SA213-T23鋼焊接工藝試驗研究與應用

李華

（華電能源牡丹江第二發電廠，黑龍江 牡丹江 157015）

1 前言

在超超臨界（USC）機組中，鍋爐水冷壁管壁溫度可升至513℃，瞬間最高溫度甚至可達540℃，如果仍采用傳統的鐵素體-貝氏體耐熱鋼，如A213-T12和A213-T22來制作，已不能滿足要求，并且，焊后極易產生扭曲變形，且這種扭曲變形是極難矯正的。因此需要采用合金含量更高，熱強性更好的鋼材，SA213-T23鋼便是其中之一。而T23鋼在550℃時具有很高的抗蠕變性能和焊態低硬度的特征，是很好的替代材料。目前，國內引進的600MW超臨界鍋爐的過熱器開始采用T23鋼，因此，掌握T23鋼的焊接工藝特點和焊接方法勢在必行。

2 T23鋼的焊接性

焊接工藝試驗著重于分析焊前預熱溫度、焊接材料、焊接方法及焊后熱處理工藝對T23鋼焊接接頭性能的影響。

2.1 焊接材料：試驗采用的焊接材料為德國蒂森公司生產的焊絲和焊條，其化學成分見表1

2.2 焊接工藝試驗條件：管材為T23鋼，￠45mm*7.8mm,焊絲UNONICr2WV,焊條THYSSEN Cr2WV.焊接方法采用Ws或Ws/Ds,預熱溫度100℃或不預熱，焊后熱處理，不熱處理或（730～750）℃*1h電阻爐或火焰熱處理，氬氣流量8～10L/min.

2.2.1 第1次試驗設計了3組方案：A組采用Ws/Ds工藝，焊后進行熱處理：B組采用Ws全氬弧焊工藝，焊后進行熱處理：C組采用Ws全氬弧焊工藝，但焊后不進行熱處理。焊接位置為2G，5G，具體方案內容見表2，試驗結果見表3。

對試驗結果進行分析可知，焊縫抗拉強度、抗彎性能及硬度均能滿足要求，但沖擊韌度很低（沖擊試樣尺寸為10mm*55mm*5mm）總體表現為：全氬弧焊優于氬電聯焊，焊后熱處理，橫焊優于吊焊。分析原因主要是全氬弧焊工藝熱輸入小，組織晶粒細小，經過熱處理后的焊縫晶粒進一步行到細化：而橫焊的層道數多于吊焊，后一焊道對前一焊道起到了類似回味火的作用。試樣焊縫硬度過高，整體沖擊韌度低。經分析熱處理電阻爐溫控不準，導致實際溫度大大低于設定溫度所致。

2.2.2 第二次試驗：針對第1次試驗的結果，此次試驗采用全氬弧焊工藝，采用遠紅外熱處理設備，并將道溫度控制在200-300℃。為了減輕根層焊道燒焦現象，取消焊前預熱。

由于焊縫抗拉彈度、抗彎性能和硬度均能滿足要求，焊后不再進行上述試驗，只進行沖擊韌度的對比分析。由于橫焊的試驗結果優于吊焊，因此僅分析吊焊焊縫的沖擊韌度。焊接電流100-120A，焊后進行（730-750）℃*1h回火處理，試件沖擊韌度分別為：275，59，222J/Cm2。

通過調整熱處理測溫點位置，解決了測溫不準的問題，同時降低道間溫度，吊焊位置的焊縫沖擊韌度有了明顯的改善。檢查3個沖擊試樣的斷面，出現低值的試樣斷面晶粒較其余兩個試樣的明顯粗大。為判斷上次吊焊試樣沖擊韌度低點是隨機出現還是有特定位置，以相同焊接工藝參數重新焊制試件，在管子的平焊位置、以相同焊接工藝參數重新焊制試件，在管子的平焊位置、向上爬坡位置、兩側水平焊位置和仰焊位置取5個沖擊試樣，試驗結果見表4。

表4 第2次試驗結果

由表4試驗結果可知，平焊和向上爬坡焊位置的試樣沖擊韌度較低，從試件斷口看，試件上半部分的晶粒明顯粗大，其原因是焊接時熱量眾下向上傳遞，上半部分焊縫冷卻速度慢，導致晶粒較大。

由上述兩次試驗結果可知，采用全氬弧工藝，焊前不預熱，道間溫度控制在200-230℃，焊后進行熱處理，并保證熱處理時測溫準確，即可獲得力學性能優良的焊接接頭。

2.2.3 第3次試驗：施工現場熱處理條件不如試驗室，采用遠紅外加熱設備焊后對焊縫進行熱處理，不僅設備要求高，而且會導致施工效率低和工程成本大幅增加。因此此次試驗采用焊后立即用火焰加熱至730-750℃，同時用遠紅外測溫槍準確地測溫，隨后保溫緩冷，其它工藝參數不變，試驗結果見表5。

從以上試驗結果可以看出，采用火焰加熱處理的試件焊縫沖擊韌度較高，金相組織為回火貝氏體，而其平焊位置焊縫的沖擊韌度值仍較低，但在合格范圍內。隨后采用日本焊絲TGS-2CW代替德國焊絲UNION Cr2WV，采用焊后立即進行730=750℃火焰熱處理工藝，保溫緩冷，其它焊接工藝參數不變，試驗結果見表6。

2.2.4 仰焊位置

由以上試驗結果可知，無論是采用德國焊材還是日本焊材，采用焊后火焰熱處理均獲得了合格的焊接接頭。TGS-2CW的沖擊韌度值較高，焊縫晶力較為細小，對兩種焊絲的化學成分分析可知，UNION Cr2WV與母材T23更加接近，而TGS-2CW的Mo含量較高，W含量略低。而TGS-2CW較高的含Mo量，是否對焊接接頭高溫性能有影響，還需要進行更深入的研究。

3 結論

（1）采用全氬弧焊焊接工藝，T23鋼無需焊接預熱即可獲得綜合性能良好的焊接接頭。（2）為獲得良好的沖擊韌性，對于T23鋼焊接接頭，應進行焊后熱處理，加熱溫度的選擇及層間溫度與熱處理溫度的準確監控，是T23鋼焊接中不可忽視的關鍵因素。

[1]楊富,章應霖.新型耐熱鋼焊接.北京:中國電力出版社,2007.

[2]張信林,張佩良.焊接技術問答（第三版）.北京:中國電力出版社,2005.

[3]火力發電廠焊接技術規程（DL/T869-2004）.中華人民共和國國家發展和改革委員會2004