張學(xué)鋒，郭國均

(浙江省火電建設(shè)公司，浙江杭州 310016）

0 前言

某電廠主蒸汽管道旁路安裝中有P280GH和A335P22異種鋼焊縫，規(guī)格為φ114 mm×14 mm、φ406 mm×23.83 mm。焊接前對這兩種規(guī)格的材料進行焊接工藝評定試驗，由于業(yè)主要求，焊接材料選用的是高匹配，即焊絲為TGS-2CML、焊條為R407。在試驗過程中發(fā)現(xiàn)，選擇高匹配焊材時，薄壁管道和厚壁管道在焊后選擇熱處理規(guī)范時是可以不一樣的。

1 可焊性分析

P280GH鋼屬于AⅡ類碳素鋼，A335P22鋼屬于BⅠ類珠光體鋼，具體化學(xué)成分如表1所示。根據(jù)碳當(dāng)量公式CE(IIW)=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15（單位：%）計算可知，P280GH鋼的碳當(dāng)量值為0.39%，碳當(dāng)量小于0.4%屬于可焊性好的鋼材，不需采取其他措施；A335P22鋼的碳當(dāng)量值為0.8%，大于0.6%屬于可焊性差的鋼材，鋼材易于淬硬，焊接前需預(yù)熱，焊后需進行焊后熱處理措施。

焊接工藝評定執(zhí)行的規(guī)范是DL/T 868-2004[1]標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范推薦的工藝[2]是焊接材材選用低匹配（P280GH側(cè)），預(yù)熱溫度選高匹配（P22側(cè)），焊后熱處理溫度選低匹配（P280GH側(cè)），由于業(yè)主要求因此實際選用的焊材為高匹配（P22側(cè)）。

由于焊接材料選用的是高匹配TGS-2CML、R407，它的可焊性相對低匹配的焊接材料而言要差得多，且與執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)不一致，因此在試驗過程中存在著一定的變數(shù)，焊接材料化學(xué)成分分析如表1所示。

表1 焊接材料化學(xué)成分%

2 焊接工藝

（1）采用GTAW+SMAW焊接工藝。

（2）規(guī)格為φ114 mm×14 mm焊縫坡口采用單V型，φ406 mm×23.83 mm焊縫坡口采用雙V型。

（3）焊前預(yù)熱：預(yù)熱溫度200℃~350℃；層間溫度不大于350℃。

（4）采用多層多道焊，焊層厚度不大于焊條直徑加2 mm，焊道擺動寬度不大于焊條直徑的5倍。

（5）焊接工藝參數(shù)如表2所示。

表2 焊接工藝參數(shù)

3 焊接試驗過程

試驗分兩個階段實施，第一階段完成φ114mm×14 mm規(guī)格焊接工藝評定，試驗一次成功，焊后熱處理溫度選擇為620℃～650℃，過程實測為635℃～644℃，恒溫1 h；第二階段完成φ406mm×23.83 mm規(guī)格焊接工藝評定。試驗總共進行了三次，前兩次不合格，最后一次合格，熱處理溫度和時間如表3所示。

4.1 第一階段

φ114mm×14 mm規(guī)格焊接工藝評定采用規(guī)范推薦的熱處理工藝參數(shù)，即焊后熱處理溫度620℃～650℃，恒溫1 h，試驗數(shù)據(jù)符合標(biāo)準(zhǔn)的要求，試驗數(shù)據(jù)詳見表4、表5。

4.2 第二階段

（1）由于第一階段試驗一次成功，因此φ406mm×23.83mm規(guī)格焊接工藝評定試驗時同樣也采用了規(guī)范要求的熱處理工藝，但實際試驗結(jié)果很不理想，試驗數(shù)據(jù)詳見表4、表5。主要數(shù)據(jù)顯示是彎曲試驗、硬度試驗和沖擊試驗都不合格，其中彎曲試驗為側(cè)彎，試驗結(jié)果是根部開裂，硬度數(shù)據(jù)超標(biāo)，沖擊值小于27J/cm2，都不合格。

（2）基于第一階段的試驗數(shù)據(jù)，經(jīng)分析，認(rèn)為φ406 mm×23.83 mm焊接工藝評定第一次試驗失敗原因是由于焊縫硬度偏高引起的，高溫回火不徹底。分析整個焊后熱處理實施過程，原因可能有兩方面：一是焊后熱處理恒溫時間不夠，溫度不均勻，高溫回火不徹底；二是熱處理材料包扎不到位，管內(nèi)一側(cè)未封閉，導(dǎo)致焊縫根部散熱太快。因此修改了焊

表3 熱處理工藝參數(shù)

4 試驗過程分析

表4 沖擊試驗和硬度試驗數(shù)據(jù)

