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1、15CrMoR钢的焊接工艺规程的制定 目录1 绪论12 22223453 15CrMoR 钢的焊接性6 15CrMoR 钢的焊接6115CrMoR615CrMoR 钢的7815CrMoR 钢的815CrMoR 钢的91015CrMoR 钢的1015CrMoR 钢的1015CrMoR 钢的1115CrMoR 钢的1115CrMoR 钢的1115CrMoR 钢的1115CrMoR 钢的1115CrMoR 钢的1115CrMoR 钢的1215CrMoR 钢的1215CrMoR 钢的134 15CrMoR 钢的焊接工艺的拟定14焊接方法的选择1415接头形式及坡口设计15焊接参数的选择16焊条直径16
2、焊接电流16电弧电压17焊接速度18焊接线能量18焊接层数1919焊前准备20焊前预热21焊后热处理225 15CrMoR 钢的焊接工艺评定235.1焊接工艺评定的要求235.2焊接工艺评定指导书235.3 焊接工艺评定报告书26结 论28致 谢29参考文献30 摘要：15CrMoR 钢以其抗氧化性、热强性及抗硫性，价格低廉而在石化行业广泛应用，其焊接主要问题是热影响区硬 化、冷裂纹、软化及焊后热处理时产生再热裂纹。 通过理论分析和焊接工艺试验，确定了 15CrMoR 中板焊接的方法和焊接工艺 措施。 【关键词】15CrMoR；可焊性分析；焊接工艺1母材的组成成分和力学性能1、化学成分：15C
3、rMo钢系珠光体组织耐热钢，在高温下具有较高的热强性（b440MPa）和抗氧化性，并具有一定的抗氢腐蚀能力。由于钢中含有较高含量的Cr、C和其它合金元素，钢材的淬硬倾向较明显，焊接性差。15CrMo化学成分 牌号化学成分（质量分数）（%）CMnSiCrMoNiNb+TaSP15CrMo0.160.550.550.950.500.30_0.0190.0252、15CrMo力学性能 牌号拉力强度MPa屈服强度MPa伸长率（%）15CrMo44064023533024二分析焊接性1 焊接裂纹影响大的元素分析(1)碳由于碳化物的形成，碳在热裂纹中有着重要的作用。在Cr-Mo钢中，当含碳量由0.05%增
4、至0.20%时，裂纹倾向明显增加。在含V量高的钢种中，碳的影响更大。(2)铬Cr的影响是两个方面的。当钢中的含Cr量1.5%时，随着含Cr量的增加，裂纹倾向增大；当含Cr量2.0%时，随含Cr量的增加，裂纹倾向逐渐减小。 (3)钼Mo能够降低蠕变塑性，增加裂纹。其作用是通过对相变特性的影响及碳化钼的析出而实现的。模拟热循环试样缺口应力试验，当Mo的含量为0.21%时，627断裂的时间为1300min，而Mo的含量为0.54%时，断裂时间降为2min，说明Mo含量的增加，提高了钢的再热裂纹的敏感性。 (4)微量杂质元素从金属材料主要元素成分含量相同，而再热裂纹倾向相差很大的事实来看，微量杂质元素
5、起着很大的作用。这是因为这些杂质元素在晶界偏析，促使晶界空穴形成，大大降低金属的蠕变性能。如降低断裂应力和断裂塑性。焊接线能量分析：稍微偏大点的线能量输出可以延长冷却时间，焊接热影响区组织可以避免淬火，并且十分利于氢的逸出，就降低了裂纹倾向，但线能量过高，就引起较大的焊接应力，并在焊缝及热影响区产生过热组织，使晶粒粗大，反而降低焊接接头抗裂性能。预热影响分析：焊接时常用预热方法防止冷裂纹，预热可以减缓焊接接头的冷却速度，适当延长500800区间的冷却时间，这样可以减少或避免淬火组织，有利于氢的逸出。焊后热处理影响：具有延迟特征的焊接冷裂纹主要与氢的扩散和聚集有关，如果焊后很快冷却至100以下，
