鄭 偉，畢耜明

(1.江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院 徐州分院，江蘇 徐州 221007；2.江蘇徐礦綜合利用發(fā)電有限公司，江蘇 徐州 221137)

焊接材料

焊絲YT-304H和Thermanit6l7焊接Super304H的工藝對比

鄭 偉1，畢耜明2

(1.江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院 徐州分院，江蘇 徐州 221007；2.江蘇徐礦綜合利用發(fā)電有限公司，江蘇 徐州 221137)

分析了Super304H不銹鋼作為高合金耐熱鋼的工作環(huán)境和焊接工作重要性。采用兩種化學(xué)成分有差異的焊絲YT-304H和Thermanit617對Super304H不銹鋼管材進行焊接，對兩種不同焊絲的施工焊接工藝和工藝控制措施進行了對比研究。針對Super304H不銹鋼現(xiàn)場施焊過程，并通過焊接后射線底片評定工作、焊接試樣性能檢測的反饋情況，提出了Super304H不銹鋼焊接時各環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制要點，從而提高了Super304H不銹鋼現(xiàn)場焊口的合格率，完善了Super304H不銹鋼焊接工藝措施的制定。

Super304H不銹鋼；YT-304H焊絲；Thermanit617焊絲；現(xiàn)場焊接工藝控制點

0 前言

600 MW和1 000 MW超超臨界機組的電站鍋爐中常采用Super304H不銹鋼用于過熱器、再熱器管的制造。近年來，隨著大量超臨界、超超臨界機組的安裝及投用，Super304H不銹鋼焊接量日益增多。由于受供貨、價格等綜合因素的影響，有的施工工地使用Thermanit617焊絲來代替YT-304H焊絲用于Super304H不銹鋼的焊接，因此有必要了解和掌握Super304H不銹鋼焊接特性，以及Thermanit617焊絲和YT-304H焊絲在焊接Super304H不銹鋼中的焊接工藝和注意事項[1-3]。

1 Super304H不銹鋼

20世紀(jì)80年代末，日本住友公司在TP304H的基礎(chǔ)上推出了新型奧氏體耐熱鋼Super304H鋼，相當(dāng)于國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)中的0Cr18Ni9奧氏體不銹鋼，主要用于制造超臨界、超超臨界發(fā)電鍋爐的過熱器管及再熱器管。Super304H鋼在化學(xué)成分上與TP304H鋼有一定的差異，因其性能更好而逐漸取代了TP304H鋼。化學(xué)成分對比如表1所示。

表1 Super304H鋼和TP304H鋼化學(xué)成分的對比%

由表1可以看出，Super304H鋼的碳含量比TP304H鋼略大，Si、Mn、Ni和Cr略低于TP304H，增加起強化作用的Cu、Nb和N元素，蠕變斷裂強度遠(yuǎn)高于TP304H，因此具有較高的使用溫度，較強的蠕變斷裂強度，良好的抗高溫腐蝕和抗蒸汽氧化性能以及較高的力學(xué)性能。

Super304H鋼作為高合金耐熱鋼，對部件使用安全影響較為突出。過熱器管和再熱器管在高參數(shù)鍋爐中工作于煙氣腐蝕、飛灰沖蝕、內(nèi)壁蒸汽氧化等最惡劣的環(huán)境，因此Super304H鋼的現(xiàn)場安裝焊接質(zhì)量是業(yè)主和電建公司密切關(guān)注的問題，在此就Super304H鋼使用YT-304H焊絲和Thermanit617焊絲的現(xiàn)場焊接工藝進行研究對比，以進一步了解Super304H鋼的現(xiàn)場焊接特性。

2 YT-304H焊絲焊接Super304H不銹鋼的焊接工藝

2.1 管材

管材材質(zhì)：Super304H不銹鋼，規(guī)格φ 60 mm× 3.5 mm；焊材：日鐵住金溶接工業(yè)株式會社的牌號為YT-304H焊絲，化學(xué)成分如表2所示；焊絲直徑為φ 2.4 mm。

