1Cr11Ni2W2MoV 焊丝焊接工艺：高温承压部件的可靠焊接方案

1Cr11Ni2W2MoV 钢作为典型的马氏体热强钢，广泛应用于航空发动机涡轮盘、汽轮机叶片、高温阀门等高温承压部件，其配套焊丝需匹配母材的高温强度、耐氧化性与韧性。针对该焊丝的焊接工艺设计，需重点解决马氏体钢焊接易产生冷裂纹、热影响区脆化、高温性能劣化等问题，通过精准控制焊前准备、焊接参数、焊后处理等环节，确保焊接接头性能与母材匹配，满足高温工况长期服役需求。

一、焊接前核心准备工作

（一）母材与焊丝预处理

1. 表面清理：1Cr11Ni2W2MoV 母材待焊区域（宽度≥20mm）需彻底清除油污、铁锈、氧化皮及钝化膜，优先采用机械打磨（使用 120-180 目氧化铝砂轮片）至露出金属光泽，打磨后用或乙醇擦拭脱脂；若存在较厚氧化皮，可先用 10%-15% 溶液酸洗 5-8 分钟（常温），再用清水冲洗后烘干，避免残留酸液引发焊接腐蚀。

2. 焊丝处理：焊丝使用前需进行烘干，直径≤2.0mm 焊丝在 250-300℃下保温 1-1.5 小时，直径＞2.0mm 焊丝在 300-350℃下保温 2 小时，去除表面吸附水分，防止焊缝产生气孔；烘干后需在 80-100℃保温筒中储存，随用随取，避免二次吸潮。

3. 焊前预热：因 1Cr11Ni2W2MoV 钢淬硬倾向大，必须进行焊前预热。根据母材厚度确定预热温度：厚度≤10mm 时预热至 250-300℃；厚度 10-20mm 时预热至 300-350℃；厚度＞20mm 时预热至 350-400℃。预热需采用电加热或火焰加热（优先丙烷火焰，避免乙炔火焰的增碳影响），确保加热均匀，预热区域范围为焊缝中心两侧各≥3 倍母材厚度，且温度波动≤±20℃，用测温仪多点检测确认。

（二）焊接材料与设备选择

1. 保护气体：采用纯氩气（纯度≥99.999%）作为保护气体，若焊接电流＞200A 或户外作业，可添加 5%-10% 氦气提升电弧稳定性与熔池温度。气体流量根据焊丝直径调整：直径 1.2-1.6mm 时流量 12-15L/min；直径 2.0-2.4mm 时流量 15-18L/min，配备气体流量计精准控制，避免流量过小导致保护不足或过大造成气流紊乱。

2. 焊接设备：优先选用带有脉冲功能的直流 MIG 焊机（如松下 YD-500FR），具备电流、电压稳定调节功能，支持热引弧与衰减收弧，减少弧坑裂纹；若采用 TIG 焊，需配备高频引弧装置与水冷焊枪，确保长时焊接稳定性。焊接电缆长度≤5m，避免电流损耗导致电弧不稳。

3. 辅助工具：准备测温仪（精度 ±5℃）、保温棉（耐高温≥600℃）、不锈钢专用钢丝刷、焊后缓冷坑（填充石棉或保温砂），确保焊接过程温度监控与焊后缓冷需求。

二、关键焊接参数设计

（一）MIG 焊核心参数（常用焊丝直径 1.2-2.0mm）

注：热输入需严格控制在≤25kJ/cm，防止热影响区晶粒粗大导致韧性下降；焊接位置为平焊时取参数上限，立焊 / 横焊时取下限，且需降低焊接速度 10%-15%。

（二）TIG 焊核心参数（焊丝直径 1.6-2.4mm，填丝焊接）

注：TIG 焊需采用直流正接极性，钨极选用 φ2.4-3.2mm 的铈钨极，jianduan磨成 30°-45° 角；打底焊时电流取下限，填充焊与盖面焊取上限，且层间温度需保持在 300-350℃。

