型号 C Mn Si Cr Ni Mo S P δb/Mpa δ,%

ER80S-B2L≤0.05 0.70.41.2 <0.20.5 ≤0.025 ≤0.025 ≤500 25

E8018-B2 0.070.7 0.3 1.1 0.5 ≤0.04 ≤0.03 550 19

E309Mo-16≤0.12 0.5～2.5 0.9 22.0～25.0 12.0～14.0 2.0～3.0≤0.025≤0.035 550 25

焊前准备

试件采用15CrMo钢管,规格为φ325×25，坡口型式及尺寸见图1。

焊前用角向磨光机将坡口内外及坡口边缘50mm范围内打磨至露出金属光泽，然后用丙酮清洗干净。

试件为水平固定位置，对口间隙为4mm，采用手工钨极氩弧焊沿园周均匀点焊六处，每处点固长度应不小于20mm。焊条按表2的规范进行烘烤。

2 焊条烘烤规范

焊条型号 烘烤温度 保温时间

E8018-B2 300 ℃ 2h

E309Mo-16 150 ℃ 1.5h

3 焊接工艺参数

按方案Ⅰ焊前需进行预热，根据Tto-Bessyo等人提出的计算预热温度公式：

To=350√[C]-0.25（℃） 式中，To——预热温度，℃。

[C]=[C]x [C]p [C]p=0.005S[C]x

[C]x=C （Mn Cr）/9 Ni/18 7Mo/90 式中，

[C]x——成分碳当量；

[C]p——尺寸碳当量； S——试件厚度（本文中S=25mm）;

[C]x=C （Mn Cr）/9 7/90Mo=0.361

[C]p=0.045 则To=138℃

因此预热温度选为150℃。采用氧-乙炔焰对试件进行加温，先用测温笔粗略判断试件表面的的温度（以笔迹颜色变化快慢进行估计），最后用半导体点温计测定，测量点至少应选择三点，以保证试件整体均达到所要求的预热温度。

焊接时，第一层采用手工钨极氩弧焊打底，为避免仰焊处焊缝背面产生凹陷，送丝时采用内填丝法，即焊丝通过对口间隙从管内送入。其余各层采用焊条电弧焊，共焊6层，每个焊层一条焊道。方案Ⅰ和方案Ⅱ的焊接工艺参数见表3、4。按方案Ⅰ焊

3 方案Ⅰ的焊接工艺参数

焊道名称 焊接方法 焊接材料 焊材规格/mm 焊接电流/A 电弧电压/V 预热及层间温度 热处理规范

打底层 钨板氩弧焊 ER80S-B2L φ2.4 110 12

填充层 焊条电弧焊 E8018-B2 φ3.2 5 85～90 23～25150℃ 715。×75min

盖面层 焊条电弧焊 E8018-B2 φ3.2 5 85～90 23～25

3方案Ⅱ的焊接工艺参数

焊道名称 焊接方法 焊接材料 焊材规格/mm 焊接电流/A 电弧电压/V 预热及层间温度 热处理规范

打底层 钨板氩弧焊 ER80S-B2L φ2.4 110 12

填充层 焊条电弧焊 E309Mo-16 φ3.2 90～95 22～24 / /

盖面层 焊条电弧焊 E309Mo-16 φ3.2 90～95 22～24

接时，层间温度应不低于150℃，为防止中断焊接而引起试件的降温，施焊时应由二名焊工交替操作，焊后应立即采取保温缓冷措施。

焊接工艺评定试验

试件焊后按JB4730-94《压力容器无损检测》标准进行100%的超声波探伤检验，焊缝Ⅰ级合格。按JB4708《钢制压力容器焊接工艺评定》标准进行焊接工艺评定试验。评定结果见表5。

4 焊接工艺评定试验结果

试验方案 拉伸试验 弯曲试验 冲击韧性试验aky（J/cm2）

抗拉强度δb/Mpa 断裂部位 弯曲角度 面弯 背弯 焊缝 熔合线 热影响区(HAZ)

方案Ⅰ 550/530 母材 50。 合格 合格 84.8 162 135.6

方案Ⅱ 525/520 母材 50。 合格 合格 79.4 109.2 96.7

从拉伸试验结果可知，两种方案的拉伸试样全部断在母材，说明焊缝的抗拉强度高于母材；弯曲试验全部合格，说明焊缝的塑性较好。根据表5中的冲击韧性试验结果可知，方案Ⅰ的冲击韧性明显高于方案Ⅱ，证明方案Ⅰ的焊后热处理规范比较理想，高温回火不仅达到了改善接头组织和性能目的，而且使韧性与强度配合适当。从室温机械性能结果可知，所推荐的两种焊接工艺方案均可用于现场施工。方案Ⅰ采用了与母材成分接近的焊条，焊缝性能同母材匹配，焊缝应具有较高的热强性，焊缝在高温下长期使用不易破坏。难点是焊后热处理规范较为严格，回火温度和保温时间及加热和冷却速度控制不当反而会引起焊缝性能下降。方案Ⅱ采用了奥氏体不锈钢焊条施焊，虽然可以省去焊后热处理，但由于焊缝与母材膨胀系数不同，长期高温工作时可发生碳的扩散迁移现象，容易导致焊缝在熔合区发生破坏。因此，从使用可靠性考虑，现场采用方案Ⅰ施焊更为稳妥。