表2 YT-304H焊絲化學(xué)成分%

2.2 焊接方法和設(shè)備

GTAW焊接方法；ZX7-400 TSG型逆變焊機

2.3 焊前準(zhǔn)備

(1)將焊口表面及附近母材內(nèi)外壁的油漆、污垢等清理干凈直至露出金屬光澤，清理范圍為焊口兩側(cè)15～20 mm，焊絲使用前要除去表面的油垢等雜物。

(2)對接管口端面與管子中心線應(yīng)垂直，偏斜度Δ f不超過0.5 mm。

(3)焊件對口時，內(nèi)壁齊平，如有錯口，錯口值不超過壁厚的10%，且不大于1 mm。

(4)對口間隙2.5～3 mm。

(5)環(huán)境溫度在5℃以上。

(6)焊工資質(zhì)符合要求。

2.4 充氬保護

(1)為防氧化，在管內(nèi)壁充氬保護。

(2)氬氣純度應(yīng)不小于99.99%。

(3)充氬保護范圍是以坡口中心為準(zhǔn)每側(cè)300～400 mm，用速溶紙加上耐高溫膠帶粘固，形成密封氣室。

(4)氬氣流量：正面8～9L／min，背面10～12L／min。

2.5 焊接工藝參數(shù)

焊接工藝參數(shù)如表3所示。

2.6 焊接試樣性能檢測

(1)抗拉強度707 MPa，結(jié)果合格。

(2)彎曲試驗：面彎及背彎試驗均合格。

(3)金相檢驗合格。

3 Thermanit617焊絲焊接Super304H不銹鋼的焊接工藝

3.1 管材

管材材質(zhì)：Super304H不銹鋼，規(guī)格φ 60 mm× 3.5mm。焊材：德國伯樂-蒂森公司，牌號：Thermanit617焊絲，化學(xué)成分如表4所示；焊絲直徑為φ 2.4mm。

3.2 焊接方法和設(shè)備

GTAW焊接方法；ZX7-400 TSG型逆變焊機

3.3 焊前準(zhǔn)備

(1)將焊口表面及附近母材內(nèi)外壁的油漆、污垢等清理干凈直至露出金屬光澤，清理范圍為焊口兩側(cè)15～20 mm，焊絲使用前一定要除去表面的油垢等雜物。

表3 焊接工藝參數(shù)

表4 Thermanit617焊絲化學(xué)成分%

(2)對接管口端面與管子中心線應(yīng)垂直，偏斜度Δ f不超過0.5 mm。

(3)焊件對口時，內(nèi)壁齊平，如有錯口，錯口值不超過壁厚的10%，且不大于1 mm。

(4)對口間隙2.5～3 mm。

(5)環(huán)境溫度在5℃以上。

(6)焊工資質(zhì)符合要求。

3.4 充氬保護

(1)為防氧化，在管內(nèi)壁充氬保護。

(2)氬氣純度應(yīng)不小于99.99%。

(3)充氬保護范圍是以坡口中心為準(zhǔn)每側(cè)300～400 mm，用速溶紙加上耐高溫膠帶粘固，形成密封氣室。

(4)氬氣流量：正面9～10L／min，背面12～15L／min。

3.5 焊接工藝參數(shù)

焊接工藝參數(shù)如表5所示。

表5 焊接工藝參數(shù)

3.6 焊接試樣性能檢測

(1)抗拉強度635 MPa，結(jié)果合格。

(2)彎曲試驗：面彎及背彎試驗均合格。

(3)金相檢驗合格。

4 Super304H不銹鋼兩種焊絲現(xiàn)場焊接工藝控制點的分析

由于Super304H鋼為超細(xì)晶粒奧氏體不銹鋼，合金元素含量較高、種類較多，焊接有其自身的特點，焊接規(guī)范、焊工技能、現(xiàn)場焊接過程必須嚴(yán)格要求和控制。

4.1 重視化學(xué)成分

Super304H鋼為高合金鋼，Thermanit617焊絲的化學(xué)成分與YT-304H有一定的差異，Thermanit617焊絲的w(Ni)遠(yuǎn)高于YT-304H，增加了10%左右的w(Co)，Thermanit617焊絲的焊接技術(shù)要求高于YT-304H焊絲。

4.2 嚴(yán)格保證坡口的打磨

從現(xiàn)場射線底片評定發(fā)現(xiàn)，Thermanit617焊絲對坡口上油污等雜物的敏感度比YT-304H焊絲要高，底片上易出現(xiàn)氣孔、未熔合等缺陷，所以打磨工作要嚴(yán)格保證坡口清理范圍內(nèi)金屬光澤且無雜物。

4.3 把握好對口間隙

間隙太小容易造成未焊透缺陷，間隙過大需填金屬較多，焊接速度就會減慢，熱輸入量增大，造成合金元素的燒損，控制焊接對口間隙為2.5～3.0mm，同時也便于打底焊接時，焊到75%左右焊工用小手電筒檢查已焊過焊縫的根部質(zhì)量，如發(fā)現(xiàn)未焊透、焊瘤等缺陷及時返修，返修工藝與正式焊接工藝相同。

