汪公河 董明俊
摘 要:文章主要結(jié)合田集電廠二期工程實(shí)際,針對(duì)Super 304H與HR3C對(duì)接選用Thermanit 617和YT-HR3C兩種焊絲的焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)結(jié)果,從施工工藝和操作難度上進(jìn)行比較,確定最適合施工安裝操作的工藝,并結(jié)合工程實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的問(wèn)題總結(jié)歸納了相應(yīng)的質(zhì)量控制要點(diǎn)。
關(guān)鍵詞:HR3C;Super 304H;超超臨界機(jī)組;焊接
引言
田集電廠二期工程是國(guó)內(nèi)首臺(tái)再熱蒸汽溫度達(dá)623℃的超超臨界鍋爐,高溫末級(jí)再熱器出口是HR3C和Super 304H兩種鋼材對(duì)接焊,對(duì)應(yīng)這兩種鋼材的焊接材料國(guó)內(nèi)外都已研發(fā)并應(yīng)用,關(guān)于單純的這兩種鋼材的焊接工藝研究和實(shí)踐也已經(jīng)在很多單位開(kāi)展,但對(duì)于這兩種鋼材對(duì)接的焊接工藝應(yīng)用目前尚不是很多。
我公司以前承建的某工程超超臨界機(jī)組為全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐。3#鍋爐末級(jí)再熱器共有HR3C與Super 304H對(duì)接焊口656只(見(jiàn)表1)。為了滿足工程需要,我們分別采用Thermanit 617和YT-HR3C兩種焊絲進(jìn)行了Super 304H、HR3C異種鋼對(duì)接工藝評(píng)定,并在過(guò)程中對(duì)這兩中工藝進(jìn)行了比對(duì),確定了最終工藝方案。結(jié)合對(duì)施工數(shù)據(jù)的分析和過(guò)程管理的總結(jié)提出了相應(yīng)的控制要點(diǎn)。
1 母材與焊材的特點(diǎn)
Super 304H和HR3C均屬于細(xì)晶粒奧氏體耐熱不銹鋼。
從鋼材和焊材的化學(xué)成分表里面可以看出, YT-HR3C的化學(xué)成分和HR3C母材的化學(xué)成分大部分元素基本相似,但也有一些不同,如HR3C母材中不含Cu而焊材YT-HR3C中含有2.99%的Cu,而且兩種焊材中均加入了Mo(YT-HR3C含有0.91%、Thermanit 617含有8.70%)。同時(shí),與母材和YT-HR3C相比,ERNiCrCoMo-1屬于鎳基合金焊材,除了含有10.8%的Co以外,Ni的含量達(dá)到了54.9%。
根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)的介紹,有關(guān)化學(xué)成分的加入考慮了以下因素[1]:
Ni:Ni屬于奧氏體穩(wěn)定元素,能降低奧氏體化溫度,對(duì)焊縫的回火溫度有較大影響,并提高鋼的韌性;
Co:適量的加入Co可有效替代Ni的作用而使焊縫金屬獲得穩(wěn)定的室溫沖擊韌性,并可提高基蠕變強(qiáng)度;
Mo:Mo的加入,有利于形成碳化物,使焊縫具有高溫穩(wěn)定性,并提高焊縫的高溫強(qiáng)度;
Cu:Cu屬于微量元素,在YT-HR3C中加了2.99%,其主要作用在于在奧氏體鋼中形成強(qiáng)化項(xiàng),提高抗腐蝕性能,但Cu容易與S發(fā)生化學(xué)反映,生成CuS或者Cu2S,這兩種化合物穩(wěn)定存在,妨礙鈍化膜的延續(xù)性和完整性,應(yīng)控制Cu的含量。
2 焊接工藝評(píng)定情況
2.1 工藝評(píng)定結(jié)果
根據(jù)DL/T 868和相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求分別采用Thermanit 617和YT-HR3C兩種焊絲進(jìn)行了Super 304H、HR3C異種鋼對(duì)接手工鎢極氬弧焊方法的工藝評(píng)定,兩種工藝評(píng)定的試驗(yàn)結(jié)果均符合相關(guān)規(guī)程的要求。
