本发明涉及焊接工艺
技术领域：
，更具体地说，涉及一种0cr18ni11nb与10cr9mo1vnb异种钢焊接工艺。
背景技术：
：近几年随着火电机组参数的不断提高，对所使用金属材料的性能要求也越来越高，材料成分越来越复杂，在锅炉受热面金属壁温高于580℃的再热器、过热器等中，大多选用蠕变强度和抗氧化性能较好的0cr18ni11nb(奥氏体不锈钢)、10cr9mo1vnb(马氏体耐热钢)等；并且已投入运行的老机组为解决由于运行超温导致的受热面管频繁爆管问题，也开始逐步选用耐高温、抗氧化性能好的10cr9mo1vnb和0cr18ni11nb替代低合金耐热钢；电站锅炉0cr18ni11nb与10cr9mo1vnb异种钢焊接接头数量越来越多。两者其接头化学成分、金属组织和机械性能均相差较大，10cr9mo1vnb钢的线膨胀系数为12.5×10/℃，0cr18ni11nb钢的线膨胀系数为18.9×10/℃，两者相差30％，焊接时由于应力和变形较大易造成开裂等缺陷，因此对焊接材料和焊接规范的要求更为严格。如何选择实用于现场的焊接工艺，确保焊接质量，确保设备安全运行，是需要研究解决的技术难题。经检索，关于异种钢焊接工艺的改进，已有专利公开，如中国专利申请号：2007100614944，申请日：2007年2月6日，发明创造名称为：异种钢10cr9mo1vnb与1cr18ni9的焊接方法，该申请案公开了采用脉冲钨极氢弧焊焊接方法，焊接材料选用ernicr-3焊丝；焊前预热和层间温度控制在150-200℃；打底焊焊接电流115a/85a(峰值/基值)，焊接速度控制在2-3cm/min，厚度≥3mm填充焊焊接电流150a/20a(峰值/基值)，焊接速度控制在2-3cm/min，焊道宽度为焊丝直径的2-3倍。该申请案以较小的焊接熔深，合理控制熔合比、控制化学成分扩散得到良好的使用性能。又如中国专利申请号：2015101218751，申请日：2015年3月19日，发明创造名称为：t91/t92和hr3c异种钢的焊接方法，该申请案公开了一种t91/t92和hr3c异种钢的焊接方法，该焊接方法包括以下步骤：1、将待焊接的t91/t92和hr3c异种钢母材进行预热；2、将经预热后的所述t91/t92和hr3c异种钢母材进行多层焊接，多层焊接依次包括打底层焊接、填充层焊接和盖面层焊接，且层间温度为150-200℃；3、将经焊接后得到的t91/t92和hr3c异种钢焊接接头进行焊后热处理。该申请案得到的焊接后的焊接接头的抗拉伸性能、抗冲击性能和抗弯曲性能均得到增强。综上所述，以上申请案均不失为一种良好的异种钢焊接工艺，但其并不直接适用于0cr18ni11nb与10cr9mo1vnb的异种焊接，且焊接质量仍有一定的提升空间。技术实现要素：1.发明要解决的技术问题本发明的目的在于克服现有技术中0cr18ni11nb与10cr9mo1vnb焊接质量不佳、容易出现开裂的不足，提供了一种0cr18ni11nb与10cr9mo1vnb异种钢焊接工艺，可以有效减少内部应力和变形，保障两种钢较佳的焊接质量。2.技术方案为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：本发明的一种0cr18ni11nb与10cr9mo1vnb异种钢焊接工艺，包括以下步骤：步骤一、开设坡口：在0cr18ni11nb钢和10cr9mo1vnb钢的接头处开设y形坡口；步骤二、单边预热：对接头一侧的10cr9mo1vnb钢进行预热；步骤三、焊接作业：采用inconel82焊丝对接头进行双层三道次焊接，依次包括打底层、第一盖面层和第二盖面层。更进一步地，步骤一中y形坡口的单面坡口角度α为32-35°，坡口下方的顿口段厚度l2为1-1.5mm。更进一步地，步骤一中0cr18ni11nb钢和10cr9mo1vnb钢之间的对口间隙l1为3-4mm，0cr18ni11nb钢和10cr9mo1vnb钢的对口错边量不大于0.4mm。更进一步地，步骤二中对10cr9mo1vnb钢采用氧乙炔火焰预热，预热温度为100-120℃，预热范围为沿长度方向100-150mm。