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1、(10)申请公布号 CN 103084718 A (43)申请公布日 2013.05.08 CN 103084718 A *CN103084718A* (21)申请号 201210236783.4 (22)申请日 2012.07.09 B23K 9/23(2006.01) B23K 9/16(2006.01) B23K 9/18(2006.01) B23K 33/00(2006.01) (71)申请人 上海月月潮钢管制造有限公司 地址 200949 上海市宝山区罗径开发区长虹 路 288 号 (72)发明人 刘奎 韦再生 陈斌 李友胜 冯清振 梁启山 (74)专利代理机构 上海智信专利代理有限。
2、公司 31002 代理人 胡美强 (54) 发明名称 10CrMo9-10 钢的焊接方法 (57) 摘要 本发明公开了一种 10CrMo9-10 钢的焊接方 法， 所述方法包括， 步骤 S1： 将焊接坡口加工为 X 型坡口， 用铣边机将待焊件进行铣削加工， 坡口角 度为70， 对所述坡口及其内外壁两侧25mm范围 内进行清理， 直至露出金属光泽 ； 步骤 S2： 用混合 气保护焊方式对待焊件进行定位层的焊接 ； 步骤 S3： 用混合气保护焊方式对待焊件进行打底层的 焊接 ； 步骤 S4： 用双丝埋弧焊的方式对待焊件进 行填充层和盖面层的焊接 ； 步骤 S5： 将焊件进行 回火消应力处理， 回火。
3、温度为 680 730。本发 明方法下焊接的焊接接头具备与母材基本相同的 高温持久强度、 蠕变极限、 物理性能、 抗氢性、 抗氧 化性和抗脆断性， 同时又能有效防止冷裂和具备 较高的生产效率， 大大提高了该钢材焊接工艺。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103084718 A CN 103084718 A *CN103084718A* 1/1 页 2 1. 一种 10CrMo9-10 钢的焊接方法， 其特征在于， 所述方法包括， 。
4、步骤 S1： 将焊接坡口加工为 X 型坡口， 用铣边机将待焊件进行铣削加工， 坡口角度为 70， 对所述坡口及其内外壁两侧 25mm 范围内进行清理， 直至露出金属光泽 ； 步骤 S2： 用混合气保护焊方式对待焊件进行定位层的焊接 ； 步骤 S3： 用混合气保护焊方式对待焊件进行打底层的焊接 ； 步骤 S4： 用双丝埋弧焊的方式对待焊件进行填充层和盖面层的焊接 ； 步骤 S5： 将焊件进行回火消应力处理， 回火温度为 680 730。 2.如权利要求1所述的焊接方法， 其特征在于 ： 在步骤S1中， 确认坡口错边量1.5mm， 焊接部位及其边缘 25mm 范围内无缺陷。 3.如权利要求1所述的。
5、焊接方法， 其特征在于 ： 在步骤S1中， 待焊件的钝边厚度为3mm， 外坡口的竖直高度为待焊件总厚度的二分之一。 4. 如权利要求 1 所述的焊接方法， 其特征在于 ： 在步骤 S2中， 使用 Ar、 CO2混合气体进 行保护焊焊接。 5.如权利要求4所述的焊接方法， 其特征在于 ： 在步骤S2中， 焊接材料与正式施焊时相 同， 焊接电流比正常焊接时的电流大 20 40A， 焊缝长度大于 55mm， 焊缝宽度、 厚度均匀。 6. 如权利要求 5 所述的焊接方法， 其特征在于 ： 在步骤 S2中， 焊前进行预热， 预热温度 为 200 240， 预热宽度为焊件壁厚的 4.5 倍以上且不小于 1。
6、50mm。 7. 如权利要求 1 所述的焊接方法， 其特征在于 ： 在步骤 S3中， 使用 Ar、 CO2混合气体进 行保护焊焊接， 焊前进行预热， 预热温度为 200 240， 预热宽度大于 150mm。 8. 如权利要求 7 所述的焊接方法， 其特征在于 ： 在步骤 S3中， 焊丝选用 ISO17634-A CrMo2Mn 型号焊丝， 直径 1.2mm， 混合气体比例为 Ar:CO2=82%:18%， 气体流量为 17 22L/ min， Ar 纯度在 99.95% 以上 ； 焊接电弧电压为 24 28V， 焊接电流为 220 260A， 焊接速度 为 24 28cm/min， 打底焊层厚。