（三）多层多道焊控制要点

1. 层间温度：每道焊后需检测层间温度，确保不低于预热温度（250-400℃），且不高于 450℃，若温度过低需重新加热，过高则暂停焊接待自然降温，避免过热导致组织脆化。

2. 道间清理：每道焊后用不锈钢钢丝刷彻底清除焊道表面的飞溅、熔渣与氧化皮，重点清理焊道边缘的未熔合区域，检查无裂纹、气孔等缺陷后再进行下一道焊接，道间清理时间控制在 5 分钟内，防止焊道冷却过快。

3. 焊接顺序：对于对接接头，采用对称焊接或分段退焊法，减少焊接变形；对于角接接头，先焊立角焊缝再焊平角焊缝，避免应力集中。长焊缝（＞500mm）需分段焊接，每段长度 200-300mm，分段间预留 50mm 重叠区。

三、不同焊接方法操作技巧

（一）MIG 焊操作要点

1. 持枪角度：平焊时焊枪与母材夹角保持 15°-20°，立焊时向上倾斜 30°-45°（自下而上焊接），横焊时与焊缝中心线夹角 45°-60°，确保熔池稳定，避免熔滴过渡紊乱。

2. 熔滴过渡：采用脉冲 MIG 焊时，通过调整脉冲频率与峰值电流，确保熔滴过渡为喷射过渡，避免短路过渡产生的飞溅与未熔合；焊接过程中保持焊丝干伸长度为 10-15mm，干伸过长易导致电弧不稳，过短则易烧损喷嘴。

3. 收弧处理：收弧时启用电流衰减功能，将电流从焊接电流降至 50-80A，电压降至 12-15V，持续 3-5 秒，填满弧坑后再熄弧，防止弧坑裂纹；必要时可在弧坑处补焊 1-2 个熔池，增强弧坑区域强度。

（二）TIG 焊操作要点

1. 填丝时机：打底焊时，待熔池形成稳定的熔孔（直径约为焊丝直径的 1.5 倍）后开始填丝，填丝速度与焊接速度同步，避免焊丝直接接触钨极导致夹钨；填充焊时，将焊丝末端置于熔池前沿 1-2mm 处，利用电弧热熔化焊丝，减少未熔合风险。

2. 电弧控制：保持电弧长度为 1-3mm（约为钨极直径的 0.5-1 倍），电弧过长易导致保护不足，过短则易粘丝；焊接过程中钨极需始终处于保护气体范围内，避免钨极氧化影响焊缝质量。

3. 背面保护：对于要求单面焊双面成型的接头（如高压管道），需在焊缝背面通氩保护，保护气流量 5-8L/min，从焊接开始前 5 分钟通气，焊后持续通气 10 分钟，防止背面焊缝氧化。

四、焊后处理工艺

（一）缓冷与热处理

1. 焊后缓冷：焊接完成后，立即用耐高温保温棉将焊缝及热影响区（范围≥5 倍母材厚度）包裹，缓冷至 150℃以下方可拆除保温棉，厚壁构件（＞20mm）需放入缓冷坑中缓冷，避免快速冷却产生马氏体组织导致冷裂纹。

2. 消除应力热处理：焊后 24 小时内进行消除应力热处理，工艺参数为：加热温度 680-720℃，保温时间按母材厚度计算（每 25mm 保温 1 小时，低保温 2 小时），升温速度≤150℃/h（防止温差过大产生内应力），降温速度≤100℃/h，冷却至 300℃以下可空冷。对于无法整体热处理的大型构件，可采用局部热处理，加热范围为焊缝中心两侧各≥10 倍母材厚度，用红外测温仪监控温度均匀性。

3. 调质处理（针对承载要求高的部件）：若焊接接头需达到母材同等强度，需进行调质处理：淬火温度 1020-1050℃（保温时间每 25mm 保温 1 小时），油冷至室温；回火温度 650-680℃（保温时间每 25mm 保温 2 小时），空冷，处理后焊缝硬度可控制在 HRC 28-32，与母材硬度匹配。

