2023年12月18日发(作者：)

28CrMoNiV与25Cr2Ni4MoV异种转子钢焊接接头性能研究

蔡雄军;冷进明;熊建坤

【摘 要】为充分发挥不同材料在不同运行条件下的优势,采用埋弧焊(SAW)堆焊过渡层,采用窄间隙钨极氩弧焊(NG-TIG)和窄间隙埋孤焊(NG-SAW)组合焊接方法将28CrMoNiV和25Cr2Ni4MoV进行连接以满足汽轮机转子工况的需求,对异种钢焊接接头进行了拉伸、弯曲、硬度、冲击试验.结果表明:焊接接头的抗拉强度低于两种母材,断裂位置位于过渡层,焊接接头硬度236～375 HV,在-40℃、O℃和40℃温度条件下,焊接接头的韧性依次为BM2、HAZ-1、HAZ-2、SAW焊缝、BM-1.

【期刊名称】《电焊机》

【年(卷),期】2018(048)008

【总页数】7页(P114-120)

【关键词】异种转子钢;焊接接头;NG-TIG;NG-SAW;性能

【作 者】蔡雄军;冷进明;熊建坤

【作者单位】东方汽轮机有限公司,四川德阳618200;东方汽轮机有限公司,四川德阳618200;东方汽轮机有限公司,四川德阳618200

【正文语种】中 文

【中图分类】TG457.11

0 前言

转子作为汽轮机的核心部件，它的发展对汽轮机乃至整个发电装备起到了重要的支撑作用。整体转子尺寸大，锻件制造困难，生产周期长，供货渠道少，焊接转子能够部分解决大型整体转子制造过程中的诸多难题。但焊接转子制造技术要求非常高，不仅要满足与整锻转子具有的强度、韧性、优良的热强性和耐腐蚀性，还要保证焊接接头的综合力学性能、疲劳性能、应变腐蚀性能等关键指标[1]。

随着材料的不断发展，人们对材料的使用性能要求越来越高，在提高材料使用性能的同时希望最大限度的降低制造成本。为了满足实际生产的应用和综合考虑产品的使用价值，同种金属之间的连接也不能满足实际应用的需求，这给异种转子金属之间的连接带来了广阔的应用前景[2]。异种转子的连接可以充分利用被连接的不同材料之间的材料优势，避免材料的缺点，从而使产品在满足使用性能的同时降低生产成本。

随着焊接转子技术的发展需求，现有的整锻转子方案逐渐不适应产品需求。高温和低温部段采用不同等级材料进行焊接的转子，由于具有生产周期短、制造成本低、能满足转子不同部位工况使用等优势，成为国内外研究的重点[3-4]。目前国际对母材28CrMoNiV、25Cr2Ni4MoV汽轮机转子材料焊接性的报道非常有限[5-6]，而针对28CrMoNiV与25Cr2-Ni4MoV异种焊接转子的焊接接头性能研究更少，所以有必要研究其焊接接头性能，为生产提供指导。

1 试验方法

针对28CrMoNiV与25Cr2Ni4MoV异种转子焊接接头开展研究。试验焊丝为2CrMoV，3种材料的化学成分如表1所示。由于两者的成分和金相组织存在明显差异，焊接接头如图1、图2所示，过渡层采用埋弧焊堆焊（SAW），对接采用窄间隙钨极氩弧焊（NG-TIG）+窄间隙埋弧焊（NG-SAW）。首先在

28CrMoNiV进行堆焊热处理后，再将28CrMoNiV与25Cr2Ni4MoV底部进行NG-TIG，其后NG-SAW进行多层多道焊接，焊后进行整体热处理。

表1 化学成分 %编号BM1 BM2焊材材料28CrMoNiV 25Cr2Ni4MoV 2CrMoV

w（C）0.28 0.26 0.11 w（Mn）0.65 0.80 0.51 w（Cr）0.90 1.85 1.30 w（Ni）0.55 3.80 0.13 w（V）0.35 0.08 0.27 w（Mo）1.00 0.79 1.02

图1 焊接接头示意

图2 焊接接头实物

焊后进行VT、UT和X射线无损探伤检验，合格后按DL/T 868-2008、GB/T2650-2008和GB/T232-2010、GB/T2653-2008标准进行性能试验。采用线切割方法分别制备拉伸试样、弯曲试样、硬度试样和冲击试样。拉伸试验在INSTRON 1195电子拉伸试验机上进行，弯曲试验在WE-38液压式万能试验机进行，冲击试验在JBS-500B数显半自动冲击试验机上进行，显微硬度测量在HXD-1000TMC/LCD带图像分析自动转塔显微硬度计上进行，在ECLIPSE

MA200尼康倒置金相显微镜下观察组织。

2 试验结果

2.1 拉伸试验

为保证数据的准确性，对异种焊接接头由上到下分3层取样，每层取3个试样。焊接接头各层的拉伸曲线如图3所示。拉伸试验结果如表2所示。

表2 焊接接头拉伸试验结果

可以看出，焊接接头每一层的拉伸值略有小的变化，屈服强度均值为630 MPa，抗拉强度均值为716 MPa。焊接接头的抗拉强度低于两种母材，断裂位置多位于过渡层，说明过渡层是接头最薄弱环节。