更进一步地，步骤三中采用的inconel82焊丝中ni含量为65-67％，s、p含量和均小于0.02％。更进一步地，步骤三中采用全氩弧焊焊接，打底层的焊接电流为85-95a，焊枪氩气流量为8-12l/min，钢管内充氩气流量为6-8l/min；第一盖面层和第二盖面层的焊接电流均为90-100a，焊枪氩气流量为8-12l/min，钢管内充氩气流量为0l/min。更进一步地，打底层的焊接厚度在2.5-3mm之间，第一盖面层和第二盖面层的焊接高度超出0cr18ni11nb钢和10cr9mo1vnb钢的表面高度0-0.5mm。更进一步地，步骤三中单道次的焊接宽度不大于inconel82焊丝直径的三倍。更进一步地，inconel82焊丝采用φ2mm规格。更进一步地，步骤三中采用氩气接入系统进行焊接，该氩气接入系统包括氩气瓶和出气管，出气管的出气端分别连接焊接分气管和保护分气管，焊接分气管连接氩弧焊枪，保护分气管伸入钢管内充氮，出气管上设置有氩气表，保护分气管上设置有流量计。3.有益效果采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：(1)本发明的一种0cr18ni11nb与10cr9mo1vnb异种钢焊接工艺，采用inconel82焊丝，有助于避免焊缝熔合区产生脆裂层，从而提高焊缝塑性和韧性；能防止碳的迁移，减小扩散层；其次，该焊丝的线膨胀系数在两母材之间并接近10cr9mo1vnb钢，能够减小异种钢焊接接头应力。(2)本发明的一种0cr18ni11nb与10cr9mo1vnb异种钢焊接工艺，采用的inconel82焊丝中ni含量为65-67％，镍的含量成分较高，材料塑性好，能有效降低碳化物稳定性，并削弱碳化物形成元素对碳的结合能力，因此能有效抑制熔合区的碳迁移现象，保障焊接质量；同时s、p的含量和小于0.02％，对冷、热裂纹敏感性不强，适宜于高合金异种钢的焊接工作。(3)本发明的一种0cr18ni11nb与10cr9mo1vnb异种钢焊接工艺，焊前只对马氏体耐热钢侧进行单边预热，奥氏体不锈钢不进行预热，同时焊接时采用较小的焊接规范，焊后不进行热处理，以减小热裂纹出现的倾向，防止构成腐蚀介质集中的腐蚀通道，避免奥氏体不锈钢的耐蚀性下降，从而有助于提高焊接质量。(4)本发明的一种0cr18ni11nb与10cr9mo1vnb异种钢焊接工艺，在接头处开设y形坡口，采用较大的坡口角度、较小的焊接电流、较小的焊接规范，有效降低熔合比，降低了残余应力，有效减小奥氏体不锈钢的裂纹倾向；坡口下方的顿口段厚度l2为1-1.5mm，在保障焊透的前提下防止形成焊瘤缺陷；对口间隙l1控制为3-4mm，防止形成未焊透或未熔合缺陷；对口错边量不大于0.4mm，避免形成应力集中和未焊透缺陷，有助于全面保障焊接质量。(5)本发明的一种0cr18ni11nb与10cr9mo1vnb异种钢焊接工艺，打底层焊接电流相对较小，并在管内充氮保护，可以防止内壁焊缝氧化，且电流的准确控制还可以避免由于铁水粘度过大造成单边未熔缺陷；盖面层适当加大焊接电流，适应焊缝宽度加大、散热加快的情况，防止层间形成熔合不良缺陷，同时对电流的精确控制还能有效避免发生击穿现象。(6)本发明的一种0cr18ni11nb与10cr9mo1vnb异种钢焊接工艺，马氏体耐热钢具有较大的淬硬倾向，焊后空冷得到马氏体组织，焊后极易产生冷裂纹，焊前对马氏体耐热钢侧进行单边预热，能够有效消除冷裂纹产生的机率，保障焊接质量。(7)本发明的一种0cr18ni11nb与10cr9mo1vnb异种钢焊接工艺，单道次的焊接宽度不大于inconel82焊丝直径的三倍，避免因单道焊缝过宽造成层间熔合不良，进一步保障焊接质量。附图说明图1为本发明中焊接坡口的结构示意图；图2为本发明中焊层的结构示意图；图3为本发明中氩气接入系统结构示意图。示意图中的标号说明：100、0cr18ni11nb钢；200、10cr9mo1vnb钢；301、打底层；302、第一盖面层；303、第二盖面层；400、氩气瓶；401、氩气表；402、出气管；403、流量计；404、焊接分气管；405、保护分气管。具体实施方式为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。