表5 拉伸試驗

后熱處理的恒溫時間，由1h增加1.5h，并加強了熱處理的包扎和過程的監(jiān)控，再進行第二次試驗。

（3）φ406mm×23.83mm焊接工藝評定第二次試驗結(jié)果還是不理想，結(jié)果是硬度值略微偏高，沖擊值更低。是否還是熱處理回火不徹底？于是重新截取試塊在熱處理爐內(nèi)又進行了本次試驗的二次焊后熱處理，完成后再次試驗顯示硬度值趨于合格，但沖擊值幾乎沒有變化，硬度和沖擊值如表4所示。

（4）通過這兩次試驗，分析認(rèn)為試驗不合格的原因不是由于焊后熱處理高溫回火不徹底引起的，而是焊后熱處理溫度選擇不當(dāng)導(dǎo)致的。原因有二：一是秦山項目的焊接材料都經(jīng)過了進庫前的焊接復(fù)核堆焊試驗，焊后熱處理溫度選擇為720℃～750℃，經(jīng)試樣沖擊試驗的表明焊接材料是合格的；二是秦山二期焊接材料選擇高匹配依據(jù)是ASME規(guī)范，ASME規(guī)范B31.1動力管道篇132.1 B規(guī)定，當(dāng)兩種不同的P-No材料的零件焊接連接時，應(yīng)該按要求較高焊后熱處理溫度的材料的規(guī)定進行處理，且推薦溫度為700℃～760℃[3]。因此φ406 mm×23.83mm工藝評定試驗進行了第三次試驗，焊后熱處理溫度選擇為高匹配，考慮到P280GH的AC1線為725℃，最終選擇焊后熱處理溫度為700℃～715℃，試驗結(jié)果合格。

5 試驗結(jié)果分析

5.1 拉伸試驗

拉伸試驗結(jié)果如表5所示，每組試驗的抗拉強度都大于母材標(biāo)準(zhǔn)強度413 MPa，拉伸試驗合格。

5.2 彎曲試驗

φ114 mm×14 mm焊接工藝評定彎曲試樣采用的是正彎和背彎，φ406 mm×23.83mm焊接工藝評定彎曲試樣采用的是全焊縫側(cè)彎，從試驗結(jié)果看除第二組不合格外，其余試樣都合格。不合格試樣原因分析是由于焊縫和單側(cè)熱影響區(qū)硬度偏高，與P280GH側(cè)的硬度相關(guān)太大，導(dǎo)致彎曲過程中一側(cè)太軟一側(cè)太硬，無法實現(xiàn)焊縫中心彎曲，不合格試樣如圖1所示。

圖1 彎曲試樣

5.3 金相試驗

對每一組試樣都進行宏觀金相分析和微觀金相分析，組織都符合規(guī)范的要求。

5.4 沖擊試驗和硬度試驗

沖擊試驗和硬度試驗數(shù)值見表4，其中φ406mm×23.83 mm焊縫第一組和第二組不合格。

5.5 綜合分析

通過四組試件試驗表明，P280GH與A335P22采用高匹配焊材焊接時，主要問題是沖擊韌性和硬度不符合規(guī)范要求，它與焊后熱處理溫度存在較大的關(guān)系。

（1）薄壁管焊后熱處理采用低匹配規(guī)范，由于管壁薄受熱均勻，恒溫狀態(tài)時達到焊縫溫度均勻的時間短，容易實現(xiàn) 品的合格，證明了DL/T869-2004規(guī)范中5.4.4免除條款的正確性，即在氬弧焊打底、采用低氫型焊條、焊前預(yù)熱、焊后緩冷的A335P22類材料6 mm以下焊縫可免除焊后熱處理[2]。

（2）異種鋼焊接一方面應(yīng)考慮它的可焊性，另一方面還應(yīng)考慮焊前預(yù)熱和焊后熱處理規(guī)范。厚壁管由于壁厚的原因，管壁的溫度是通過熱輻射來達到最終的均勻，會存在溫度不均勻和恒溫時間有長有短，而且高溫回火也不能通過加長恒溫時間來彌補溫度不夠這一現(xiàn)實。因此厚壁管異種鋼焊接焊后熱處理溫度應(yīng)焊接材料為依據(jù)，焊接材料靠近哪一側(cè)就以哪一側(cè)為準(zhǔn)。

（3）增加焊后熱處理時間可以降低焊縫硬度，但并不能提高沖擊韌性；重做焊后熱處理可以降低焊縫硬度，但不能改變沖擊韌性。

6 結(jié)論

（1）異種鋼焊接時，焊后熱處理溫度盡可能選擇與焊接材料一致，特別是厚壁管焊縫；焊接材料的選擇應(yīng)與執(zhí)行的焊接標(biāo)準(zhǔn)一致。

（2）考慮到材料的AC1線，當(dāng)兩種母材合金含量相差較大時，盡可能不選擇高匹配的焊接材料，如選擇高匹配時焊后熱處理溫度則應(yīng)進行綜合考慮。

（3）重新焊后熱處理可以降低焊縫的硬度，但不能改善焊縫的沖擊韌性。

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[1]DL/T 868-2004，焊接工藝評定規(guī)程[S].

[2]DL/T 869-2004，火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程[S].

[3]ASME B31.1-2004，動力管道[S].