38铬钼铝和304不锈钢焊接工艺

焊接性分析

12Cr2Mo1为低合金耐热钢，具有良好的耐高温和抗氢性能，主要用于制造加氢装置的反应器和热交换器等设备中，   12Cr2Mo1的铬和钼能显着提高钢的淬硬性，在一定的冷却速度下，焊缝金属和热影响区内可能形成对冷裂敏感的显微组织。含有大量的Cr、Mo等强碳化物形成元素，使接头的过热区具有不同程度的再热裂纹敏感性。在350-550℃温度区间长期运行时，当有害残余金属总含量超过容许极限时，发生的渐进的脆变现象。

S30408为奥氏体不锈钢，两种钢材之间化学成分、金相组织、物理性能和化学性能等方面有较大差异，焊接时容易出现以下问题。

11焊缝的稀释

在焊接过程中，焊缝金属会受到12Cr2Mo1熔敷金属的稀释作用，在紧靠12Cr2Mo1一侧熔合区的焊缝金属中，形成和焊缝金属成分不同的过渡层，母材合金含量越大，稀释率越大，熔合比越大，稀释率也越大。12Cr2Mo1一侧过渡层可能会因稀释而产生脆性马氏体组织。

12 碳迁移

高温下，由于铬元素与碳原子的亲和能力很强，易形成碳化铬的化合物，在焊接过程中，12Cr2Mo1一侧因贫铬而使碳原子脱离形成脱碳区，进而软化，晶粒粗大，脆性增大，抗腐蚀能力下降，而S30408一侧因富含铬而使碳原子向其迁移形成增碳层，进而硬化，晶粒变细，性能变好。

13 焊接应力

由于两种材料的热导率和线膨胀系数不同，焊接过程中，高温区产生热应力，并且该热应力无法消除，使焊缝和熔合区附近产生附加拉应力，在冷却过程中，因收缩不一致产生焊接残余应力，导致在12Cr2Mo1侧产生裂纹。

02 焊接工艺评定

21 材料的化学成分和力学性能

评定用材料为12Cr2Mo1和S30408不锈钢，规格均为400mm×150mm×10mm，两种材料的化学成分和如表1所示

22 焊接方法

为了减少焊缝的稀释，防止产生冷裂纹和再热裂纹，12Cr2Mo1和S30408异种钢焊接时，在12Cr2Mo1侧先堆焊镍基焊材，选用熔合比小、稀释率低的焊接方法，钨极氩弧焊和焊条电弧焊的熔合比较小，焊缝成分也比较稳定，因此，该异种钢选用氩弧焊打底，焊条电弧焊盖面的焊接方法。

23 焊材

采用镍基焊条ENi6182和镍基焊丝SNi6082，利用镍的石墨化作用阻碍形成碳化物，减小过渡层，防止产生脆性的马氏体组织，进一步抑制12Cr2Mo1中的碳迁移。

24 焊接坡口

对于焊接坡口形式，应尽量考虑焊接层数、填充金属量、熔合比和焊接残余应力，设计的坡口形式及尺寸如图1所示。

25预热和层间温度控制

12Cr2Mo1显微组织为回火贝氏体，S30408显微组织为奥氏体，12Cr2Mo1具有淬硬性、再热裂纹倾向和回火脆性，而 S30408具有良好的焊接性，根据两种材料的化学成分、接头形式、焊接方法和焊接材料等考虑，通过焊接性试验确定，预热温度在200℃左右，焊接的道间温度控制在100℃之内，焊后立即进行350℃×2h后热处理。

钢种 中国GB 日本JIS 美国ASTM 德国

牌号 牌号 标准号 钢号 钢号 材料号 标准号

碳素

钢板 Q235-F SS41 G3101 A36 USt37-2 10112 DIN17100

Q235 SS41 G3101 A283-C RSt37-2 10114 DIN17100

Q255A SS50 G3101 A283-D (RSt42-2) 10134 DIN17100

(A3R) SPV24 G3115 A285-C

20g SB42 G3103 A515Cr60 HⅡ 10425 DIN17155

(15g) SB35 G3103 A515Cr55 HⅠ 10345 DIN17155

(25g) SB46 G3103 A515Cr65 HⅢ 10435 DIN17155

25 SM41A G3103 DIN17100

低合金

钢板 16Mn SM50-BC G3106 St52-3 10841 DIN17155

16MnR SM41B G3106 A299/A537-ⅠⅡ 17Mn4

19Mn5 10841

18045

16MngC SPV36 G3115 St52-3

15MnVR SPV36

(WELTEN50) G3115 A225GrAB WStE39 18930

15MnVgC (A633-GRB)