合金钢管15CrMo组织强化的的三个特点

通常情况下，合金钢管的微观组织结构决定的钢管的结构性能，然而，组织强化决定着微观组织结构。冷轧合金钢管在轧制完成后，随着冷却环境的改变，组织中各种贝氏体、马氏体等结构组织也随之而改变，这也导致的钢管的结构性能有很大的改变，可以通过这种方法获得更多的强度不通级别的钢管，以适应不同的性能需求。

1、组织强化需要母相，即在钢管的元素中要含有发生组织强化的母相。

2、组织强化是一个过程，包括组织形变及组织扩散，随着冷却环境的改变，合金钢管组织结构可能有两种变化方式，即有扩散和无扩散，在低温环境里，无扩散决定着组织形变的过程；在高温环境中，扩散决定着组织结构的改变。

3、组织强化有两个重要因素，即组织应变和环境冷却。例如在加热环境或者冷却环境中，合金钢管的组织会随着温度的改变而逐渐改变，能量状态由低转变为高。另外，查看钢管现货可以知道，在合金钢管中，少量介质含有极其精细的密度。因此，在调整钢管的结构性能时，要时刻注意合金钢管的组织性能。

钢管重量计算公式:[(外径-壁厚)*壁厚]*0.02466=kg/米(每米的重量)

合金钢管15CrMo尺寸及允许偏差

合金钢管15CrMo结论

15CrMo钢厚壁高压管的焊接采用两种焊接方案均为可行。为了保证焊缝性能同母材匹配且具有较高的热强性，采用方案Ⅰ效果更佳，关键是要严格控制焊后热处理工艺。

方案Ⅱ虽可省去焊后热处理，但焊缝在高温下发生碳的迁移扩散而导致焊缝破坏的可能性不容忽视，因此，只有在焊后无法进行热处理时才慎重采用。

合金钢管15CrMo规格表

合金钢管15CrMo15CrMo焊接性

焊接材料：针对15CrMo钢的焊接性的工作特点，根据以往的经验，参照国外提供的焊接工艺卡，我们选择了两种方案进行焊接试验。

方案Ⅰ：焊接预热，采用ER80S-B2L焊丝，T1G焊打底，E8018-B2焊条，焊条电弧焊盖面，焊后进行局部热处理。

方案Ⅱ：采用ER80S-B2L焊丝，T1G焊打底，E309Mo-16焊条，焊条填充电弧焊盖面，焊后不进行热处理。焊丝和焊条的化学成分及力学性能见表1。

合金钢管15CrMo化学成份

合金钢管15CrMoG纯化氢的原理是，在300—500℃下，把待纯化的氢通入合金钢管15CrMoG的一侧时，氢被吸附在合金钢管15CrMoG壁上，由于钯的4d电子层缺少两个电子，它能与氢生成不稳定的化学键（钯与氢的这种反应是可逆的），在钯的作用下，氢被电离为质子其半径为1.5×1015m，而钯的晶格常数为3.88×10－10m（20℃时），故可通过合金钢管15CrMoG，在钯的作用下质子又与电子结合并重新形成氢分子，从合金钢管15CrMoG的另一侧逸出。在合金钢管15CrMoG表面，未被离解的气体是不能透过的，故可利用合金钢管15CrMoG获得高纯氢。

虽然钯对氢有独特的透过性能，但纯钯的机械性能差，高温时易氧化，再结晶温度低，易使合金钢管15CrMoG变形和脆化，故不能用纯钯作透过膜。在钯中添加适量的IB族和Ⅷ族元素，制成钯合金，可改善钯的机械性能11.汽车半轴套管用无缝钢管（GB3088-82）是制造汽车半轴套管及驱动桥桥壳轴管用的优质碳素结构钢和合金结构钢热轧无缝钢管钯合金中，银约占20—30%，其他成分（如金等）的含量<5%。

15CrMo大口径厚壁合金钢管纯化氢的原理是，在300—500℃下，把待纯化的氢通入15CrMoG钢管的一侧时，氢被吸附在15CrMo大口径厚壁合金钢管壁上，由于钯的4d电子层缺少两个电子，它能与氢生成不稳定的化学键（钯与氢的这种反应是可逆的），在钯的作用下，氢被电离为质子其半径为1.5×1015m，而钯的晶格常数为3.88×10－10m（20℃时），故可通过15CrMoG合金钢管，在钯的作用下质子又与电子结合并重新形成氢分子，从15CrMoG合金钢管的另一侧逸出。在15CrMoG合金钢管表面，未被离解的气体是不能透过的，故可利用15CrMoG合金钢管获得高纯氢。

虽然钯对氢有独特的透过性能，但纯钯的机械性能差，高温时易氧化，再结晶温度低，易使15CrMoG钢管变形和脆化，故不能用纯钯作透过膜。在钯中添加适量的IB族和Ⅷ族元素，制成钯合金，可改善钯的机械性能11.汽车半轴套管用无缝钢管（GB3088-82）是制造汽车半轴套管及驱动桥桥壳轴管用的优质碳素结构钢和合金结构钢热轧无缝钢管钯合金中，银约占20—30%，其他成分（如金等）的含量<5%。