7、度控制在 3.5 5mm 范围内。 9. 如权利要求 1 所述的焊接方法， 其特征在于 ： 在步骤 S4中， 焊前进行预热， 预热温度 为200240， 预热宽度为焊件壁厚的4.5倍以上且不小于150mm ； 层间温度控制为180 280。 10. 如权利要求 9 所述的焊接方法， 其特征在于 ： 在步骤 S4中， 采用双丝埋弧自动焊焊 接， 前丝焊接电源为直流电源， 反接形式， 后丝为交流电源 ； 焊丝选用 ISO17634-A CrMo2Mn 型号焊丝， 直径为 3.2mm， 配合 SJ101 焊剂， 焊接覆盖厚度为 25 35mm ； 焊接电弧电压 ： 前 丝 29 31V， 后丝 36。
8、 38V ； 焊接电流 ： 前丝 600 650A， 后丝 550 600A; 焊接速度为 120cm/min ； 每层填充金属厚度为 5.0 6.0mm。 11. 如权利要求 1 至 10 任一项所述的焊接方法， 其特征在于 ： 导电嘴到焊接点之间的 焊丝长度为 ： 混合气保护焊为1419mm， 埋弧焊为2226mm ； 焊丝伸出后前丝中心与后丝 中心连线与坡口纵向平行， 焊点间距为 18 22mm。 12. 如权利要求 6 或 9 所述的焊接方法， 其特征在于 ： 预热采用电加热片方式加热。 权 利 要 求 书 CN 103084718 A 2 1/4 页 3 10CrMo9-10 钢的焊。
9、接方法 技术领域 0001 本发明涉及一种焊接方法， 特别涉及一种应用于 10CrMo9-10 钢的焊接方法。 背景技术 0002 随着热电站工业、 化工行业的迅猛发展， 应用于较高温度 （350 600） 的容 器、 管道需求也越来越大。传统的管道使用的材料如 Q345B、 L360MB 等钢材， 由于其没有足 够的热强性 （高温持久强度或蠕变强度） 及足够的坑氧化性和耐腐蚀性， 已经不能胜任热电 站等使用温度较高的工程或部位。而在使用热强钢焊接生产时， 多合金化的热强钢具有较 大的冷裂倾向。为避免冷裂， 传统的焊接多用焊条电弧焊、 气体保护焊、 单丝埋弧焊。这些 焊接方式生产效率低。 这样。
10、， 对于需求量越来越大的热强钢而言， 高生产率的多丝埋弧焊技 术具有广阔的应用前景。 0003 EN 10028-2 10CrMo9-10 系欧洲标准的钢种， 它通过加入 Mo、 Mn、 Cr 等元素实现固 溶强化， 提高了蠕变抗力和持久强度， 同时提高了抗氧化性 ； 通过加入 V、 Ti、 Nb 等元素， 形 成高温时稳定细小的碳化物， 分布在晶粒的滑移面上， 阻碍位错运动， 实现高温强化 ； 通过 减少钢中的有害半生元素 S、 P， 实现净化晶界， 提高晶界强度 ； 通过正火处理使晶粒均匀分 布， 适中的晶粒度， 减少高温时的晶界面积。其化学成分和机械性能如下 ： 0004 0005 00。
11、06 高温下 0.2% 屈服强度最低值 说 明 书 CN 103084718 A 3 2/4 页 4 0007 0008 该种钢材添加了较多的 Mo、 Cr 元素， 显著提高的钢的淬硬性， 降低了钢的临界冷 却速度， 冷裂倾向大， 焊接时易产生冷裂纹 ； 钢中的 S、 P 含量控制得很低， 热裂纹产生倾向 小。现有技术中， 钢种的焊接接头与母材的等强性 （基本相等的高温持久强度和蠕变极限） 、 物理均匀性 （与母材基本相同的物理性能） 和热稳定性 （与母材基本相同的抗氢性和抗氧化 性） 、 抗脆断性 （常温下做 1.5 倍工作压力的水压试验） 有时难以保证， 技术人员必须保证焊 接质量、 避免。
12、产生冷裂纹， 同时还要保持较高的生产率。 本领域的技术人员致力于提供一种 焊接方法， 使焊接接头具备与母材基本相同的高温持久强度和蠕变极限、 物理性能、 抗氢性 和抗氧化性、 抗脆断性， 同时又能有效防止冷裂和具备较高的生产效率。 发明内容 0009 本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中 10CrMo9-10 型钢在焊接后焊缝 和热影响区的高温持久强度和蠕变极限、 物理性能、 抗氢性和抗氧化性、 抗脆断性与母材难 以相近的不足， 提供一种 10CrMo9-10 型钢的焊接方法， 协助施工人员高质量地完成焊接作 业。 0010 本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的 ： 0011 一。