2.2工藝評(píng)定的焊接過(guò)程對(duì)比
從工藝評(píng)定過(guò)程來(lái)看,兩種焊材在焊接過(guò)程中焊道收弧處都會(huì)形成一層薄膜,須采用機(jī)械方法對(duì)接頭位置進(jìn)行打磨,以確保焊道之間更好的熔合。YT-HR3C焊絲熔池比較清晰,易于觀察;Thermanit 617焊絲在每次熔池結(jié)晶后焊縫表面的金屬氧化物雜質(zhì)比較多,打磨量也比較大,另外ERNiCrCoMo-1焊絲容易出現(xiàn)未熔合,尤其是打底封口位置,焊絲熔化后的流動(dòng)性也較差,不易帶動(dòng),操作難度稍大。
根據(jù)上述比對(duì)最終確定現(xiàn)場(chǎng)采用YT-HR3C工藝進(jìn)行工程實(shí)體施工。
3 工程施工中的控制要點(diǎn)及解決措施
3.1 工程施工情況
工程實(shí)體中656只焊口均為5G位置,一側(cè)為管屏,一側(cè)為異形散管。施工中采用單人施焊。按照施工合同要求所有焊口進(jìn)行100%RT+100%PT進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。共計(jì)產(chǎn)生不合格焊口12只
3.2 主要缺陷產(chǎn)生的原因分析
通過(guò)統(tǒng)計(jì)可以看出此類接頭在焊接過(guò)程中產(chǎn)生的最主要缺陷為未熔合,其次為內(nèi)凹,另外還有少許其他缺陷。缺陷產(chǎn)生的主要位置為8-1區(qū)(正平焊打底收口位置)。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工的情況來(lái)看,我們認(rèn)為這些缺陷產(chǎn)生的主要原因有以下幾個(gè)方面。
3.2.1 內(nèi)充氬保護(hù)措施不當(dāng)?shù)挠绊?。這是導(dǎo)致未熔合和內(nèi)凹缺陷產(chǎn)生的一個(gè)主要原因。根據(jù)施工缺陷產(chǎn)生后的分析和焊工個(gè)人回憶的比對(duì),在采用水溶紙制作內(nèi)充氬保護(hù)氣室時(shí)如果處理不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)不良后果:一方面氣室空間內(nèi)氣體溫度升高導(dǎo)致焊接層間溫度不宜控制,這是導(dǎo)致打底收口接頭未熔合的主要原因;另一方面氣室過(guò)于緊密導(dǎo)致打底收口時(shí)氣室內(nèi)部氣壓偏高使熔池受到向外頂?shù)膲毫?,這將有可能導(dǎo)致內(nèi)凹的缺陷產(chǎn)生。
3.2.2 層間清理不徹底。在此種焊接接頭中無(wú)論是焊材還是母材合金含量都非常高,易氧化,如果在收弧時(shí)氬氣保護(hù)稍有不到位就會(huì)在表面形成一層氧化膜,而這種氧化膜又是比較難于去除的,所以如果層間清理不到位很容易導(dǎo)致焊道接頭處的未熔合缺陷產(chǎn)生。
3.2.3 層間溫度控制不嚴(yán)格,對(duì)口間隙不當(dāng)。奧氏體不銹鋼焊接過(guò)程對(duì)于焊縫層間溫度的控制要求非常嚴(yán)格,在現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中經(jīng)常容易出現(xiàn)的狀況是作業(yè)人員急于將施工任務(wù)盡快完成而忽略了工藝要求,在同一個(gè)焊接接頭上連續(xù)不間斷的作業(yè),從而導(dǎo)致層間溫度過(guò)高,焊縫金屬表面氧化嚴(yán)重,再加上層間清理不夠徹底,就極容易導(dǎo)致缺陷產(chǎn)生。依據(jù)工藝評(píng)定,現(xiàn)場(chǎng)對(duì)口間隙控制在2~3mm之間,隨著不斷施焊,在封口時(shí)間隙會(huì)因產(chǎn)生的軸向收縮而變小,導(dǎo)致熔池與兩側(cè)母材不能很好地熔合。另外,兩側(cè)母材壁厚也有偏差,間隙過(guò)小容易產(chǎn)生未熔合缺陷,間隙過(guò)大在仰焊位置容易產(chǎn)生內(nèi)凹缺陷。
