Study on the Dual-Welding Process for Thick-Walled 15CrMoR Steel

YUAN Hao; LIU Guohui; YIN Runbang; JING Deyang; LI Yong

doi:10.7512/j.issn.1001-2303.2025.05.16

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Study on the Dual-Welding Process for Thick-Walled 15CrMoR Steel
Vol. 55, Issue 5, Pages: 115-120(2025)
Received：25 October 2024，

Revised：2025-03-10，

Published：20 May 2025
DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.05.16
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袁浩，刘国辉，银润邦，等.厚壁15CrMoR钢双丝GMAW焊接工艺研究［J］.电焊机，2025，55（5）：115-120. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.05.16.

YUAN Hao, LIU Guohui, YIN Runbang, et al.Study on the Dual-Welding Process for Thick-Walled 15CrMoR Steel[J].Electric Welding Machine, 2025, 55(5): 115-120. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2025.05.16.

摘要

针对60 mm厚15CrMoR耐热钢厚板焊接效率与质量控制的难题，提出采用双丝熔化极气体保护焊（GMAW）工艺进行对接焊试验，系统表征了接头显微组织演变规律及力学性能特征。结果表明：通过优化双丝GMAW工艺参数，可实现单面焊双面成形，焊缝表面无气孔、夹杂等缺陷。显微组织分析显示，焊缝区以贝氏体为主，伴随少量针状铁素体；热影响区组织呈现显著不均匀性，粗晶区由粗大贝氏体与粒状贝氏体构成，细晶区则由细小铁素体基体与粒状贝氏体组成，母材组织为典型铁素体-珠光体混合结构。力学性能测试表明，焊接接头抗拉强度达502~504 MPa，断裂位置均位于母材，断口呈韧性断裂特征；焊缝区室温冲击吸收功为150~180 J，热影响区冲击吸收功为223~282 J，均高于标准要求。显微硬度分布显示，热影响区细晶区硬度最高（约220 HV），母材硬度最低（约150 HV），热影响区硬度高于母材，与其细化的显微组织特征相关。研究证实，双丝GMAW工艺通过协同控制热输入与层间温度，可有效抑制15CrMoR钢焊接粗晶区脆化倾向，兼顾焊接效率与接头强韧性。

Abstract

To address the challenges of welding efficiency and quality control for 60 mm thick 15CrMoR heat-resistant steel plates

a butt welding test was conducted using a twin-wire gas metal arc welding (GMAW) process. The microstructure evolution and mechanical properties of the welded joint were systematically characterized.

Results

indicate that optimized twin-wire GMAW parameters achieved defect-free single-side welding with double-side formation

exhibiting no pores or inclusions. Microstructural analysis revealed that the weld zone primarily consisted of bainite with minor acicular ferrite. The heat-affected zone (HAZ) exhibited significant microstructural heterogeneity: the coarse-grained zone (CGHAZ) comprised coarse bainite and granular bainite

while the fine-grained zone (FGHAZ) contained a fine ferrite matrix with granular bainite. The base metal displayed a typical ferrite-pearlite structure. Mechanical tests demonstrated that the joint tensile strength reached 502-504 MPa

with fractures occurring in the base metal

showing ductile fracture characteristics. The room-temperature impact absorption energy of the weld and HAZ ranged from 150-180 J and 223-282 J

respectively

both exceeding standard requirements. Microhardness distribution indicated the highest hardness in the FGHAZ (approximately 220 HV) and the lowest in the base metal (approximately 150 HV)

while the weld and CGHAZ exhibited intermediate values. This study confirms that the twin-wire GMAW process

by synergistically controlling heat input and interpass temperature

effectively suppresses brittleness in the CGHAZ

balancing welding efficiency with joint strength and toughness.

关键词

Keywords

references

GB 713-2014 ，锅炉和压力容器用钢板［S］. 2014 .

齐淑改 . 15CrMoR反应器的焊接［J］. 焊接技术， 2004 （ 06 ）： 64 - 65 .

QI S G . Welding of reactor made of 15CrMoR ［J］. Welding Technology ， 2004 （ 06 ）： 64 - 65 .

张一任，房务农，韩金节，等 . 焊后热处理对15CrMoR钢板性能的影响［J］. 压力容器， 2001 （ 04 ）： 27 - 29 .

ZHANG Y R ， FANG W N ， HAN J J ， et al . The effect of Postweld Heat Treatment on the Properties of 15CrMoR Steel Plate ［J］. Pressure Vessel Technology ， 2001 （ 04 ）： 27 - 29 .