（二）表面处理与缺陷修复

1. 表面清理：热处理后用角磨机（配备 180-240 目砂轮片）打磨焊缝表面，去除氧化皮与焊道余高，使焊缝表面与母材平齐，打磨时避免过度打磨导致焊缝减薄（减薄量≤10% 母材厚度）。

2. 缺陷检测与修复：焊后需进行 外观检查，焊缝表面无裂纹、气孔、夹渣、未熔合等缺陷，咬边深度≤0.5mm，长度≤焊缝总长的 10%；重要部件需进行 渗透检测（PT，按 JB/T 4730.5 标准）或超声波检测（UT，按 JB/T 4730.3 标准），Ⅰ 级合格。若发现缺陷，需采用 TIG 焊返修，返修次数≤2 次，每次返修后需重新进行热处理与检测。

五、焊接质量控制与注意事项

（一）过程质量控制

1. 温度监控：安排专人负责预热温度、层间温度与焊后缓冷温度的检测，每道焊前记录预热温度，焊中每 5 分钟检测一次层间温度，焊后记录缓冷曲线，确保温度符合工艺要求。

2. 参数监控：焊接过程中使用焊接参数记录仪（如奥林巴斯 NDT）实时记录电流、电压、焊接速度等参数，每批次焊接前进行工艺试板焊接，试板性能合格后方可正式焊接。

3. 人员要求：焊接操作人员需持有特种设备焊接作业人员证书（项目代号 SMAW-FeⅣ-1G (K)-12/159-F3J 或 GMAW-FeⅣ-1G (K)-12/159-F3J），且需经过 1Cr11Ni2W2MoV 钢焊接专项培训，熟悉该材料焊接特性。

（二）特殊工况注意事项

1. 低温环境焊接（环境温度＜0℃）：需将预热温度提高 50-100℃，且焊接区域需搭建防风棚（风速≤2m/s），防止焊缝快速冷却；焊后缓冷时间延长 50%，确保焊缝充分相变，减少冷裂纹风险。

2. 厚壁构件焊接（厚度＞30mm）：采用 “窄间隙 MIG 焊” 工艺，坡口角度 5°-8°，钝边厚度 8-10mm，多层单道焊接，每层焊接后用超声波检测确认无内部缺陷，避免多层多道焊导致的层间未熔合。

3. 异种钢焊接（如 1Cr11Ni2W2MoV 与 20G 焊接）：选用 1Cr11Ni2W2MoV 焊丝，预热温度取两种母材预热温度的上限（350-400℃），焊后热处理温度按较低强度母材（20G）要求控制（600-650℃），避免高强度母材热处理后强度下降。

六、典型应用场景工艺适配

（一）汽轮机叶片焊接

汽轮机叶片（厚度 5-15mm）采用 TIG 焊打底 + MIG 焊填充盖面工艺，预热温度 300-350℃，层间温度 300-400℃，焊接后缓冷至 150℃以下，再进行 680-700℃×2h 消除应力热处理。重点控制叶片榫头部位的焊接变形，采用刚性固定工装，焊接顺序从榫头向叶身方向焊接，减少应力集中。

（二）高温阀门阀瓣焊接

阀瓣（厚度 20-30mm）采用窄间隙 MIG 焊，坡口宽度 12-15mm，焊丝直径 1.6mm，焊接电流 180-220A，电压 22-25V，热输入控制在 18-22kJ/cm。焊后进行 1020-1050℃淬火 + 650-680℃回火的调质处理，确保阀瓣硬度达到 HRC 30-32，满足高温耐磨需求。

（三）航空发动机涡轮盘修复焊接

涡轮盘修复采用 TIG 焊，焊丝直径 2.0mm，焊接电流 110-140A，电压 13-15V，采用 “分段对称焊接法”，每段长度 50-80mm，焊后立即进行 700-720℃×3h 消除应力热处理。修复区域需进行 X 射线检测（RT，按 HB/Z 140 标准），Ⅰ 级合格，确保无内部缺陷影响涡轮盘高速旋转安全性。