摘要：公司第一次接触12Cr2Mo1Ⅳ铬钼钢与Q345R不锈钢的焊接，制定了焊接工艺评定，该文分析了此类异种材料焊接产生延迟性裂纹的原因，进行焊接性试验、制定返修方案，组织专家进行论证，后经无损检测和热处理及硬度检测，返修最终成功，为今后施工提供借鉴。
关键词：异种钢焊接、延迟裂纹、焊后热处理
1. 前言
公司承接的延安煤油气资源综合利用项目40万吨/年轻油加工利用装置，采用了催化裂解及烯烃分离工艺，生产符合下游HDPE和PP装置要求的聚合级乙烯和丙烯。此装置采用了美国KBR公司ACO工艺技术，ACO转化器（位号0600-R01）是其核心设备。主要受压材质为Q345R，操作介质为烟气、油气和催化剂。
壳体焊缝B15（沉降器锥体与三叉锻件组对缝）两侧母材为Q345R（沉降器锥体厚度28mm）和12Cr2Mo1Ⅳ（三叉锻件厚度139mm削边至28mm）。焊缝标高35795mm 直径Φ4250mm，长度约为13300mm左右。这两种材质焊接接头，公司无焊接经验，因而针对此情况组织技术力量进行焊接工艺评定试验，目的是为了提高焊接接头性能。后实际焊接未按工艺要求进行焊接，出现延迟裂纹。项目部组织分析产生延迟裂纹原因，在现场进行了焊接性模拟试验，组织焊工进行返修，最终返修成功。12Cr2Mo1Ⅳ属于Fe5A材质，Q345R属于Fe-1-2材质，由于12Cr2Mo1Ⅳ铬钼钢与Q345R的物理性能和化学成分都有着较大区别，二者组成的接头焊接性较差。这就要求对如何选择焊接材料及优化焊接工艺参数进行深入研究。
2. 原因分析
在正式返修前，项目部参与调查分析原因：
2.1、12Cr2Mo1Ⅳ碳当量大于0.6%，其脆硬化倾向严重，焊接性比较差，尤其是有一定量的Cr、Mo和其它一些合金元素，都能显著提高钢的淬硬性，所以在热影响区会产生硬脆的马氏体组织，很容易造成冷裂纹即延迟裂纹[1]。
2.2、由于工期紧，班组赶工。此焊缝大坡口（外侧）焊接基本一天焊接完成，焊工焊接速度过快，电流过大导致焊接线能量小，熔池稀释，合金元素偏析。
3. 返修详细过程
项目部经过分析调查，经过精心组织安排，委托焊接经验丰富的4名焊工进行返修，委托焊培热处理专业人员进行焊后热处理，并委托技术中心邀请专家对焊后热处理强度进行专家论证。正式返修具体措施及步骤如下：
3.1、对锻件部位搭设脚手架及防风棚，使用防火帆布进行周圈维护，保证返修部位焊接环境符合要求。
3.2、制作专项现场模拟返修焊接性试验：焊接热处理在ACO现场施工，理化试验在杨凌西宇公司理化实验室进行。模拟返修焊接性试验理化试验结果强度符合标准要求。
3.3、对缺陷位置的母材、焊材以及热影响区进行光谱分析，确定母材、焊材是否存在问题；
3.4、结合焊缝施工情况，拟定此次返修进行整口返修，目的就是为了将目前焊缝中的存在的质量隐患一并消除。返修时先返修里侧焊缝，再返修外侧焊缝。每侧焊缝返修焊接分两次进行，先将焊缝周长八等分，四个焊工均布对称返修，每个焊工返修焊接1.7m左右。
3.5、对B15内侧焊缝进行碳弧气刨和磨光机打磨清根，温度30-40度左右，使用磨光机将氧化铁及渗碳层打磨干净，焊缝里口气刨清根深度16~18mm，宽度20~25mm，剩余厚度在外侧返修时清理干净，焊缝始终处于预热状态；外侧焊缝的返修工艺同内侧。
3.6、本次返修焊材使用CHE507RH低氢型焊材，焊材直径Φ3.2mm。
3.7、此次为了使得焊缝的扩散氢能够充分逸出，避免裂纹产生，焊接完成后立即进行后热，后热温度350℃，保温时间4小时。期间对外侧加热并在里口使用保温棉包裹；
3.8、焊接24小时后进行射线检测，同时在焊缝内侧进行一次超声和磁粉检测，通过以上三种检测方式相结合保证焊缝返修合格。
3.9、射线检测合格后开始进行热处理施工，此次热处理为整体焊缝热处理，热处理恒温温度690±10℃，保温时间2小时。
3.10、热处理后对整道焊缝外表面打磨，进行射线检测、磁粉检测、超声检测，防止热处理出现裂纹等缺陷，全部合格后进行硬度检测，确保热处理后性能合格。
3.11、此次返修具体流程如下：
首先碳弧气刨里口对称四段，PT检测确定无缺陷后四名焊工同时焊接里口四段；焊完立即消氢：保温温度300-350℃，保温4h；里口四段处理完后，碳弧气刨里口剩余对称四段，PT检测无缺陷后四名焊工同时焊接里口剩余对称四段；焊后立即消氢；外部返修工艺同里口。全部处理完进行单侧UT+MT检测合格；全部焊后24h以后进行RT检测，拍片全部合格。
热处理准备工作：依据技术中心组织的延能化ACO反应器B15焊缝热处理论证会提出的热处理要求进行落实：依据NB/T47015-2011《压力容器焊接规程》表5 焊后热处理推荐规范中规定：当不能按照本表规定的最低保温温度进行焊后热处理时，最低保温温度可以降低30℃[2]，但保温时间得延长。后联系设计院，设计院反馈，据有关文献报道，降低温度热处理焊缝有热裂纹倾向。故热处理工艺仍按原热处理保温温度执行。热处理前利用450t吊车提升，且保证不低于100t的提升力。现场实际提升力为113.8t。
热处理时保温棉包裹图片见图1，热处理曲线如图2所示：
图1 外口保温棉 图2：ACO转化器B15返修热处理曲线
热处理后进行MT+单面UT检测合格；后进行RT检测，拍片合格。无损检测完毕后对焊缝硬度检测：每隔500mm测一处，每处测焊缝、12CrMo1Ⅳ热影响区及母材。硬度检测合格。
4.结语
4.1对于12Cr1MoV与Q345R异种钢焊接及热处理，应严格按照焊接及热处理工艺执行，否则会出现延迟裂纹。
4.2对于延迟裂纹的返修，则应在保证强度的基础上进行，返修前由设计院进行设计强度分析，并进行现场焊接返修模拟性试验，按照工艺要求进行返修。这次对延迟裂纹处理过程积累的经验，对今后再次焊接施工此类异种材料提供了非常有益的借鉴，会有助于提高焊接成功率，经过不断分析总结，掌握12CrMo1Ⅳ及Q345R异种材质焊接及热处理控制措施。
参考文献：
[1] 邓义刚等。国际焊接工程师培训教程[M]。2011:9/10。
[2] 戈兆文等。NB/T47015-2011 《压力容器焊接规程》。2011:107。
作者简介：王东林，工程师，从事焊接管理工作。