4.4 優(yōu)化充氬工藝

Thermanit617焊絲對充氬時間和空間的要求比YT-304H焊絲高。現(xiàn)場對同一時間充氬保護質(zhì)量進行檢查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)YT-304H焊絲焊縫顏色為合格的亮白色或金黃色時，Thermanit617焊絲的焊縫顏色仍為不合格的黑色、烏色、灰色等暗色，所以在使用Thermanit617焊絲時，要適當(dāng)延長充氬保護時間和空間。

4.5 掌握各位置尺寸

為使氬氣更好地保護，填充焊絲與工作夾角應(yīng)盡可能?。粸楸ＷC母材焊絲良好的熔化，焊槍與管子切線應(yīng)成80°左右的夾角，鎢極到氣體噴嘴長度在6 mm左右為宜，噴嘴至焊處距離在10 mm左右為宜。

4.6 嚴(yán)格控制焊接線能量和層間溫度

Super304H鋼對過熱敏感，故焊接過程中要求小的線能量，但熔池合金含量高，鐵水粘稠度大，電流過小就會熔化不良，反之太大也不好，同時考慮到焊速與焊絲的配合。實踐得知，Thermanit617焊絲電流控制在70～85 A為宜，YT-304H焊絲電流控制在80～100 A為宜，層間溫度小于等于150℃。

4.7 控制打底焊層的厚度

打底焊層的厚度過薄時，焊接時容易燒穿；過厚時，熱輸入量增加，焊縫易被氧化，所以打底焊的焊層厚度應(yīng)按制在2.5 mm左右。

4.8 注意起弧、?；?、收弧質(zhì)量

Super304H鋼焊接過程中由于鐵水粘稠度大，焊接中間需?；r，應(yīng)注意觀察?；√幱袩o缺陷，如發(fā)現(xiàn)缺陷應(yīng)及時用角磨機消除，才可繼續(xù)焊接；收弧時一定要填滿弧坑，緩慢離開熔池，防止產(chǎn)生弧坑裂紋、接頭未熔等缺陷。射線底片評審中，特別是使用Thermanit617焊絲焊接時，發(fā)現(xiàn)有未熔合等超標(biāo)缺陷多發(fā)生在接頭處，因此Super304H鋼在焊接中的起弧、停弧、收弧的質(zhì)量控制尤為重要。

5 結(jié)論

從現(xiàn)場焊接方面介紹了Super304H鋼的施焊情況，按照上述焊接工藝及現(xiàn)場工藝控制措施施焊，Super304H鋼焊縫在外觀成形質(zhì)量、射線檢測、表面著色檢測中均符合規(guī)范要求，獲得了滿意的焊接接頭性能。

[1]DL／T868-2004，焊接工藝評定規(guī)程[S].中華人民共和國發(fā)展和改革委員會.

[2]楊 富，章應(yīng)霖，任永寧，等.新型耐熱鋼焊接[M].北京：中國電力出版社，2007.

[3]DL／T869-2004，火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程[S].中華人民共和國發(fā)展和改革委員會.

Comparative study of super304H-stainless steel field welding technology using YT-304H and Thermanit617 wire

ZHENG Wei1，BI Si-ming2
(1.Xuzhou Branch，Jiangsu Special Equipment Safety Supervision and Inspection Institute，Xuzhou 221007，China；2.Mineral Utilization in Jiangsu Power Co.,Ltd.，Xuzhou 221137，China)

In order to find-out and grasp the field welding characteristics of stainless steel Super304H in field welding and installation work of tube of high-parameter boiler superheater and reheater.As a kind of high alloy heat resistant steel，the Super304H stainless steel including its work environment and the importance of its welding work are analyzed firstly.By using two kinds wire，YT-304H and Thermanit617，which chemical composition are completely difference，in welding work of Super304H stainless steel pipe，their different welding technology and welding process control measures are compared and studied.In field welding process of Super304H stainless steel，by taking advantage of the ray-photo evaluation，the welding performance and feedback of the samples，the welding quality control points and their attentions of Super304H stainless steel are proposed.Therefore，the qualification rate of welded-joints of Super304H stainless steel in field welding work could be increased.Also，the welding technology and measures of Super304H stainless steel will be developed and improved correspondingly.

super304H-stainless steel；YT-304H wire；Thermanit617 wire；field welding control points

TG422.3

B

1001-2303(2011)02-0087-04

2010-03-29

鄭 偉(1973—)，男，江蘇徐州人，學(xué)士，主要從事電站鍋爐的安裝監(jiān)督檢驗工作。