李向明 . 15CrMo低合金钢焊接技术总结［J］. 机械管理开发， 2012 （ 05 ）： 89 - 90+92 .

LI X M . Technical Summary of 15CrMo Low Alloy Steel Welding ［J］. Mechanical Management and Development ， 2012 （ 05 ）： 89 - 90+92 .

边美华 . 15CrMoR钢厚壁压力容器焊接工艺研究［D］. 重庆：重庆大学， 2006 .

BIAN M H . Research on Welding Process of Thick-walled Pressure Vessels for 15CrMoR Steel ［D］. Chongqing ： Chongqing University ， 2006 .

王晋生，吴喜民 . 15CrMoR耐热钢焊接性能研究［J］. 大型铸锻件， 2006 （ 01 ）： 14 - 16 .

WANG J S ， WU X M . The Welding Performance Research for 15CrMoR Heat Resistant Steel ［J］. Heavy Casting and Forging ， 2006 （ 01 ）： 14 - 16 .

张洪斌，胡博珅，刘继红，等 . 15CrMoR压力容器用钢板焊接工艺研制分析［J］. 设备管理与维修， 2019 （ 09 ）： 39 - 40 .

ZHANG H B ， HU B K ， LIU J H ， et al . Research and Analysis of Welding Process for 15CrMoR Pressure Vessel Steel Plate ［J］. Plant Maintenance Engineering ， 2019 （ 09 ）： 39 - 40 .

梁杰，王金生，舒欣欣，等 . 15CrMoR钢的焊接工艺研究［J］. 焊接技术， 2021 ， 50 （ 03 ）： 59 - 60 .

LIANG J ， WANG J S ， SHU X X ， et al . Study on welding technology of 15CrMoR steel ［J］. Welding Technology ， 2021 ， 50 （ 03 ）： 59 - 60 .

郭晓春，周国大，邱海萍，等 . 低合金耐热钢15CrMoR的焊接工艺［J］. 化工装备技术， 2000 （ 01 ）： 48 - 51 .

GUO X C ， ZHOU G D ， QIU H P ， et al . Welding Process of Low Alloy Heat-resistant Steel 15CrMoR ［J］. Chemical Equipment Technology ， 2000 （ 01 ）： 48 - 51 .

郭城湘，王朗，白林，等 . 焊后热处理温度对15CrMoR 钢对接接头性能的影响［J］. 压力容器， 2023 ， 40 （ 04 ）： 15 - 20 .

GUO C X ， WANG L ， BAI L ， et al . Effects of post-weld heat treatment temperature on the properties of 15CrMoR butt welded joint ［J］. Pressure Vessel Technology ， 2023 ， 40 （ 04 ）： 15 - 20 .

唐立娜 . 15CrMoR钢板的焊接工艺研究［J］. 中国化工装备， 2016 ， 18 （ 04 ）： 39 - 41+20 .

TANG L N . The Welding Technology Research for 15CrMoR Steel ［J］. China Chemical Industry Equipment ， 2016 ， 18 （ 04 ）： 39 - 41 .

杨雄，李鹏 . 中温压力容器用钢15CrMoR焊接接头组织与性能研究［J］. 宽厚板， 2023 ， 29 （ 01 ）： 6 - 9 .

YANG X ， LI P . Study on Microstructure and Mechanical Properties of Welded Joints of 15CrMoR Steel for Medium Temperature Pressure Vessel ［J］. Wide and Heavy Plate ， 2023 ， 29 （ 01 ）： 6 - 9 .

胡效东，戚振，吕建涛，等 . 15CrMoR钢多层焊缝的组织和力学性能［J］. 金属热处理， 2014 ， 39 （ 10 ）： 131 - 136 .

HU X D ， QI Z ， LV J T ， et al . Microstructure and mechanical properties of 15CrMoR multi-layer welding seam ［J］. Heat Treatment of Metals ， 2014 ， 39 （ 10 ）： 131 - 136 .

陈文静，屈金山，谢君，等 . 15CrMoR钢材的焊接接头组织及其硬度分析［J］. 西华大学学报（自然科学版）， 2006 （ 04 ）： 35-37+107 - 108 .

CHEN W J ， QU J S ， XIE J ， et al . Discussion of the Microstructure and Hardness of Welded Joints for Steel 15GrMoR ［J］. Journal of Xihua University：Natural Science Edition ， 2006 （ 04 ）： 35-37+107 - 108 .

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