Welding & Cutting焊接与切割Q345R（R-HIC）抗氢钢的焊接工艺研究赵卫君1，2，徐祥久1，21.哈尔滨锅炉厂有限责任公司 黑龙江哈尔滨 1500462.高效清洁燃煤电站锅炉国家重点实验室 黑龙江哈尔滨 150046摘要：根据Q345R（R-HIC）抗氢钢的焊接性分析，选择相匹配的焊接材料，采用焊条电弧焊和埋弧焊的组合焊接工艺进行焊接，并对焊接接头进行力学性能、抗氢致开裂（HIC）及抗硫化物应力开裂（SSC）试验。结果表明：焊接接头力学性能合格，HIC及SSC试验满足产品要求。该焊接工艺已成功应用于产品制造中，达到了预期效果。关键词：Q345R（R-HIC）；焊接接头；HIC；SSC1 序言某煤焦油加氢项目高压分离器设备，工作介质含有H2S和水，属于湿硫化氢腐蚀环境，主体材料选用Q345R（R-HIC）抗氢钢。Q345R（R-HIC）抗氢钢是在Q345R钢基础上开发的具有抗氢诱导开裂（HIC）和抗硫化物应力开裂能力（SSC）的钢[1]。此钢在满足Q345R钢力学性能要求的基础上，需按GB/T 8650—2015进行HIC试验，即在含饱和H2S的氯化钠醋酸溶液中暴露规定的时间后，CLR（开裂长度比）≤5%，CTR（开裂厚度比）≤1.5%，CSR（开裂敏感性比）≤0.5%；按GB/T 4157—2017中A法进行SSC试验，门槛应力≥247MPa。Q345R（R-HIC）抗氢钢焊接接头的力学性能、HIC及SSC试验均需满足母材要求。通过制定Q345R（R-HIC）抗氢钢焊接工艺进行焊接试验，对焊接接头进行性能试验，验证焊接工艺的合理性，从而指导产品的生产。2 试验材料及方法（1）试验材料 选用Q345R（R-HIC）钢板，规格为800mm×200mm×92mm。其化学成分、力学性能及腐蚀试验结果分别见表1、表2。（2）试验方法 试验采取板对接形式，其焊接坡口如图1所示，焊接方法为焊条电弧焊（SMAW）+埋弧焊（SAW）的组合工艺，V形坡口侧采用焊条电弧焊焊接，U形坡口侧采用埋弧焊焊接。图1 焊接坡口注：α为V形坡口角度；β为U形坡口面角度；b为根部间隙；p为钝边；R为U形坡口根部半径；H为V形坡口深度；δ为工件厚度。表1 Q345R（R-HIC）的化学成分（质量分数） （%）C0.18Si0.25Mn1.25P0.006S0.001Cr0.06Al0.039Mo0.003Ti0.002Cu0.01Nb0.022Ni0.04V0.04表2 Q345R（R-HIC）力学性能及腐蚀试验抗拉强度/MPa490~620屈服强度/MPa≥305冲击吸收能量（-30℃）/J≥34弯曲试验无裂纹硬度HV10≤210HIC、SSC试验合格262020年 第8期 www.mw1950.com热加工3 焊接工艺（1）焊接性分析 Q345R（R-HIC）抗氢钢通过在化学成分上Mn含量，严格控制S、P含量来满足抗氢要求。根据国际焊接学会推荐的碳当量公式，通过表1化学成分计算Q345R（R-HIC）抗氢钢的碳当量为0.41%。由此可知，该钢的淬硬倾向不大，焊接性良好，但由于钢板厚度较大，因此需采取焊前预热及焊后热处理措施。（2）焊接材料 目前，抗氢钢的焊接材料尚没有国家标准，焊接材料厂家一般按钢材的要求研制对应的焊材，以满足钢材的化学成分和力学性能要求[2]。本试验选用的焊接材料与焊接参数见表3。表3 焊接材料与焊接参数焊接方法焊接材料规格种类焊接电电弧电焊接速度φ/mm极性流/A压/V/cm·min-1SMAWCHE507SHA5.0DCEP180~22024~3014~20SAWCHF102SHCHW-SH/4.0DCEP600~65030~3340~46（3）焊接工艺 按表3焊接参数进行焊接试验。焊前预热150℃以上，层间温度控制在150~300℃，焊后立即进行（200~250）℃×2h热处理。按NB/T 47013—2015对试板进行100%MT+100%UT检测合格，再进行（615±15）℃×10h的去应力退火。4 试验结果与分析按标准要求制取力学性能试样及HIC、SSC试样，进行力学性能及抗腐蚀性能试验。