15MnVNTR (K-TEN62M) A302-GRB

18MnMoNbR A533-GrAI

耐热

钢板 16Mo SB46M G3103 A204-Gr AB 15 Mo3 15414 DIN17155

12CrMo SCMV1 G4109 A387-Gr2

15CrMo SCMV2 G4109 A387-Gr12 13 CrMo44 17335 DIN17155

12Cr2Mo1 SVMV4 G4109 A387-Gr22 10 Mo910 17362 DIN17155

低温

钢板 16MnR SLA24B G3126 A516-Gr55 TTSTE26 10463 SEW089

15MnVR SLA33A A516-Gr60 TTSTE29 10488

15MnVNTR A516-Gr65

A516-Gr70 TTSTE32

TTSTE36 10851

10859

09Mn2VR A203-GrAB TTST41V

TTST35V 10437 SEW680

(06A1NbCuN) A203-GrDE 10Ni14 15637 SEW680

不锈耐

酸钢板 （20mN23a1） A553-GrⅠⅡ

A353 X8Ni9 15662 SEW680

0Cr13 SUS405

SUS410S G4304

G4305 A320-405

A320-410S X7Cr13 14000 DIN17440

(1Cr13) SUS403

SUS410 G4304

G4305 A320-403

A320-410 X10Cr13 14006 DIN17440

(1Cr17) SUS430 G4304

G4305 A320-430 X8Cr17 14016 DIN17440

0Cr18Ni9 SUS304 G4304

G4305 A320-304 X5CrNi189 14301 DIN17440

(1Cr18Ni9) SUS302 G4304

G4305 A320-302 X5CrNi189 14301 DIN17440

0Cr18Ni9Ti

1Cr18Ni9Ti SUS321 G4304

G4305 A320-321 X10CrNiTi189 14541 DIN17440

0Cr18Ni12Mo2Ti SUS316 G4304

G4305 A320-316

0Cr18Ni12Mo3Ti SUS317 G4304

G4305 A320-317

00Cr18Ni10 SUS304L G4304

G4305 A320-304L X2CrNi189 14306 DIN17440

00Cr17Ni14Mo2 SUS316L G4304

G4305 A320-316L X2CrNiMo1810 14404 DIN17440

00Cr17Ni14Mo3 SUS317L G4304

G4305 A320-317L

(1Cr18Ni11Nb) SUS347 G4304

G4305 A320-347 X10CrNiNb189 14550 DIN17440

Cr15Ni20 SUS310 G4304

G4305 A320-310

　　15crmo管道与12Cr2Mo1管道焊接，使用R207、R307和A307焊条都可以。这两种管道的焊接属于异种钢的焊接。

　　异种钢焊接:通俗的来讲，即不同种材质的钢材通过焊接方法熔融在一起的过程成为异种钢焊接。

　　焊接接头的特点：

　　异种钢焊接接头和同种钢焊接接头有本质差异，主要是熔敷金属与两侧焊接热影响区和母材存在的不均匀性，主要有：

　　1化学成分不均匀。这是因为在焊接加热过程中，两侧母材的熔化量，熔敷金属和母材熔化区的成分因“稀释”作用会发生变化。接头区的成分不均匀程度不仅取决于母材、填充金属各自的原始成分，也受焊接工艺的影响，易采用小电流、浅熔深。

　　2组织的不均匀性。在焊接热循环的影响下，接头内的各区域组织是不同的，而且在个别区域内还会出现复杂的组织结构。

　　熔合比（稀释率）θ-在焊缝金属中局部熔化的母材所占的比例称为熔合比。用实验测得的。θ＝A/A+B=A1+A2/A1+A2+B

　　θ取决于焊接方法、规范、接头形式、坡口角度、药皮（焊剂）的性质以及焊条（焊丝）的倾角等因素

；

　　3性能的不均匀性。由于组织、成分的变化，代来了性能上的不同，各种变化会呈倍数关系变化，特别是焊缝两侧的热影响区冲击值变化更大，同样高温性能如持久强度、蠕变强度变化也很大。

　　4应力场分布不均匀。由于组织、成分的不同，接头的热膨胀系数和导热系数也不同，热膨胀系数不同引起塑性区域不同，残余应力不同；导热系数不同会引起热应力不同。在组织应力和热应力的共同作用下发生叠加后会产生应力峰值，导致接头发生断裂。

　　总之，对于异种钢焊接接头，其成分、组织、性能和应力场的不均匀是主要特点。