6、氢来不及逸出，就可能造成延迟裂纹。从碳当量的大小来判断冷裂纹的敏感性CMnSiCrMoNiNb+TaSP15CrMo0.160.550.550.950.500.30_0.0190.025其碳当量（按国际焊接协会IIW）推荐的公式：CeqCMn/6（CrMoV）/5（NiCu）/150.542%当Ceq0.4%时，焊接接头淬硬倾向大，可能出现冷裂纹，而15CrMo钢的Ceq值达0.542%，故15CrMo钢的淬硬倾向大，焊接性差，因此15CrMo钢焊接时，焊接材料的选择和严格的工艺措施，对于防止裂纹，保证使用性能至关重要。从化学元素的含量上热裂纹的敏感CMnSiCrMoNiNb+TaSP15Cr
7、Mo0.160.550.550.950.500.30_0.0190.025热裂纹敏感性分析Hes=C(SPSi/25)1000/(3MnCrMoV) =2.456.36Hes为4时该钢种易产生热裂纹。根部裂纹敏感指数Pcm=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Cr/20+Ni/60+Mo/15+V10+5B(%)=0.210.32（%）一般认为CE0.45%, P.Cm0.3%时,材料具有一定的冷裂倾向。综上所述，15CrMo钢有较高的再热裂纹和冷裂纹倾向，再热裂纹的敏感因素再热裂纹形成机理的影响因素有许多，可能是几种因素共同作用的结果，珠光体耐热钢再热处理过程中，当应力集中部位晶界微观局
8、部的实际塑性变形大于该处产生裂纹的临界变形能力时，就形成再热裂纹，实际塑性变形与焊接接头的拘束度、残余应力的大小以及晶粒的大小有关，而晶界杂质的偏析、晶内沉淀强化必然影响到产生裂纹的临界变形值，也就影响到再热裂纹的产生。焊接热影响区粗晶区的晶粒大小对再热裂纹的敏感性也有影响。晶粒度大，裂纹敏感性大；晶粒度小，晶界所占的面积就大，在其它条件均相同的情况下，晶界所能承受的蠕变变形量相对大，产生再热裂纹的倾向也就相应变小。 再热裂纹的特征： (1)产生的部位均在焊接热影响区的过热粗晶区，焊缝、热影响区的细晶区及母材均不产生再热裂纹。裂纹沿熔合线方向在奥氏体粗晶晶界发展，不少裂纹是断续的，再热裂纹具有
9、沿晶间开裂的特征。(2)再热裂纹的产生与再热过程的加热或冷却速度无关。(3)焊后不会发生，只是在焊后进行消除应力处理及焊后高温使用中发生，它有一个敏感的温度区，15CrMoR钢一般在500700，600左右最为敏感。(4)再热裂纹总是出现在拘束应力或应力集中的部位，焊接应力越大越易产生，如焊缝向母材过渡不圆滑、焊缝余高过高、咬肉、焊瘤、未焊透、边缘未熔合等部位都容易产生再热裂纹。晶间杂质析集脆化的作用试验研究指出，再热裂纹的产生与晶界本身的弱化有关，强调杂质在晶界析集而造成脆化，对再热裂纹的脆化起到了主要作用。此外，母材的应力松驰效应对再热裂纹的敏感性也有很大的影响，它表明母材晶界强度的影响。
10、试验表明，再热裂纹敏感性大的钢应力松驰程度低。因而认为，焊接热影响区的晶界弱化和母材的高温应力松驰能力弱，是提高珠光体耐热钢再热裂纹敏感性的重要原因。关于晶界弱化引起再热裂纹敏感性提高的问题，许多焊接专家认为：在500600热处理过程中，由于钢中的杂质元素P、S、Sb、Sn等在晶界偏析的缘故。对具有典型性的P元素含量的研究结果认为，当P含量由0.003%增至0.018%时，引发再热裂纹产生的应力下降，钢材的塑性变形能力也下降晶内沉淀强化的作用在焊接热影响区的过热区，由于加热温度高达1300以上，原强化相碳化物等析出质点固溶于金属中，因焊后冷却快而处于饱和的不稳定状态。在焊后消除应力的热处理过程
