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(lái)，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(guò)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(shí)進(jìn)行射線檢測(cè)并未發(fā)現(xiàn)裂紋，后續(xù)又對(duì)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(shì)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(hào)：TG44 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(wèn)題以及采取的措施和方法，對(duì)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(guò)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(guó)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(lái)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(guò)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(wàn)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(guó)伯樂(lè)和蒂森的焊絲Union-ICr2WV，焊材規(guī)格為?2.4。焊接施工過(guò)程中出現(xiàn)的裂紋多為根部焊接打底接頭處，就現(xiàn)場(chǎng)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(guó)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(guò)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(guò)程中鐵水流動(dòng)性較差，焊縫成形較差，給焊接施工帶來(lái)了較大的困難。

1.2 焊縫過(guò)燒對(duì)裂紋的影響

焊縫合金元素增加且含量較高時(shí)，在焊接過(guò)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(guò)程中采用兩人對(duì)焊的形式，焊接過(guò)程中發(fā)現(xiàn)焊工未嚴(yán)格控制層間溫度，造成根部過(guò)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(duì)口間隙，層間溫度過(guò)高，都會(huì)產(chǎn)生打底層根部氧化現(xiàn)象。

1.3 應(yīng)力對(duì)裂紋的影響

每種材料的開(kāi)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(huì)產(chǎn)生裂紋，該電廠再熱器吊掛管在安裝過(guò)程中使用倒鏈進(jìn)行吊掛組對(duì)，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(duì)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(guò)程中不允許撤離吊掛倒鏈，焊口結(jié)束5h以后撤離吊掛對(duì)口吊掛裝置。

2? SA-213 T23焊接工藝措施

2.1 坡口組對(duì)

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

2.2 坡口清理

管口在組對(duì)前應(yīng)對(duì)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(duì)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(shí)間是影響焊接質(zhì)量的主要因素之一，電流過(guò)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(guò)大，熔池溫度過(guò)高容易造成過(guò)燒，背部氧化、咬邊、夾鎢、熱裂紋等現(xiàn)象，還會(huì)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(shí)間過(guò)短容易產(chǎn)生熄弧處縮孔和裂紋，過(guò)長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生過(guò)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(shí)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(guò)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(guò)高，會(huì)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(guò)燒和背部氧化等現(xiàn)象，影響焊接質(zhì)量，SA-213 T23鋼焊接過(guò)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(shí)，焊接時(shí)背面采取充氬保護(hù)提高焊接質(zhì)量。焊接過(guò)程中根部往往會(huì)出現(xiàn)不同程度的氧化現(xiàn)象，因此，在施工過(guò)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(shí)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(guò)該標(biāo)準(zhǔn)，但合金總含量為6.18%，已經(jīng)超過(guò)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(dòng)緩冷和被動(dòng)緩冷，主動(dòng)緩冷是焊后必要的熱處理，被動(dòng)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(xiàng)目使用的緩冷是焊接施工完畢以后，對(duì)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(yǔ)

綜合以上原因可知，SA-213 T23鋼合金含量較高，熔池鐵水流動(dòng)性較差、焊縫成型較差。因此，焊接該鋼種時(shí)，對(duì)焊接規(guī)范、焊工操作技能以及焊口組對(duì)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(shí)間，熄弧衰減時(shí)間過(guò)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(duì)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.