下面结合实施例对本发明作进一步的描述。实施例1如图1-图3所示，本实施例的一种0cr18ni11nb与10cr9mo1vnb异种钢焊接工艺，包括以下步骤：步骤一、开设坡口：在0cr18ni11nb钢100和10cr9mo1vnb钢200的接头处开设y形坡口；具体见图1，该y形坡口的单面坡口角度α为32°，坡口下方的顿口段厚度l2为1mm；0cr18ni11nb钢100和10cr9mo1vnb钢200之间的对口间隙l1为3mm，0cr18ni11nb钢100和10cr9mo1vnb钢200的对口错边量不大于0.4mm；步骤二、单边预热：对接头一侧的10cr9mo1vnb钢200进行预热；具体地，对10cr9mo1vnb钢200采用氧乙炔火焰预热，预热温度为100℃，预热范围为从接头位置沿长度方向100mm，如图1所示即为从10cr9mo1vnb钢200的左端向右延伸100mm；步骤三、焊接作业：采用inconel82焊丝对接头进行双层三道次焊接，依次包括打底层301、第一盖面层302和第二盖面层303；具体如图2所示，其中采用的inconel82焊丝中ni含量(质量百分比)为65-67％，s、p的含量和小于0.02％。本实施例中采用氩气接入系统进行焊接，该氩气接入系统包括氩气瓶400和出气管402，如图3所示，出气管402的出气端分别连接焊接分气管404和保护分气管405，焊接分气管404连接氩弧焊枪，保护分气管405则伸入钢管内进行充氮保护，出气管402上设置有氩气表401用于监测氩气流量及压力信息等，保护分气管405上还设置有流量计403，实时监测焊接时对钢管内保护氮气的流量，有助于保障焊接质量。本实施例的焊接工艺是专门针对奥氏体不锈钢和马氏体耐热钢形成的异种钢接头，现有技术中nbt47014-2011《承压设备焊接工艺评定》与dlt868-2014《焊接工艺评定规程》中对此类异种钢焊接接头没有相应的评定要求与规定。传统焊接工艺一般是采取焊前双边预热、焊后热处理的焊接工艺，但实践中发现传统工艺在焊接熔合区存在“碳迁移”现象，使熔合区靠焊缝一侧形成增碳层，而低合金钢一侧形成脱碳层，在奥氏体晶粒周界首先发生碳的聚集，而后碳与铬相结合形成cr23c6或碳的铬化物，引发晶间腐蚀，在此区域内硬度变化剧烈，同时力学性能下降，甚至引起开裂。奥氏体不锈钢的导热系数小和线膨胀系数大，在焊接局部加热和冷却条件下，接头在冷却过程中形成较大的拉应力，存在较大的热裂纹倾向；而奥氏体不锈钢在热处理的加热过程中经过敏化温度(450-850℃)区时，出现的贫铬层可以贯穿晶粒之间而构成腐蚀介质集中的腐蚀通道，使奥氏体不锈钢的耐蚀性下降，焊接残余应力的存在也会加速腐蚀的速度。本实施例焊接前只对马氏体耐热钢进行单边预热，对奥氏体不锈钢不进行预热，同时在对口装配时采用较大的坡口角度、较小的焊接电流，并采用较小的焊接规范，有效降低熔合比，降低了残余应力，有效减小奥氏体不锈钢的裂纹倾向；焊后并取消了传统的热处理工序，避免再次经过敏化温度(450-850℃)区，减小晶间腐蚀机率，保障焊接质量。其次，本实施例中坡口下方的顿口段厚度l2控制为1mm，在保障焊透的前提下防止形成焊瘤缺陷；两种钢管之间的对口间隙l1控制为3mm，防止形成未焊透或未熔合缺陷；对口错边量不大于0.4mm，避免形成应力集中和未焊透缺陷，有助于全面保障焊接质量。本实施例的焊接工艺是针对0cr18ni11nb钢100和10cr9mo1vnb钢200的母材性能和焊接性能而进行研究的，其中0cr18ni11nb钢100为奥氏体不锈钢，具有较高的蠕变强度、抗蒸汽氧化、耐烟气腐蚀性能和较好的可加工性，主要应用于600℃以上的过热器、再热器等受热面管，0cr18ni11nb钢100焊接时易产生热裂纹，使用过程中有晶间腐蚀、应力腐蚀倾向，本实施例焊前只对马氏体耐热钢侧进行单边预热，奥氏体不锈钢不进行预热，同时焊接时采用较小的焊接规范，焊后不进行热处理，以减小热裂纹出现的倾向，防止构成腐蚀介质集中的腐蚀通道，避免奥氏体不锈钢的耐蚀性下降。具体地，该0cr18ni11nb钢100的化学成分组成见下表1。