李洋　曹傳勇　欒曉飛　于奉軍　安寶軍

摘? 要：隨著焊接工藝的不斷進(jìn)步，近年來，SA-213T23作為一種新型耐熱鋼在超超臨界鍋爐中得到廣泛應(yīng)用。沙特某電廠超臨界機(jī)組鍋爐過熱器及再熱器吊掛管材質(zhì)為SA-213T23，且焊口數(shù)量達(dá)到了11000多只焊口，焊口施工完畢以后及時進(jìn)行射線檢測并未發(fā)現(xiàn)裂紋，后續(xù)又對該區(qū)域的焊口進(jìn)行復(fù)檢，出現(xiàn)大批量的微裂紋，裂紋大部分出現(xiàn)在根部打底層接頭處，出現(xiàn)裂紋的趨勢較大。該文就該電廠鍋爐再熱器吊掛管裂紋產(chǎn)生的原因和預(yù)防措施進(jìn)行了深入研究。

關(guān)鍵詞：SA-213T23? 焊接工藝? 裂紋? 措施

中圖分類號：TG44 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）12（a）-0094-02

介紹工程中焊接SA-213 T23鋼小口徑管道遇到的焊接質(zhì)量問題以及采取的措施和方法，對該鋼種焊接性能和焊接工藝進(jìn)行了深入探討，為以后的施工過程中焊接該鋼種提供一些切實(shí)可行的方法。SA-213 T23鋼是近年日本三菱和日本住友公司聯(lián)合研制的用于超超臨界機(jī)組鍋爐受熱面的新型鋼材，具有較好的抗高溫氧化性。該鋼種與國內(nèi)12Cr2MoWVTiB的合金成分相似，它是在該鋼種的基礎(chǔ)上添加了部分W、Nb和V來提高該鋼種的蠕變強(qiáng)度，降低碳含量，使該鋼種的焊接性優(yōu)于12Cr2MoWVTiB，沙特某電廠鍋爐過熱器及再熱器管排吊掛管都涉及到了該鋼種的焊接，且焊口數(shù)量達(dá)到了1萬多只焊口，焊接方法采用手工鎢極氬弧焊（GTAW），使用的焊接材料為德國伯樂和蒂森的焊絲Union-ICr2WV，焊材規(guī)格為?2.4。焊接施工過程中出現(xiàn)的裂紋多為根部焊接打底接頭處，就現(xiàn)場施工中出現(xiàn)的裂紋形式進(jìn)行了詳細(xì)的研究，并采取了相應(yīng)的措施，使裂紋產(chǎn)生幾率大大降低。

1? SA-213 T23裂紋產(chǎn)生原因分析

1.1 T23母材化學(xué)成分的影響

SA-213 T23鋼化學(xué)成分與國產(chǎn)的12Cr2MoWVTiB鋼 102相臨近，按照DL/T 869-2004《火電發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》的鋼種分類，該兩種鋼都屬于貝氏體鋼，SA-213T23鋼與鋼102相比較，主要合金元素Cr、Mo、V的含量差別不大，但該鋼含W量為1.45%～1.75%，是鋼102含W量的3～4倍。在耐熱鋼中Cr、Mo、V、W等合金成分，通過復(fù)合強(qiáng)化方式，使鋼材具有較好的高溫強(qiáng)度和高溫抗氧化性，但是隨著其合金含量的增加，其焊接性能明顯變差，熔池較粘稠，焊接過程中鐵水流動性較差，焊縫成形較差，給焊接施工帶來了較大的困難。

1.2 焊縫過燒對裂紋的影響

焊縫合金元素增加且含量較高時，在焊接過程中，極容易產(chǎn)生氧化現(xiàn)象，該電廠高溫再熱器吊掛管的形式為單片管排由兩根?38.1×7.11的T23材質(zhì)的管道進(jìn)行吊掛，焊工施工過程中采用兩人對焊的形式，焊接過程中發(fā)現(xiàn)焊工未嚴(yán)格控制層間溫度，造成根部過燒，未嚴(yán)格按照焊接工藝進(jìn)行施工，產(chǎn)生裂紋幾率增大。焊接參數(shù)，對口間隙，層間溫度過高，都會產(chǎn)生打底層根部氧化現(xiàn)象。

1.3 應(yīng)力對裂紋的影響

每種材料的開裂都需要一定的力，內(nèi)部應(yīng)力、拉應(yīng)力、外部載荷等都會產(chǎn)生裂紋，該電廠再熱器吊掛管在安裝過程中使用倒鏈進(jìn)行吊掛組對，造成焊口位置焊接較困難，焊接施工中，打底結(jié)束以后隨即把吊掛對口倒鏈撤離，造成焊口打底層受拉力較大，產(chǎn)生裂紋幾率較大，且肉眼不容易發(fā)現(xiàn)。采取的措施是：焊接施工過程中不允許撤離吊掛倒鏈，焊口結(jié)束5h以后撤離吊掛對口吊掛裝置。