3.2.4 空氣濕度對(duì)焊縫接頭質(zhì)量影響較大。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)踐總結(jié)我們得出使用YT-HR3C焊絲對(duì)Super 304H/HR3C異種鋼接頭進(jìn)行焊接時(shí),空氣濕度對(duì)焊縫接頭質(zhì)量有明顯的干擾,當(dāng)空氣濕度達(dá)到一定水平時(shí)甚至可能出現(xiàn)鐵水與母材無(wú)法熔合的現(xiàn)象。
3.2.5 焊工施工經(jīng)驗(yàn)不足,打底層焊道封口時(shí)電流過(guò)小。打底封口時(shí),熔池與兩側(cè)焊縫的熔合需要較大的熱能量,電流過(guò)小會(huì)導(dǎo)致接頭區(qū)域熱輸入較低,導(dǎo)致未熔合,當(dāng)兩側(cè)焊縫接頭過(guò)厚時(shí),現(xiàn)場(chǎng)尤為明顯。
3.3 施工過(guò)程的控制重點(diǎn)和缺陷預(yù)防措施
通過(guò)對(duì)施工過(guò)程的總結(jié)和典型缺陷產(chǎn)生的原因分析,我們提出以下施工控制重點(diǎn)和缺陷預(yù)防措施。
3.3.1 注意充氬氣室的制作和內(nèi)充氬保護(hù)氬氣流量的控制。施工中采用焊接水溶紙進(jìn)行氣室制作,打底封口前保持散管內(nèi)的氬氣流動(dòng)1-2min,確保焊縫附近的氣體得到置換,封口時(shí)將散管端管打開(kāi)1/4缺口,保證氬氣的正常流通。
3.3.2 加強(qiáng)施工過(guò)程控制,注意工藝細(xì)節(jié)。對(duì)口前對(duì)壁厚一側(cè)管件進(jìn)行打磨,減小兩側(cè)母材偏差,對(duì)口間隙控制在3mm。適當(dāng)加大打底封口電流,根據(jù)個(gè)人情況,比其他位置焊接電流增加10-15A。打底封口前將兩側(cè)焊縫機(jī)械打磨成斜坡?tīng)睿沟萌鄢嘏c焊縫有效熔合,為保證質(zhì)量,所有接頭前都對(duì)焊縫進(jìn)行打磨??刂坪檬┖傅膶娱g溫度,以100℃以內(nèi)為宜。
3.3.3 注意對(duì)焊工的培訓(xùn)和選拔,重視技術(shù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析,無(wú)損檢測(cè)要及時(shí)以便于跟蹤焊工個(gè)人質(zhì)量波動(dòng),及時(shí)調(diào)整。
4 結(jié)束語(yǔ)
(1)從工藝評(píng)定和實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看,采用YT-HR3C和Thermanit 617焊絲進(jìn)行HR3C和Super 304H對(duì)接焊接是可行的,對(duì)接接頭在力學(xué)性能等方面均能滿足相關(guān)技術(shù)要求。(2)YT-HR3C焊絲在用于HR3C和Super 304H對(duì)接上的可操作性要優(yōu)于Thermanit 617焊絲。(3)要保證HR3C和Super 304H不銹鋼焊接焊縫工藝質(zhì)量,需要從施工各個(gè)環(huán)節(jié)嚴(yán)格把握,現(xiàn)場(chǎng)施工中最容易出現(xiàn)的缺陷是未熔合和內(nèi)凹,尤其在打底焊道收口部位,其中內(nèi)充氬保護(hù)的效果與缺陷產(chǎn)生的關(guān)系明顯。
參考文獻(xiàn)
[1]史文淵,張兆弟,馮建輝,等.SUPER 304H及HR3C選用鎳基焊材的焊接工藝及實(shí)際操作研究[A].超(超)臨界鍋爐用鋼及焊接技術(shù)協(xié)作網(wǎng)第二次論壇大會(huì)論文集,455-461.
[2]王立玉.采用Thermanit 617焊絲焊接Super304H和HR3C鋼的實(shí)踐[A].超(超)臨界鍋爐用鋼及焊接技術(shù)協(xié)作網(wǎng)第三次論壇大會(huì)論文集,449-454.
[3]楊富,章應(yīng)霖,任永寧,等.新型耐熱鋼焊接[M].北京:中國(guó)電力出版社,2007.
