岳海峰

摘 要：本文通過對焊接材料為Thermanit617的焊接接頭常溫力學(xué)性能的分析，探討采用Thermanit617焊絲替代HR3C鋼的專用焊絲NITTETSU YT-HR3C對HR3C鋼進(jìn)行焊接的方法。

關(guān)鍵詞：Thermanit617 YT-HR3C 焊接工藝

目前，HR3C鋼材已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到了超臨界機(jī)組的末級過熱器和高溫再熱器系統(tǒng)中，但是由于該鋼材的焊接材料在國內(nèi)市場上非常缺乏，筆者采用焊絲Thermanit617替代HR3C的專用焊絲NITTETSU YT-HR3C對鋼材HR3C的焊接工藝進(jìn)行驗(yàn)證，來檢驗(yàn)其可替代性。

一、HR3C鋼的焊接特點(diǎn)

HR3C鋼存在著較高的裂紋敏感性，焊接此種鋼時(shí)，容易出現(xiàn)焊接裂紋。焊接接頭若經(jīng)過敏化處理后，接頭的HAZ可能發(fā)生晶間腐蝕，同時(shí)HR3C鋼在600℃～800℃下具有時(shí)效脆化傾向。因此，焊接時(shí)首先要解決焊接裂紋，在獲得完整焊接接頭的情況下，還要避免接頭應(yīng)力腐蝕破裂和焊縫中的σ相脆化。為了防止焊縫發(fā)生高溫裂紋，我們應(yīng)采用降低焊接熱輸入及降低層間溫度的焊接工藝和措施。焊接時(shí)，層間溫度一般控制在150℃以下。由于高溫區(qū)合金元素極易氧化，所以在整個(gè)焊接過程中要進(jìn)行背面充氬保護(hù)，以防止根部焊縫和母材的過燒。

二、焊接方案

采用的HR3C鋼管規(guī)格為Φ42×8mm，焊接位置為45°斜焊（6G）。

1.焊接材料

當(dāng)前國內(nèi)已經(jīng)篩選試驗(yàn)的焊材有ERNiCr-3、ERNiCrMo-3、Thermanit617、YT-HR3C四種。其中ERNiCr-3蠕變斷裂強(qiáng)度低于HR3C，而美標(biāo)限制的使用溫度為480℃，不能用于工作溫度達(dá)650℃的超臨界末級過熱器和高溫再熱器的焊接。ERNiCrMo-3的蠕變斷裂強(qiáng)度與HR3C鋼相當(dāng)，但是具有時(shí)效脆化傾向，而且美標(biāo)限制使用溫度為540℃，也不能用于工作溫度達(dá)650℃的超臨界末級過熱器和高溫再熱器的焊接。而Thermanit617焊材具有很高的蠕變斷裂強(qiáng)度和相當(dāng)好的抗氧化性及抗腐蝕，完全符合美國ASME標(biāo)準(zhǔn)，是代替YT-HR3C的理想焊接材料。因此，我們選用Thermanit617作為焊接HR3C的焊接材料。

2.焊前準(zhǔn)備

（1）坡口設(shè)計(jì)。如圖1所示，坡口采用V型坡口，坡口角度30°～35°，鈍邊1～2mm，對口間隙為1～2mm。

圖1

（2）焊接電源。采用ZX7-400STG焊機(jī)，焊接時(shí)采用直流正接。

（3）氬氣流量。焊槍內(nèi)的氬氣流量為8～10L/min，背面氬氣保護(hù)流量為10～12L/min。

（4）焊口準(zhǔn)備。將試件坡口表面及坡口15mm范圍內(nèi)（內(nèi)外壁）清理干凈，直至發(fā)出金屬光澤。

3.焊接工藝

本次工藝采用小電流，將焊接速度控制在60～80 mm /min，焊接時(shí)焊道排列如圖2所示，共分5層，每層焊縫的厚度控制在2mm以下，每道焊縫的寬度控制在4mm以內(nèi)，以達(dá)到小的線能量輸入。同時(shí)將焊縫的層間溫度嚴(yán)格控制在150℃以下。

圖2

Thermanit617焊絲的焊縫成型比較好。但是在焊接過程中，鐵水流動(dòng)性較差，黏度較大，熔池不清晰，操作起來比較難。焊縫表面產(chǎn)生較多的氧化膜，特別是焊縫表面的兩側(cè)有一層熔渣，打底和填充過程中必須用銼刀或磨光機(jī)清理干凈，否則容易產(chǎn)生夾渣。

三、理化試驗(yàn)

理化試驗(yàn)項(xiàng)目包括拉伸試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)和微觀金相試驗(yàn)。通過數(shù)據(jù)可以看出， HR3C鋼的常溫拉伸強(qiáng)度均超過母材拉伸強(qiáng)度的下限值，而且彎曲試樣均完好無損。因此采用Thermanit617焊絲進(jìn)行HR3C焊接，其常溫力學(xué)性能能夠滿足要求。

圖3 焊接材料為Thermanit617焊接接頭250倍金相照片

通過圖3，我們可以看出HR3C鋼母材側(cè)和焊縫側(cè)分別為晶粒較粗大奧氏體組織、孿晶奧氏體組織，組織符合要求。

四、結(jié)論

通過對焊接材料為Thermanit617焊接接頭常溫力學(xué)性能分析可知，可以采用Thermanit617焊絲替代HR3C鋼的專用焊絲NITTETSU YT-HR3C對HR3C鋼進(jìn)行焊接。

（作者單位：淄博市技師學(xué)院）