评定  产品施焊严格遵守上述要求，焊缝热处理后经100% UT检验全部Ⅰ级。硬度检测最高285HBS，满足产品技术条件规定的不大于300HBS要求，投产后运行正常。

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