2.2 弯曲试验

焊接接头各层常温弯曲180°试验结果均未出现裂纹，弯曲试样如图4所示。按标

准判定该焊接接头具有良好的弯曲性能。

2.3 显微硬度

显微硬度试验数据如图5所示。由图5可知，BM-2大于BM-1，BM-2维氏硬度均值为295 HV，而BM-1维氏硬度均值为250 HV。两个热影响区的硬度HAZ-1大于HAZ-2，HAZ-2硬度均值为375 HV，HAZ-1硬度均值为350 HV，且HAZ-2的高硬度区宽于HAZ-1。热影响区整体规律为：靠近焊缝或过渡层的粗晶区硬度较高，靠近母材的正火区硬度较低。从过渡层、SAW、TIG打底层分析硬度：TIG打底焊高于SAW，SAW略高于过渡层，TIG焊的维氏硬度均值约为275

HV，SAW均值约为257 HV，过渡层约为236 HV。

图3 焊接接头各层的拉伸数据

2.4 冲击试验

为获得焊接接头不同部位的韧脆转变温度，需要对不同部位的试样进行一系列温度的冲击试验，试验结果如图6所示。

由图6可知，BM-1（28CrMoNiV）韧脆转变温度为 7.5℃，BM-2（25Cr2Ni4MoV）在很低的温度未出现韧脆转变温度，表明25Cr2Ni4MoV韧性良好，而母材28CrMoNiV冲击韧性较差。热影响区HAZ-1韧脆转变温度为-43.88℃，与母材28CrMoNiV相比相差很大，而HAZ-2韧脆转变温度为-19℃，也与母材相差很大。SAW焊缝和TIG焊缝相比，韧脆转变温度为分别为-16℃和-17℃，基本相当。

3 分析与讨论

25Cr2Ni4MoV的韧脆转变温度最低，冲击性最好；28CrMoNiV的韧脆转变温度最高，冲击性最差；两个热影响区的韧脆转变温度也存在差异，HAZ-1的韧性好于HAZ-2；而过渡层、对接焊缝的韧脆转变温度基本相当[7-8]。本研究重点分析BM-1、HAZ-2、SAW焊缝、过渡层和TIG焊缝在不同温度的断口形貌。

-40℃焊接接头冲击试样断口如图7所示。在-40℃温度条件下，BM-1、HAZ-2、SAW 焊缝、过渡层和TIG打底焊的试样表面放射区较大，剪切唇和纤维区较小；而HAZ-1和BM-2的试样表面放射区较小。剪切唇和纤维区较小，所以-40℃时BM-1、HAZ-2、SAW焊缝、过渡层和TIG打底焊很容易出现脆性断裂。

图4 弯曲试样

图5 显微硬度试验数据

图6 焊接接头冲击性能

0℃焊接接头冲击试样断口如图8所示。在0℃温度条件下，BM-1的试样表面放射区仍然较大，剪切唇和纤维区较小；过渡层、HAZ-2、SAW焊缝和TIG打底焊的试样表面放射区明显减小；HAZ-1和BM-2没有放射区，全为剪切唇和纤维区。所以在0℃时BM-1很容易出现脆性断裂。

40℃焊接接头冲击试样断口如图9所示。在40℃温度条件下，随着温度的升高，BM-1的试样表面放射区减小，剪切唇和纤维区增大；过渡层、HAZ-2、SAW焊缝和TIG打底焊的放射区不明显；HAZ-1和BM-2没有放射区，全为剪切唇和纤维区。所以在40℃时BM-1很容易出现脆性断裂，但是整体来说韧性较好。

各区域在不同温度下表现出了不同的断裂特征。在-40℃和0℃温度条件下，BM-1、HAZ-2、SAW焊缝、过渡层和TIG打底焊的韧性较差，其断裂特征表现为脆性断裂。在40℃温度条件下，BM-1的断裂特征仍表现为脆性断裂，而随着温度的升高，变形量增大，过渡层、HAZ-2、SAW焊缝和TIG打底焊的韧性增加，其断裂特征表现为韧性断裂。在-40℃、0℃和40℃温度条件下，HAZ-1韧性最好，其断裂特征表现为韧性断裂。

图7 -40℃焊接接头冲击试样断口

图8 0℃焊接接头冲击试样断口

图9 40℃焊接接头冲击试样断口

4 结论

（1）焊接接头的抗拉强度低于两种母材，断裂位置位于过渡层，其过渡层为接头最薄弱环节。

（2）焊接接头硬度为236～375 HV，最低出现在过渡层，其均值为236 HV；最高出现在 HAZ-2，其均值为375 HV。

（3）在-40℃、0℃和40℃温度条件下，焊接接头韧性依次为 BM2、HAZ-1、HAZ-2、SAW 焊缝、BM-1，韧性最差位置位于28CrMoNiV和SAW焊缝处。

参考文献：

【相关文献】

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