Super304H鋼小管徑焊口焊接工藝評定及應(yīng)用

Super304H鋼小管徑焊口焊接工藝評定及應(yīng)用摘要：本文介紹了Super304H鋼小徑管氮弧焊工藝的評定試驗，以及Super304H焊接工藝應(yīng)用于某電廠三期擴建工程2X600MW超超臨界機組#5鍋爐高溫再熱器的具體情況。關(guān)鍵詞：Super304H鋼；焊接；丄藝評定；現(xiàn)場應(yīng)用一.Super304鋼焊接概述Super304H鋼是山日本住友金屬株式會社和三菱重工在SA-213TP304H的基礎(chǔ)上，通過降低Mn含量上限，加入約3%的銅、0.45%的規(guī)和微量的氮，使該鋼在服役運行時產(chǎn)生細小彌散、沉淀于奧氏體內(nèi)的富銅相，并與其互相密合，從而達到高溫強度、高溫塑性及抗高溫氧化的最佳組合。據(jù)日本相關(guān)資料介紹，該鋼在溫度為650°C時的抗氧化性優(yōu)于口前常用的SA-213TP304H和SA-213TP347H,相同條件下的氧化腐蝕深度僅為SA-213TP304H的一半，為SA-213TP347H的67%,由于Cu、Nb、N的多元復(fù)合強化作用,其許用應(yīng)力較SA-2I3TP347H高約20%以上。主要應(yīng)用于超超臨界鍋爐的高溫再熱器、高溫過熱器。Super304H的化學(xué)成分及力學(xué)性能見表1、表2。表1Super304H鋼和ASTMA213-TP304H鋼化學(xué)成分比較（mass%）根據(jù)DL/T868-2004《焊接工藝評泄規(guī)程》規(guī)迄Super304H鋼屬于C類EI級，作為首次應(yīng)用的鋼材，必須對其進行焊接工藝評左：工藝評左主要是對鋼材做焊接工藝評左和焊工技能評定。Super304H鋼屬于奧氏體不銹鋼，合金含量髙，嚴格控制層間溫度和內(nèi)部充氮保護是保證不過燒的必須條件，同時根拯《焊接工藝評泄規(guī)程》，Super304H鋼焊前不需要進行預(yù)熱,焊后也不需要熱處理。Super304H鋼的焊接在焊工培訓(xùn)方而國內(nèi)規(guī)范沒有具體要求，但作為細晶強韌奧氏體不銹鋼，Super304H鋼具有對焊接工藝參數(shù)敏感的特點，重視焊前模擬練習(xí)及工藝參數(shù)的施焊監(jiān)督是確保Super304H鋼施焊質(zhì)雖的重要保證。因此，針對新型奧氏體鋼種Super304H鋼的焊接，有必要通過焊接工藝評左來確泄合理的焊接工藝參數(shù)，并以此為可靠依據(jù)來指導(dǎo)焊前模擬練習(xí)及確立現(xiàn)場施焊方案，以順利完成Super304H鋼的現(xiàn)場焊接。二、焊接工藝評立試驗1試驗方案工藝評左試驗管材Super304H鋼來源于日本三菱重工，交貨狀態(tài)為固溶■酸洗，實際到貨規(guī)格經(jīng)測量為①45x6.7mm,材質(zhì)報告所列抗拉試驗及硬度測試結(jié)果如表3所示。表3試驗用Super304H鋼材拉伸性能評是試驗采用全氮弧焊工藝（GTAW），根據(jù)電力行業(yè)標準規(guī)泄：新型耐熱鋼焊接材料的選用應(yīng)首選同材質(zhì)的焊接材料，鑒于焊接材料受供貨原因的制約，故選用兩種焊接材料分別評/￡?及徳國蒂森公司的Thermannit304HCU相匹配的焊材和Thermanit617線基焊材，規(guī)格均為①24焊接工藝方案如表4。充壓保護：《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》要求：中、髙合金鋼（含CrM>3%或合金總含量>5%）焊口為防止根部氧化，焊接時內(nèi)壁應(yīng)充氮氣加以保護。Super304H鋼含Cr咼遠大于3%,合金含量也遠超過5%,為使根部不氧化，在打底和次層焊道焊接時，必須進行充氮保護。表4Super304H焊接工藝方案2試驗結(jié)果及分析評泄試驗按照兩套方案各焊制試件兩個，焊后經(jīng)外觀檢查和射線探傷合格’按照工藝評定規(guī)程要求進行試樣制取并做各項性能試驗，試驗結(jié)果對比如表5所示。表5評泄試驗結(jié)果1） 彎曲試驗采取4倍的彎軸直徑，180。彎角，試樣內(nèi)外彎曲表而均無裂紋產(chǎn)生，焊接接頭彎曲試驗合格。