蒸汽蓄热器是中、高压锅炉必配的设备。某厂制作的蒸汽蓄热器，其直径为2560mm,长度10863mm，工作介质为水蒸汽，设计温度250℃，设计压力2.7MPa；其主体材料为低合金高强钢15MnVR，厚度为34mm。为提高劳动生产率，降低劳动强度和生产成本,选用埋弧自动焊焊接方法进行焊接。其纵、环焊缝要求进行100%射线探伤．符合JB4730-94，Ⅱ级合格。
根据IIW推荐的碳当量Ceq计算公式和日本的化学成分冷裂纹敏感指数Pcm、焊接冷裂纹敏感指数Pc和焊前预热温度T0计算公式计算出15MnNbVR钢的焊接冷裂纹敏感指数及预热温度，该钢焊接性较好，淬硬倾向不大。
15MnVR钢中C、S、P含量较低，塑性、韧性较高，因此，对再热裂纹不敏感。再热裂纹主要表现是层状撕裂。产生层状撕裂不受钢材种类和强度级别限制，主要与板厚有关。采取焊前预热，可有效防止层状撕裂。
15MnVR钢含碳量较低，含Mn量较高，Mn/S比能达到要求，具有较好的抗热裂性能，正常情况下焊缝中不会出现热裂纹。但当材料成分不合格，或因严重偏析使局部C、S含量偏高时，容易出现热裂纹。采用含Mn较高的焊丝、含SiO2较低的焊剂，可降低焊缝中的含碳量和提高焊缝中的含锰量，解决热裂纹问题。
随着焊接预热温度、层间温度和焊接热输入的增加，当热影响区被加热到1100℃以上时，其粗晶区的晶粒将迅速长大或出现魏氏组织而使韧性下降，出现脆化段，导致焊缝冲击性能下降。因此，焊接过程中保持低的焊接线能量是保证焊缝冲击吸收功的关键。
为了确保产品焊接质量，在拟定其焊接工艺时，应以防止接头各区马氏体组织和冷裂形成为基本出发点，采取控制线能量、采用低氢的焊接材料、焊前预热、保持层间温度、进行后热或焊后作消氢处理等工艺措施。焊接线能量控制在15～55kJ/cm之间，焊接工艺参数见表1。焊前预热温度为100～150℃条件下预热0.5h；层间温度150～200℃；焊后热处理温度550～650℃，保温1.2～1.8h，分阶段降温。
表 1 蒸汽蓄热器15MnVR 钢焊接工艺参数
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焊接层次 |
焊接方法 |
焊材牌号 |
焊材直径/mm |
电流极性 |
焊接电流/A |
焊接电压/V |
焊接速度/（mm·min-1） |
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打底焊 |
SMAW |
E5015 |
Φ3.2 |
直流正接 |
120～150 |
20～24 |
150～250 |
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填充焊 |
SMAW |
E5015 |
Φ4.0 |
直流反接 |
140～190 |
22～26 |
180～300 |
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填充焊 |
SAW |
H10MnSi+ HJ431 |
Φ4.0 |
直流反接 |
650～750 |
36～39 |
420～540 |
环境温度22℃，焊前100～150℃条件下预热0.5h，焊接层间温度150～200℃。焊接接头经外观和金相检查未发现气孔、裂纹、夹渣等缺陷，100%X射线探伤+100%超声探伤，评定结果为I级。焊接接头力学性能试验分别按GB228《金属拉力试验法》、GB323《金属弯曲试验法》和GB2106《金属夏比（V型）冲击试验法》的规定进行，结果如下：σb=549～680MPa；接头侧弯试样尺寸260mm×20mm×10mm，弯轴直径30mm，弯曲角度180°；冲击韧度的平均值为120J/cm2、离熔合线1mm处热影响区的冲击韧度平均值为122J/cm2；硬度平均值为l96HV、热影响区硬度平均值为l90HV、母材平均硬度为l80HV。各项性能指标均合格。
采用焊条电弧焊与埋弧焊相结合的方法进行焊接，可以提高焊接效率，节约焊接成本。制定合理的焊接工艺参数，并采取控制焊前预热、控制层温、焊接线能量以及焊后热处理等工艺措施，可以获得综合性能良好的焊接质量。（榕霖）
