T91+12Cr1MoV异种钢焊接工艺的试验研究
浅谈T91+12Cr1MoV异种钢的焊接工艺
李永忠
江苏电力建设三公司
摘要：本文对T91+12Cr1MoV异种钢焊接工艺问题进行研究，并对有关焊接工艺简化的可能性进行了实践，通过对比试验和试验验证，提出了简单实用、可指导实际施工的焊接工艺。
关键词：金属材料；异种钢焊接；工艺试验；T91钢；12Cr1MoV钢
目前，T91钢已广泛应用到我国新机组建设或老机组的改造中，在老机组改造中，遇到的突出问题就是T91钢与TP347、钢102和12Cr1MoV等钢的异种钢焊接问题。国外就T91异种钢焊接问题的研究，在焊接材料上多采用“中匹配”即合金元素含量介于2种母材之间的焊接材料方案，在工艺上多采用焊前预热、
焊后热处理工艺［1］。
下面本人就T91+12Cr1MoV异种钢焊接工艺及焊接工艺的简化问题进行浅谈一下，希望各位老师提出意见。
1试验材料
1.1母材
T91钢是在ASTM A213-T9钢的基础上，降低含碳量，添加微量Nb、V合金化，并控制含N量得到的。允许使用于壁温≤625 ℃的锅炉过热器及高温再热器，该钢具有较大的冷裂倾向，焊接时可能产生冷裂纹和热裂纹。
12Cr1MoV钢属珠光体低合金热强钢，该钢具有较高的热强性能和持久塑性，可用于壁温≤580 ℃的锅炉受热面管，该钢的焊接性良好，对于壁厚较小的小径管，焊前预热，焊后适当缓冷，焊后可免做热处理。T91钢和12Cr1MoV钢的化学成分见表1、表2，常温机械性能见表3。
1．2 T91钢的异种钢接头裂纹敏感性分析
T91异种钢的焊接具有以下性能［2］：
a. T91钢和T22、TP347 2种异种钢焊接接头对热裂纹不敏感，抗裂性能良好。
b. T91钢对再热裂纹不敏感。
c. T91钢碳当量高，淬硬倾向大，T91异种钢焊接接头的冷裂纹倾向与同质材料焊接接头相当，通过一定的工艺措施可以避免产生冷裂纹。
1．3焊接材料
分别选用高、低匹配的2种类型的焊接材料进行对比试验，一种是与T91钢相匹配的焊丝,即ER90S-B9焊丝；另一种是与12Cr1MoV钢相匹配的焊丝，即
TIG-R31焊丝，试验用母材和焊丝的化学成分见表4［３］。
1．4焊接方法
不同的焊接方法对焊缝的韧性影响较大，采用氩弧焊焊接方法，焊缝具有优异的塑性和韧性［４］，因此选用全氩弧焊焊接方法。
2 T91+12Cr1MoV异种钢焊接工艺
2．1焊接工艺
根据现场实际生产的需要，选择母材规格为φ42 mm×5 mm，坡口采用“V”型，坡口角度为35°±2°，对口间隙为1～3 mm，焊丝规格为φ2.5 mm。由于T91钢碳当量高，具有一定的冷裂倾向，因此焊前应采取预热措施，预热温度150～200 ℃［3］，采用火焰加热的方法。内部充氩气保护，电源采用直流正接极，焊后热处理温度为740±10 ℃，保温时间1 h。
2．2焊接工艺方案
根据T91+12Cr1MoV异种钢焊接不同的匹配和是否热处理，选用了4种方案，方案内容见表5。
3焊接接头试验
对焊制的T91+12Cr1MoV异种钢焊接接头经X—射线探伤合格后，按焊接工艺评定规程的要求，制取拉伸、弯曲、金相试样。
3．1T91+12Cr1MoV异种钢机械性能试验
试验结果见表6。焊接接头的抗拉强度均高于T91+12Cr1MoV异种钢焊接接头的规定值，但12Cr1MoV钢侧经保温1 h热处理后，母材抗拉强度下降比较多，使12Cr1MoV钢的抗拉强度接近该钢的下限，因此有必要对焊后热处理的时间进行研究。
取12Cr1MoV钢母材、T91+12Cr1MoV异种钢焊接接头，热处理保温时间分别为30 min和40 min进行对比试验，试验结果见表7。
由表7可知，焊后热处理保温时间30 min就可以满足性能的需要。因此焊后热处理的保温时间选用30 min，1 h的保温时间较长。
3．2弯曲试验
对T91+12Cr1MoV异种钢焊接接头进行了弯曲试验，试验结果见表8。
从表8弯曲试验结果看，用高匹配的焊丝，焊后不热处理，弯曲试验不合格，因此用高匹配的焊丝焊接T91+12Cr1MoV异种钢焊接接头，焊后必须进行热处理。用低匹配的焊丝焊后热处理和不热处理，弯曲试验均合格。
3．3金相分析
对T91+12Cr1MoV异种钢焊接接头按不同的工艺方案进行了金相组织分析（热处理试样的保温时间为30 min），T91钢的母材组织为索氏体；12Cr1MoV 钢的母材组织为铁素体+珠光体。T91+12Cr1MoV异种钢焊接接头各区的显微组织比较见表9。
从表9可以看出，无论是采用高匹配的T91钢焊接材料，还是低匹配的
12Cr1MoV钢焊接材料，在金相组织上没有大的区别，但焊后热处理都使焊缝及热影响区组织得到了改善，焊缝由马氏体或柱状铁素体加珠光体转化为回火马氏体或索氏体，T91钢侧的热影响区组织由马氏体转变为索氏体，12Cr1MoV钢侧的热影响区由铁素体加珠光体转变为索氏体。
4结论
a. 选用高匹配的焊接材料焊后不热处理，该工艺不可行，性能试验结果不合格。选用高匹配的焊接材料，焊后热处理或者选用低匹配的焊接材料，无论焊后是否进行热处理，各种试验结果均合格。因此从现场实际考虑，采用低匹配、焊后热处理的T91+12Cr1MoV异种钢焊接工艺，能够得到综合性能良好、组织稳定的焊接接头。
b. 焊后热处理时间由1 h降低到30 min，可以满足接头性能的要求，因此热处理工艺中保温时间参数选用30 min。
c. 对T91+12Cr1MoV异种钢焊接接头，选用低匹配的焊接材料，焊后不热处理的焊接工艺是可行的，但应通过进一步试验来验证。
参考文献
［1］杨富. 第七届全国电站焊接学术讨论会论文集［C］.北京：中国电机工程学会电站焊接专业委员会，1998.
［2］李鹏.T91钢及其异种钢焊接接头裂纹敏感性分析［J］.电力建设，1999，(7).
［3］徐德录.第八届全国电站焊接学术讨论会论文集［C］.重庆：中国电机工程学会电站焊接专业委员会，2001.
［4］陈伯蠡.电站及锅炉用新钢种焊接论文集［C］.西安：中国电机工程学会西北分委会，2000.