2） 拉伸試樣均斷于焊接接頭熔合線外的母材上，說明焊接接頭的強度不低于母材，且抗拉強度均髙于Super304H鋼規(guī)定的590MPa最小值，拉伸試驗合格°3） 從兩套方案的性能試驗結(jié)果來看，使用Thermannit304HCU焊絲和Thermanit617焊絲焊接，均完全滿足《焊接工藝評左規(guī)程》對Super304H鋼各項性能的要求，按照兩套方案進行的Super304H鋼焊接工藝評定結(jié)果均判住為合格。4） 在滿足焊接接頭性能合格的前提下，選擇不受供貨制約的Thermanit617焊絲更能保證工期的如期進行。三、工程應(yīng)用1Super304H鋼焊口分布某電廠三期擴建工程2x600MW超超臨界機組#5鍋爐，髙溫再熱器現(xiàn)場部分焊口采用Super304H材質(zhì),規(guī)格為4）63.5x4mm,分進出口140片管屏供貨,需在現(xiàn)場組合成70片然后安裝，組合焊口Super304H材質(zhì)每片5道焊口,共350道焊口，均在兩片內(nèi)側(cè),為水平固泄焊口；安裝焊口Super304H材質(zhì)每片2道焊口，共140道焊口，均在兩片內(nèi)側(cè)，為垂直固左焊口，焊接位置均較好。根據(jù)施工方案，組合.安裝工期均約2個月。2焊前模擬練習(xí)由于大部分焊工沒有接觸過此種鋼材，不了解Super304H鋼和焊接材料的工藝性能，首先根據(jù)工藝評左和相關(guān)的焊接規(guī)程、規(guī)范，編制了作業(yè)指導(dǎo)書和焊接工藝卡，對Super304H鋼焊接進行指導(dǎo)，并組織4名焊工進行焊前全氮模擬練習(xí)。在模擬練習(xí)中發(fā)現(xiàn)操基焊材易出現(xiàn)未熔合，主要集中在焊層間及焊口打底最后收口處，特別是在焊口最后收頭處，特別易呈〃肚臍狀〃未熔合。此外焊線的電阻大，熔化和流淌性差，熱傳導(dǎo)性差，在送絲過程中，焊絲添加咼稍多，便會形成背而焊道上的〃褶皺樣〃未熔合。表6焊接工藝參數(shù)3現(xiàn)場施焊及過程控制Super304H鋼為細晶粒奧氏體不銹鋼，現(xiàn)場施焊主要控制焊前淸理、內(nèi)部充氮、焊接電流、層間溫度.焊接變形幾方而。焊口焊前淸理不干凈很容易出現(xiàn)未熔合和氣孔等焊接缺陷，特別對Super304H鋼為細晶粒奧氏體不銹鋼和Thermanit617焊絲髙合金材料，極易出現(xiàn)未熔合，在模擬練習(xí)時就充分了解，故在現(xiàn)場施焊時特別注意這一點，淸理完的焊口不準用手或帶汕的手套觸摸，，焊絲在焊接前用細砂紙打磨，隨打隨用，嚴格控制淸理質(zhì)量。施焊前使用焊接檢驗尺對焊口坡口角度和焊口間隙進行測崑嚴格控制坡口角度和焊口間隙，坡口角度要求30?35。，焊口間隙2?3mm。對于髙合金材質(zhì)的鋼種，氮弧焊打底內(nèi)部充氮好壞是決怎根部成型的關(guān)鍵，在對口前用水溶紙把焊口兩端封堵.分別距離焊口位置40?50mm,形成密閉氣室，用明火檢測充氮效果。焊接電流嚴格控制在70-80A范圍內(nèi)，層間溫度嚴格在100°C以內(nèi)。焊接變形主要是焊接熱膨脹引起，不銹鋼的熱膨脹系數(shù)大，熱膨脹系數(shù)在相同溫度下遠髙于T91、T22馬氏體鋼和珠光體鋼，且電阻大.熱傳導(dǎo)性差，焊接時不加以控制極易出現(xiàn)折口現(xiàn)象，在施焊過程中必須釆取沿徑向的對稱焊接：即先完成焊口的1/4焊接，等溫度冷卻到100°C以內(nèi)后再焊接焊口對而的1/4,以此類推來完成整個焊口焊接。四、結(jié)論髙溫再熱器Super304H焊口共計490道，通過100%的射線檢測，無損檢測一次探傷合格率達到99.18%,并通過水壓試驗，所有焊口無一滲漏。在出現(xiàn)超標缺陷的4只焊口當(dāng)中，未熔合占到3只，這說明在今后的Super304H焊前模擬練習(xí)及專項培訓(xùn)中?針對英焊接特性而進一步加強焊工操作培訓(xùn)是有必要的。綜上所述，在Super304H焊接項目開展過程中，通過焊接工藝評左有效驗證了用Thermanit617焊絲作為填充材料、背部充氮保護.嚴格控制焊接電流和層間溫度的Super304H鋼焊接工藝的可靠性，并通過有針對性的焊前模擬練習(xí)和施工過程控制，使Super304H焊接得到成功