2? SA-213 T23焊接工藝措施

2.1 坡口組對

坡口角度60°～70°，坡口鈍邊0.5～1mm，組對間隙 2～3mm，間隙太小容易造成未融合和未焊透。組對間隙過大，填充金屬量相對較大，焊接速度相對減慢，熔池溫度過高，容易導(dǎo)致背面氧化產(chǎn)生氧化過燒現(xiàn)象。

2.2 坡口清理

管口在組對前應(yīng)對母材內(nèi)外壁10～15mm范圍內(nèi)的油、水、漆、鐵銹等清理干凈， 直到露出金屬光澤。

2.3 焊前預(yù)熱溫度

關(guān)于SA-213 T23鋼預(yù)熱溫度的要求， 結(jié)合DL/T-2004《火電發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》對于2-1/2Cr-1Mo鋼預(yù)熱要求，預(yù)熱方式采用火焰加熱，預(yù)熱溫度控制在150℃～200℃范圍內(nèi)。

2.4 焊接電流

焊接電流及熄弧衰減時間是影響焊接質(zhì)量的主要因素之一，電流過小，電弧不穩(wěn)定，焊接線能量小，坡口兩側(cè)母材熔化不充分，容易形成未焊透，未融合等缺陷。電流過大，熔池溫度過高容易造成過燒，背部氧化、咬邊、夾鎢、熱裂紋等現(xiàn)象，還會導(dǎo)致焊縫和熱影響區(qū)金屬晶粒粗大，影響物理性能。熄弧衰減時間過短容易產(chǎn)生熄弧處縮孔和裂紋，過長會產(chǎn)生過燒氧化現(xiàn)象。該電廠吊掛管規(guī)格為?38.1×7.11打底電流打底時電流控制在110～115A之間，填充層電流控制在115～125A，蓋面層電流110～120A，這樣有利于層間溫度的控制，減少根部合金元素?zé)龘p，從而提高了焊接質(zhì)量。

2.5 層間溫度

小口徑管道焊接過程中，因熱量較集中散熱較慢，焊口溫度容易升高，層間溫度過高，會引起接頭金屬晶粒粗大，使焊縫強(qiáng)度和低溫沖擊韌性降低，甚至出現(xiàn)過燒和背部氧化等現(xiàn)象，影響焊接質(zhì)量，SA-213 T23鋼焊接過程中層間溫度控制在150℃～350℃之間。

2.6 背面充氬保護(hù)

當(dāng)焊縫合金含量較高時，焊接時背面采取充氬保護(hù)提高焊接質(zhì)量。焊接過程中根部往往會出現(xiàn)不同程度的氧化現(xiàn)象，因此，在施工過程中鍋爐再熱器吊掛管的焊接中采用背面沖氬保護(hù)措施，保證焊口根部的焊接質(zhì)量。根據(jù)《電力建設(shè)施工及驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范》中的要求：中、高合金鋼（含Cr量≥3%或合金總含量>5%）焊口為防止打底層根部氧化，焊接時管道內(nèi)壁應(yīng)充氬氣進(jìn)行保護(hù)。SA-213 T23鋼含Cr量為2.6%，未超過該標(biāo)準(zhǔn)，但合金總含量為6.18%，已經(jīng)超過了合金總含量5%，故采用充氬焊接。

2.7 緩冷

焊后緩冷分為主動緩冷和被動緩冷，主動緩冷是焊后必要的熱處理，被動緩冷緩慢降低至室溫，緩冷可以細(xì)化晶粒結(jié)構(gòu)不易脆裂，該項目使用的緩冷是焊接施工完畢以后，對焊口進(jìn)行火焰加熱300℃～350℃之間，隨后使用保溫棉進(jìn)行保溫，緩冷到室溫。

3? 結(jié)語

綜合以上原因可知，SA-213 T23鋼合金含量較高，熔池鐵水流動性較差、焊縫成型較差。因此，焊接該鋼種時，對焊接規(guī)范、焊工操作技能以及焊口組對的要求就更高、選擇合理的焊接電流，背面充氬保護(hù)，預(yù)熱溫度選擇在 150～200℃范圍內(nèi)。層間溫度的控制在150℃～350℃之間。調(diào)整合適的電流熄弧時間，熄弧衰減時間過短容易產(chǎn)生熄弧處縮孔和裂紋，熔池完全冷卻以后緩慢熄弧。焊后緩冷，對焊口進(jìn)行火焰加熱300℃～350℃之間，隨后使用保溫棉進(jìn)行保溫，緩冷到室溫。焊接質(zhì)量的好壞很大程度上取決于焊工自身的焊接技能水平和是否有較強(qiáng)的責(zé)任心，焊接技藝的不斷革新，更能有效改善和提高焊接質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1] Hedden，Owen F.Evolution of Section XI of the ASME Boiler and Pressure Vessel Code[J].Journal of Pressure Vessel Technology，2000，122（3）：234.

[2] 洪衛(wèi)，王志偉.SA213-T91+T23異種鋼焊接工藝[J].焊接技術(shù)，2010，39（3）：23-26.

[3] 劉堯星，鄧金健.SA213-T23鋼焊接工藝試驗(yàn)[J].焊接技術(shù)，2005，34（5）：37-38.