作者簡(jiǎn)介:汪公河(1974-),中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)安徽電力建設(shè)第一工程公司副總工程師,高級(jí)工程師,一級(jí)建造師,主要從事電站管道焊接技術(shù)研究與應(yīng)用。
董明?。?985-),中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)安徽電力建設(shè)第一工程公司,助理工程師,主要從事焊接技術(shù)研究和管理工作。
3.2.5 焊工施工經(jīng)驗(yàn)不足,打底層焊道封口時(shí)電流過(guò)小。打底封口時(shí),熔池與兩側(cè)焊縫的熔合需要較大的熱能量,電流過(guò)小會(huì)導(dǎo)致接頭區(qū)域熱輸入較低,導(dǎo)致未熔合,當(dāng)兩側(cè)焊縫接頭過(guò)厚時(shí),現(xiàn)場(chǎng)尤為明顯。
3.3 施工過(guò)程的控制重點(diǎn)和缺陷預(yù)防措施
通過(guò)對(duì)施工過(guò)程的總結(jié)和典型缺陷產(chǎn)生的原因分析,我們提出以下施工控制重點(diǎn)和缺陷預(yù)防措施。
3.3.1 注意充氬氣室的制作和內(nèi)充氬保護(hù)氬氣流量的控制。施工中采用焊接水溶紙進(jìn)行氣室制作,打底封口前保持散管內(nèi)的氬氣流動(dòng)1-2min,確保焊縫附近的氣體得到置換,封口時(shí)將散管端管打開(kāi)1/4缺口,保證氬氣的正常流通。
3.3.2 加強(qiáng)施工過(guò)程控制,注意工藝細(xì)節(jié)。對(duì)口前對(duì)壁厚一側(cè)管件進(jìn)行打磨,減小兩側(cè)母材偏差,對(duì)口間隙控制在3mm。適當(dāng)加大打底封口電流,根據(jù)個(gè)人情況,比其他位置焊接電流增加10-15A。打底封口前將兩側(cè)焊縫機(jī)械打磨成斜坡?tīng)睿沟萌鄢嘏c焊縫有效熔合,為保證質(zhì)量,所有接頭前都對(duì)焊縫進(jìn)行打磨??刂坪檬┖傅膶娱g溫度,以100℃以內(nèi)為宜。
3.3.3 注意對(duì)焊工的培訓(xùn)和選拔,重視技術(shù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析,無(wú)損檢測(cè)要及時(shí)以便于跟蹤焊工個(gè)人質(zhì)量波動(dòng),及時(shí)調(diào)整。
4 結(jié)束語(yǔ)
(1)從工藝評(píng)定和實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看,采用YT-HR3C和Thermanit 617焊絲進(jìn)行HR3C和Super 304H對(duì)接焊接是可行的,對(duì)接接頭在力學(xué)性能等方面均能滿足相關(guān)技術(shù)要求。(2)YT-HR3C焊絲在用于HR3C和Super 304H對(duì)接上的可操作性要優(yōu)于Thermanit 617焊絲。(3)要保證HR3C和Super 304H不銹鋼焊接焊縫工藝質(zhì)量,需要從施工各個(gè)環(huán)節(jié)嚴(yán)格把握,現(xiàn)場(chǎng)施工中最容易出現(xiàn)的缺陷是未熔合和內(nèi)凹,尤其在打底焊道收口部位,其中內(nèi)充氬保護(hù)的效果與缺陷產(chǎn)生的關(guān)系明顯。
參考文獻(xiàn)
[1]史文淵,張兆弟,馮建輝,等.SUPER 304H及HR3C選用鎳基焊材的焊接工藝及實(shí)際操作研究[A].超(超)臨界鍋爐用鋼及焊接技術(shù)協(xié)作網(wǎng)第二次論壇大會(huì)論文集,455-461.
[2]王立玉.采用Thermanit 617焊絲焊接Super304H和HR3C鋼的實(shí)踐[A].超(超)臨界鍋爐用鋼及焊接技術(shù)協(xié)作網(wǎng)第三次論壇大會(huì)論文集,449-454.
[3]楊富,章應(yīng)霖,任永寧,等.新型耐熱鋼焊接[M].北京:中國(guó)電力出版社,2007.