（1）室温拉伸试验 对焊接接头进行室温拉伸试验，试样尺寸满足GB/T 2651—2008的要求。结果如图2所示，抗拉强度大于母材下限490MPa，屈服强度大于母材下限305MPa，但焊条电弧焊的抗拉强度及屈服强度比埋弧焊稍低。（2）弯曲试验 按照NB/T 47014—2011制取侧图2 焊接接头抗拉强度及屈服强度Welding & Cutting焊接与切割弯试样，弯曲条件为：d=4a、180°，弯曲性能全部合格，表明焊接接头具有良好的塑韧性。（3）夏比冲击试验 按照NB/T 47014—2011制取焊接接头冲击试样，进行－30℃冲击试验，试样尺寸为10mm×10mm×55mm，冲击试验结果如图3所示，焊缝的冲击吸收能量比母材低，但均满足＞34J的要求。图3 焊接接头冲击吸收能量（4）硬度试验 对焊接接头进行HV10硬度检测，焊缝、热影响区及母材硬度如图4所示，埋弧焊焊缝及热影响区硬度值接近母材要求上限210HV10。图4 焊接接头硬度值（5）HIC试验 按GB/T 8650—2015标准制取尺寸为20mm×20mm×100mm的试样，在饱和H2S的氯化钠醋酸溶液中暴露96h，HIC试验表面形貌如图5所示。根据图5试样表面形貌，通过标准方法进行收集计算，结果为CLR≤5%，CTR≤1.5%，CSR≤0.5%，结果合格。图5 HIC试验试样表面形貌热加工2020年 第8期www.mw1950.com27Welding & Cutting焊接与切割P91与P22低匹配材料的焊接接头研究武云龙1，徐祥久1，21.哈尔滨锅炉厂有限责任公司 黑龙江哈尔滨 1500462.高效清洁燃煤电站锅炉国家重点实验室 黑龙江哈尔滨 150046摘要：采用低匹配焊接材料对P91和P22异种钢进行焊接试验，研究焊接接头的微观组织、常温力学性能和高温力学性能。结果表明：常温状态下焊接接头拉伸、弯曲和冲击等力学性能均满足要求，接头组织出现了大块的铁素体带。因此，选择低匹配焊接材料焊接P91和P22，在长期运行的电站锅炉承压部件中会存在一定隐患。关键词：P91；P22；低匹配；焊接接头；组织1 序言因为国内电站锅炉超临界、超超临界技术的发展迅速，对材料的要求也不断提升，所以SA-335P91（以下简称P91）大口径钢管在国内外火力发电机组中得到了广泛应用。在国外的锅炉项目中，采用ASME标准的材料居多，因此在过热器集箱及管道等结构中常见P91和SA-335P22（以下简称P22）材料异种钢焊接接头。目前，国内外对异种钢焊接多采用与P91母材化学成分相当的高匹配焊材。P91属于马氏体耐热钢，具有优良的高温强度和抗高温氧化性[1，2]，但由于合金元素含量较高，因此焊接性较差。P22中含有Cr、Mo、Mn等合金元素，淬硬性显著提高，焊接过程中很容易导致热影响区硬化、焊后冷裂纹的产生[3，4]。P91和P22异种钢的焊接接头容易出现淬硬倾向并产生裂纹，接头区域容易出现碳迁移的问题。因为熔合区化学成分差异较大，所以熔合区两侧容易产生增碳和脱碳现象，P91侧产生粗大的碳化物，P22侧形成较宽的脱碳层，形成低强度脆性接头。因此，研究P91与P22焊接接头的性能，了解其接头的组织形貌，对于国内外锅炉机组的应用具有重要意义和实用价值。（6）SSC试验 按照GB/T 4157—2017中的A法进行SSC试验，试样在饱和H2S中浸蚀720h，加载应力247MPa，试样表面形貌如图6所示，用10倍放大镜观察试样断面，均没有裂纹。接材料、焊接参数等，获得了力学性能、HIC和SSC试验均合格的焊接接头，证明此焊接工艺合理。2）此焊条电弧焊+埋弧焊的组合焊接工艺已成功用于产品生产，焊接质量满足要求。参考文献：[1] 孙华鹏.Q345R（HIC）钢与SA-516钢的比较与应用[J].石油化工设备，2011（5）：87-.[2] 莫志豪，丁键，廖禄海. 16MnR（HIC）钢焊接接头抗氢致裂纹的试验研究[J].金属加工（热加工），2008（4）：57-59，63.20200418图6 SSC试验试样表面形貌5 结束语1）对于Q345R（R-HIC）抗氢钢，选择合适焊282020年 第8期 www.mw1950.com热加工