13、种 10CrMo9-10 钢的焊接方法， 其特点在于， 所述方法包括， 0012 步骤 S1： 将焊接坡口加工为 X 型坡口， 用铣边机将待焊件进行铣削加工， 坡口角度 为 70， 对所述坡口及其内外壁两侧 25mm 范围内进行清理， 直至露出金属光泽 ； 0013 步骤 S2： 用混合气保护焊方式对待焊件进行定位层的焊接 ； 0014 步骤 S3： 用混合气保护焊方式对待焊件进行打底层的焊接 ； 0015 步骤 S4： 用双丝埋弧焊的方式对待焊件进行填充层和盖面层的焊接 ； 0016 步骤 S5： 将焊件进行回火消应力处理， 回火温度为 680 730， 这样可消除焊接 残余应力， 降低焊缝。
14、及热影响区的硬度， 同时改善焊接接头组织， 提高综合力学性能、 高温 蠕变极限和组织的稳定性。 0017 较佳地， 在步骤S1中， 确认坡口错边量1.5mm， 焊接部位及其边缘25mm范围内无 缺陷。 0018 较佳地， 在步骤 S1中， 待焊件的钝边厚度为 3mm， 外坡口的竖直高度为待焊件总厚 度的二分之一。 0019 较佳地， 在步骤 S2中， 使用 Ar、 CO2混合气体进行保护焊焊接。 0020 较佳地， 在步骤 S2中， 焊接材料与正式施焊时相同， 焊接电流比正常焊接时的电流 大 20 40A， 焊缝长度大于 55mm， 焊缝宽度、 厚度均匀。 说 明 书 CN 103084718。
15、 A 4 3/4 页 5 0021 较佳地， 在步骤S2中， 焊前进行预热， 预热温度为200240， 预热宽度为焊件壁 厚的 4.5 倍以上且不小于 150mm。 0022 较佳地， 在步骤 S3中， 使用 Ar、 CO2混合气体进行保护焊焊接， 焊前进行预热， 预热 温度为 200 240， 预热宽度大于 150mm。 0023 较佳地， 在步骤 S3中， 焊丝选用 ISO17634-A CrMo2Mn 型号焊丝， 直径 1.2mm， 混合 气体比例为 Ar:CO2=82%:18%， 气体流量为 17 22L/min， Ar 纯度在 99.95% 以上 ； 焊接电弧 电压为 24 28V，。
16、 焊接电流为 220 260A， 焊接速度为 24 28cm/min， 打底焊层厚度控制 在 3.5 5mm 范围内。 0024 较佳地， 在步骤S4中， 焊前进行预热， 预热温度为200240， 预热宽度为焊件壁 厚的 4.5 倍以上且不小于 150mm ； 层间温度控制为 180 280 ； 0025 较佳地， 在步骤 S4中， 采用双丝埋弧自动焊焊接， 前丝焊接电源为直流电源， 反接 形式， 后丝为交流电源 ； 焊丝选用ISO17634-A CrMo2Mn型号焊丝， 直径为3.2mm， 配合SJ101 焊剂， 焊接覆盖厚度为2535mm ； 焊接电弧电压 ： 前丝2931V， 后丝363。
17、8V ； 焊接电流 ： 前丝 600 650A， 后丝 550 600A; 焊接速度为 120cm/min ； 每层填充金属厚度为 5.0 6.0mm。 0026 较佳地， 导电嘴到焊接点之间的焊丝长度为 ： 混合气保护焊为 14 19mm， 埋弧焊 为 22 26mm ； 焊丝伸出后前丝中心与后丝中心连线与坡口纵向平行， 焊点间距为 18 22mm。 0027 较佳地， 预热采用电加热片方式加热。 0028 本发明中， 上述优选条件在符合本领域常识的基础上可任意组合， 即得本发明各 较佳实施例。 0029 本发明的积极进步效果在于 ： 焊接接头具备与母材基本相同的高温持久强度和蠕 变极限、 。
18、物理性能、 抗氢性和抗氧化性、 抗脆断性， 同时又能有效防止冷裂和具备较高的生 产效率， 大大提高了该钢材焊接工艺。 附图说明 0030 图 1 为本发明的一个具体实施例下的两个待焊件平置待焊的位置示意图。 具体实施方式 0031 本发明的实施例将参照附图进行说明。在说明书附图中， 具有类似结构或功能的 元件或装置将用相同的元件符号表示。附图只是为了便于说明本发明的各个实施例， 并不 是要对本发明进行穷尽性的说明， 也不是对本发明的范围进行限制。 0032 图 1 示出了本发明的一个具体实施例下的两个待焊件示意性位置。下面参考附 图， 介绍本发明所述的焊接方法， 其包括以下步骤 ： 0033 。