本实施例中10cr9mo1vnb钢200为马氏体耐热钢，组织结构为回火马氏体，具有较好的冲击韧性、高且稳定的持久塑性、较好的抗氧化性和热强性、较高的抗高温腐蚀性、良好的工艺性能和物理性能。此钢具有较大的淬硬倾向，焊后空冷得到马氏体组织，焊后极易产生冷裂纹，本实施例焊前对马氏体耐热钢侧进行单边预热，能够有效消除冷裂纹产生的机率，保障焊接质量。具体地，该10cr9mo1vnb钢200的化学成分组成见下表1(其中数据均指质量百分比)。表110cr9mo1vnb钢和0cr18ni11nb钢的化学成分表钢种cmnsicrmovninbsp10cr9mo1vnb0.02-0.080.3-0.60.2-0.58.0-9.50.85-1.050.18-0.25≤0.04/≤0.01≤0.020cr18ni11nb0.04-0.1≤0.2≤0.7517-20//9.0-13.0nb+ta≤8×c≤0.03≤0.04焊接材料对于异种钢焊接质量的影响尤为重要，本实施例采用φ2mm规格的inconel82焊丝，焊丝的化学成分具体见下表2(其中数据均指质量百分比)。表2焊丝的化学成分焊丝nicmnnbsicucrtis、pinconel82670.103.02.50.50.25200.750.02本实施例经大量实践验证和理论分析，发现采用这种inconel82焊丝，使用时有助于避免焊缝熔合区产生脆裂层，从而提高焊缝塑性和韧性；能防止碳的迁移，减小扩散层；其次，该焊丝的线膨胀系数在两母材之间并接近10cr9mo1vnb钢200，能够减小异种钢焊接接头应力；还需要说明的是，该焊丝中镍的含量成分较高，材料塑性好，能有效降低碳化物稳定性，并削弱碳化物形成元素对碳的结合能力，因此能有效抑制熔合区的碳迁移现象，保障焊接质量；同时s、p含量和小于0.02％，对冷、热裂纹敏感性不强，适宜于高合金异种钢的焊接工作。本实施例中在具体焊接时采用zx7-400s(t)逆变直流焊机，利用全氩弧焊接方法，热量集中，热影响区小，且焊缝机械性能高；焊接前先清除钢管表面油污，用角向磨光机打磨坡口及附近管内外壁15-20mm，使其见金属光泽，点固焊施焊过程中严禁在非焊接部位的母材上引弧、焊接临时固定物等，防止电弧击伤母材表面，特别是损伤10cr9mo1vnb钢200侧表面，易形成表面裂纹，留下质量隐患。本焊接工艺采用全氩弧焊焊接，其中打底层301的焊接电流控制为85a，焊枪氩气流量为8l/min，钢管内充氩气流量为6l/min，焊接时对钢管内部充氮进行保护，防止焊缝背部氧化；第一盖面层302和第二盖面层303的焊接电流均为90a，焊枪氩气流量为8l/min，钢管内充氩气流量为0l/min。本实施例具体采用φ2mm规格的inconel82焊丝，而单道次的焊接宽度不大于inconel82焊丝直径的三倍，即单道次的焊接宽度不大于6mm，避免因单道焊缝过宽造成层间熔合不良，具体在本实施例中为焊丝直径的三倍。具体焊接工艺参数见下表3。表3焊接工艺参数本实施例为避免0cr18ni11nb钢100因导热系数小、线膨胀系数大而产生较大的焊接变形，采用快速焊接方式，使线能量保持在较低水平，同时采用较小的焊接规范，打底层301焊接电流85-95a，电流相对较小，并在管内充氮保护，可以防止内壁焊缝氧化，且电流的准确控制还可以避免由于铁水粘度过大造成单边未熔缺陷；盖面层开始焊接时对管内氧化没有影响，不再进行充氩保护，适当加大焊接电流，适应焊缝宽度加大、散热加快的情况，防止层间形成熔合不良缺陷，同时对电流的精确控制还能有效避免发生击穿现象。本实施例中打底层301的焊接厚度为3mm之间，盖面层(即包括第一盖面层302和第二盖面层303)的焊接高度与0cr18ni11nb钢100和10cr9mo1vnb钢200的表面高度平齐。焊接完成后根据承压设备无损检测标准nb/t47013-2015对完成的焊接接头试样进行外观检查，检查结果符合相关标准要求；进行射线检验(rt)和渗透检验(pt)，检验结果符合相关标准规定，检验结论合格，焊接质量有所保障。下面将针对具体实验对焊接接头性能进行检验。