11、中，这种过饱和溶解的碳和碳化物形成元素，就以显微颗粒状的各种碳化物(M3C、M7C3、M23C7)形式析出，从而使晶内强化，提高了晶内的屈服强度。而晶界由于其晶格结构的不规则性，并存在晶格缺陷，因此在高温及残余应力的作用下金属将发生滑移变形(或叫蠕变变形)以松驰应力。由于晶内的强化，这种变形就集中在晶界。当这种滑移变形超过晶界变形能力时，就产生了裂纹。 焊缝中的结晶裂纹杂质在晶界析集而造成脆化，对再热裂纹的脆化起到了主要作用。母材的应力松驰效应对再热裂纹的敏感性也有很大的影响，它表明母材晶界强度的影响。500600热处理过程中，由于钢中的杂质元素P、S、Sb、Sn等在晶界偏析的缘故P元素含量的
12、研究结果认为，当P含量由0.003%增至0.018%时，引发再热裂纹产生的应力下降，钢材的塑性变形能力也下降。 蠕变断裂近年来，有更多的人认为，在再热过程中将发生应力松驰，随着应力的降低伴随有蠕变现象。所以可以用蠕变断裂理论来解释再热裂纹的形成。就珠光体耐热钢而言，对于再热条件下的蠕变断裂，可以应用“空穴开裂”加以解释。在应力和温度的作用下，点阵空位能够运动，当空位聚集到与应力方向垂直的晶界上达到足够的数目时，晶界的结合力遭到破坏而产生空洞。在应力的作用下，它们继续扩大，形成裂纹沿晶界断裂。一般来讲，金属凝固或在固态再热处理过程中能够形成亚显微空洞，当金属发生蠕变变形，通过空位的运动、聚集而逐
13、渐长大成为裂纹，另一方面，如果有杂质沿晶界分布，也可作为空洞形核的发源地。应力腐蚀裂纹材料应力腐蚀的特点影响应力腐蚀的因素三相应焊接工艺措施15CrMoR钢的焊接特点15CrMoR钢焊接接头性能的基本要求钢焊接结构在高温、高压和各种腐蚀介质条件下长期安全运行。除了满足常温力学性能的要求外，最重要的是必须具有足够的高温性能，具体要求如下：等热强性原则接头的热强性与母材相当接头不仅应具有与母材金属基本相等的室温和短时高温强度，更为重要的是应具有与母材金属相近的长时高温强度。接头的热强性不仅取决与填充金属的成分，而且与焊接工艺密切相关。因此要获得等强性的接头影响因素很多很复杂接头组织的稳定性要求接头
14、不应产生明显的组织变化，以及由此引起的脆变或软化等性能变化低、中合金钢的焊接性这类钢在焊接中出现的问题与低碳调质钢相似，主要的问题是焊缝及热影响区淬硬性与冷裂纹敏感性、热影响区的软化、在热裂纹及回火脆性。热影响区的软化调质钢焊后其接头热影响区均存在软化问题，低合金耐热钢软化区的金相组织特征是铁素体加上少量的碳化物，在粗视磨片上观察到一条明显的白带其硬度明显下降。软化程度与母材焊前的组织状态。焊接冷却速度和焊后热处理有关。母材合金化程度越高，硬度越高，焊后软化程度越严重。焊后高温回火不但不能使软化区的硬度恢复，甚至还会稍有降低，只有经正火回火才能消除软化问题。软化区的存在对室温性能没有是么不利影响；但在高温长期静载拉伸条件下，接头往往在软化区发生破坏这是因为长期在高温条件下工作时，蠕变变形主要集中在软化区，容易导致在软化区断裂。防止再热裂纹措施再热裂纹一般在500700敏感温度范围内形成，并且出现在残余应力较高的部位，如接头