19、步骤 110， 技术人员将两个 10CrMo9-10 钢待焊件水平放置， 将焊接坡口加工为 X 型坡口， 用铣边机将待焊件进行铣削加工， 坡口角度为 70（单边 35） ， 对所述坡口及其 内外壁两侧 25mm 范围内进行清理， 直至露出金属光泽。在一个较佳实施例中， 待焊件的钝 边厚度为 3mm， 外坡口的竖直高度为钢板总体厚度的二分之一。在焊接前， 确认坡口错边量 1.5mm， 焊接部位及其边缘25mm范围内无缺陷。 本领域的技术人员可以理解， 待焊件的具 说 明 书 CN 103084718 A 5 4/4 页 6 体焊接尺寸可以随着实际工况而做适当调整。 0034 步骤 120， 使用。
20、 Ar、 CO2混合气体以保护焊方式进行定位焊的焊接。焊接材料与正 式施焊时相同， 焊接电流比正常焊接时的电流大 20 40A， 焊缝长度大于 55mm， 焊缝宽度、 厚度均匀。 焊前进行预热， 预热采用电加热片方式加热， 预热温度为200240， 预热宽度 为焊件壁厚的 4.5 倍以上且不小于 150mm。定位焊的焊接电源可以为时代 NBC-500。本领 域的技术人员可以理解， 混合气体保护焊也可以使用别的合适的气体进行焊接。 0035 步骤 130， 使用 Ar、 CO2混合气体以保护焊方式进行打底层 10 的焊接。进行保护 焊焊接前进行预热， 预热采用电加热片方式加热， 预热温度为 20。
21、0 240， 预热宽度大于 150mm。在一个较佳实施例中， 焊丝选用 ISO17634-ACrMo2Mn 型号焊丝， 直径 1.2mm， 混合气 体比例为 Ar:CO2=82%:18%， 气体流量为 17 22L/min， Ar 纯度在 99.95% 以上 ； 焊接电弧电 压为 24 28V， 焊接电流为 220 260A， 焊接速度为 24 28cm/min， 打底焊层厚度控制在 3.5 5mm 范围内。 0036 步骤140， 用双丝埋弧焊的方式对待焊件进行填充层20和盖面层30的焊接。 焊前 进行预热， 预热温度为200240， 预热宽度为焊件壁厚的4.5倍以上且不小于150mm ； 。
22、层 间温度控制为 180 280； 在一个较佳实施例中， 前丝焊接电源为直流电源， 反接形式， 后 丝为交流电源 ； 焊丝选用 ISO17634-A CrMo2Mn 型号焊丝， 直径为 3.2mm， 配合 SJ101 焊剂， 焊接覆盖厚度为2535mm ； 焊接电弧电压 ： 前丝2931V， 后丝3638V ； 焊接电流 ： 前丝 600 650A， 后丝 550 600A; 焊接速度为 120cm/min ； 每层填充金属厚度为 5.0 6.0mm。 前丝的焊接电源可以为林肯 DC-1500 型号， 后丝的焊接电源可以为林肯 AC-1200 型号。 0037 焊件焊后进行回火， 温度 680。
23、 730， 可消除焊接残余应力， 降低焊缝及热影响 区的硬度， 同时改善焊接接头组织， 提高综合力学性能、 高温蠕变极限和组织的稳定性。 0038 本领域的技术人员可以理解， 具体预热方式不限， 只要能够达到预热要求均可适 用。 在一个较佳实施例中， 导电嘴到焊接点之间的焊丝长度为 ： 混合气保护焊为1419mm， 埋弧焊为 22 26mm ； 焊丝伸出后前丝中心与后丝中心连线与坡口纵向平行， 焊点间距为 18 22mm。 0039 本发明采用适中的热输入和多层多道焊， 设定气体流量和焊接速度 ； 采用较快的 焊接速度， 减少热影响区的高温停留时间， 避免钢材高温奥氏体的过热区过大， 晶粒成长。
24、过 于粗大， 良好控制焊缝及热影响区的性能， 通过焊后进行回火处理， 可消除焊接残余应力， 降低焊缝及热影响区的硬度， 同时改善焊接接头组织， 提高综合力学性能、 高温蠕变极限和 组织的稳定性。使其与母材的基本等强、 相近的物理性、 热稳定性、 抗脆断性。其中焊接层 数随母材厚度的变化而变化。 0040 本领域的技术人员可以理解， 本技术方案可以不仅使用在 10CrMo9-10 钢的埋弧 焊焊接作业上， 同样可以适用于其它特殊钢种的焊接作业。 0041 虽然以上描述了本发明的具体实施方式， 但是本领域的技术人员应当理解， 这些 仅是举例说明， 本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背 离本发明的原理和实质的前提下， 可以对这些实施方式做出多种变更或修改， 但这些变更 和修改均落入本发明的保护范围。 说 明 书 CN 103084718 A 6 1/1 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 103084718 A 7 。