本实施例的焊接接头按照gb/t228.1-2010标准进行常温拉伸试验，采用sht4106微机控制电液伺服万能试验机进行试样拉伸试验，re0.2为305mpa，rm为620～633mpa，断后伸长率44.5～46.5％，满足相关标准规定，试验结果合格；按照gb/t2653-2008标准进行弯曲试验，未发现裂纹等，试验结果合格；按照gb/t231.1-2009标准，使用thbs-3000db直读数显电子布氏硬度计对焊接接头进行了布氏硬度试验，10cr9mo1vnb钢200侧焊缝邻近母材及热影响区的硬度在190～210hb之间，0cr18ni11nb钢100侧焊缝邻近母材、焊缝及热影响区的硬度在150～182hb之间，均满足dl/t438-2009标准对应材料的要求；对焊接试样进行金相检验，在olympusgx51金相显微镜下观察组织，金相组织无裂纹、无过烧组织、无淬硬性马氏体组织，符合相关技术标准要求，检验结果合格。本实施例的焊接工艺立足于解决现场检修工作高合金异种钢焊接问题，采用单边焊前预热和焊后不热处理的焊接工艺，经实践在检修现场锅炉受热面完成的焊口长周期运行未发现异常，设备运行稳定，是一种可靠的异种钢现场焊接的先进操作方法；其次，该焊接工艺焊前预热工序简单，而且不包括焊后热处理程序，完成每个焊口节约用时约24小时，根据600mw机组额定工况计算，工期每提前1天(24小时)，就可以减少电量损失1440万kwh；省力省时，效率较高，符合机组检修周期特点，比较适合现场实际焊接作业要求，缩短了电厂机组检修周期，节约了大量时间，实现质量与效益双赢，在发电量竞争日趋激烈的现实条件下显得至关重要。实施例2本实施例的一种0cr18ni11nb与10cr9mo1vnb异种钢焊接工艺，基本同实施例1，所不同的是，本实施例中：步骤一、开设坡口：在0cr18ni11nb钢100和10cr9mo1vnb钢200的接头处开设y形坡口；该y形坡口的单面坡口角度α为35°，坡口下方的顿口段厚度l2为1.5mm；0cr18ni11nb钢100和10cr9mo1vnb钢200之间的对口间隙l1为4mm，步骤二、单边预热：对10cr9mo1vnb钢200的预热温度为120℃，预热范围为沿长度方向150mm；步骤三、焊接作业：采用inconel82焊丝对接头进行双层三道次焊接，单道次的焊接宽度为inconel82焊丝直径的二倍；采用的inconel82焊丝中ni含量(质量百分比)为65％；其中打底层301的焊接电流控制为90a，焊枪氩气流量为10l/min，钢管内充氩气流量为7l/min，第一盖面层302和第二盖面层303的焊接电流均为95a，焊枪氩气流量为10l/min，钢管内充氩气流量为0l/min；打底层301的焊接厚度为2.8mm，第一盖面层302和第二盖面层303的焊接高度超出0cr18ni11nb钢100和10cr9mo1vnb钢200的表面高度0.5mm。实施例3本实施例的一种0cr18ni11nb与10cr9mo1vnb异种钢焊接工艺，基本同实施例1，所不同的是，本实施例中：步骤一、开设坡口：在0cr18ni11nb钢100和10cr9mo1vnb钢200的接头处开设y形坡口；该y形坡口的单面坡口角度α为33°，坡口下方的顿口段厚度l2为1.2mm；0cr18ni11nb钢100和10cr9mo1vnb钢200之间的对口间隙l1为3.5mm，步骤二、单边预热：对10cr9mo1vnb钢200的预热温度为110℃，预热范围为沿长度方向120mm；步骤三、焊接作业：采用inconel82焊丝对接头进行双层三道次焊接，单道次的焊接宽度为inconel82焊丝直径的一倍；采用的inconel82焊丝中ni含量(质量百分比)为66％；其中打底层301的焊接电流控制为95a，焊枪氩气流量为12l/min，钢管内充氩气流量为8l/min，第一盖面层302和第二盖面层303的焊接电流均为100a，焊枪氩气流量为12l/min，钢管内充氩气流量为0l/min；打底层301的焊接厚度为3mm，第一盖面层302和第二盖面层303的焊接高度超出0cr18ni11nb钢100和10cr9mo1vnb钢200的表面高度0.2mm。以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。当前第1页12