作者簡(jiǎn)介:汪公河(1974-),中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)安徽電力建設(shè)第一工程公司副總工程師,高級(jí)工程師,一級(jí)建造師,主要從事電站管道焊接技術(shù)研究與應(yīng)用。
董明?。?985-),中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)安徽電力建設(shè)第一工程公司,助理工程師,主要從事焊接技術(shù)研究和管理工作。
3.2.5 焊工施工經(jīng)驗(yàn)不足,打底層焊道封口時(shí)電流過(guò)小。打底封口時(shí),熔池與兩側(cè)焊縫的熔合需要較大的熱能量,電流過(guò)小會(huì)導(dǎo)致接頭區(qū)域熱輸入較低,導(dǎo)致未熔合,當(dāng)兩側(cè)焊縫接頭過(guò)厚時(shí),現(xiàn)場(chǎng)尤為明顯。
3.3 施工過(guò)程的控制重點(diǎn)和缺陷預(yù)防措施
通過(guò)對(duì)施工過(guò)程的總結(jié)和典型缺陷產(chǎn)生的原因分析,我們提出以下施工控制重點(diǎn)和缺陷預(yù)防措施。
3.3.1 注意充氬氣室的制作和內(nèi)充氬保護(hù)氬氣流量的控制。施工中采用焊接水溶紙進(jìn)行氣室制作,打底封口前保持散管內(nèi)的氬氣流動(dòng)1-2min,確保焊縫附近的氣體得到置換,封口時(shí)將散管端管打開(kāi)1/4缺口,保證氬氣的正常流通。
3.3.2 加強(qiáng)施工過(guò)程控制,注意工藝細(xì)節(jié)。對(duì)口前對(duì)壁厚一側(cè)管件進(jìn)行打磨,減小兩側(cè)母材偏差,對(duì)口間隙控制在3mm。適當(dāng)加大打底封口電流,根據(jù)個(gè)人情況,比其他位置焊接電流增加10-15A。打底封口前將兩側(cè)焊縫機(jī)械打磨成斜坡?tīng)?,使得熔池與焊縫有效熔合,為保證質(zhì)量,所有接頭前都對(duì)焊縫進(jìn)行打磨??刂坪檬┖傅膶娱g溫度,以100℃以內(nèi)為宜。
3.3.3 注意對(duì)焊工的培訓(xùn)和選拔,重視技術(shù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析,無(wú)損檢測(cè)要及時(shí)以便于跟蹤焊工個(gè)人質(zhì)量波動(dòng),及時(shí)調(diào)整。
4 結(jié)束語(yǔ)
(1)從工藝評(píng)定和實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看,采用YT-HR3C和Thermanit 617焊絲進(jìn)行HR3C和Super 304H對(duì)接焊接是可行的,對(duì)接接頭在力學(xué)性能等方面均能滿足相關(guān)技術(shù)要求。(2)YT-HR3C焊絲在用于HR3C和Super 304H對(duì)接上的可操作性要優(yōu)于Thermanit 617焊絲。(3)要保證HR3C和Super 304H不銹鋼焊接焊縫工藝質(zhì)量,需要從施工各個(gè)環(huán)節(jié)嚴(yán)格把握,現(xiàn)場(chǎng)施工中最容易出現(xiàn)的缺陷是未熔合和內(nèi)凹,尤其在打底焊道收口部位,其中內(nèi)充氬保護(hù)的效果與缺陷產(chǎn)生的關(guān)系明顯。
參考文獻(xiàn)
[1]史文淵,張兆弟,馮建輝,等.SUPER 304H及HR3C選用鎳基焊材的焊接工藝及實(shí)際操作研究[A].超(超)臨界鍋爐用鋼及焊接技術(shù)協(xié)作網(wǎng)第二次論壇大會(huì)論文集,455-461.
[2]王立玉.采用Thermanit 617焊絲焊接Super304H和HR3C鋼的實(shí)踐[A].超(超)臨界鍋爐用鋼及焊接技術(shù)協(xié)作網(wǎng)第三次論壇大會(huì)論文集,449-454.
[3]楊富,章應(yīng)霖,任永寧,等.新型耐熱鋼焊接[M].北京:中國(guó)電力出版社,2007.
作者簡(jiǎn)介:汪公河(1974-),中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)安徽電力建設(shè)第一工程公司副總工程師,高級(jí)工程師,一級(jí)建造師,主要從事電站管道焊接技術(shù)研究與應(yīng)用。
董明俊(1985-),中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)安徽電力建設(shè)第一工程公司,助理工程師,主要從事焊接技術(shù)研究和管理工作。