新型細晶奧氏體鋼焊接材料代用試驗及應用（下）

上海電力安裝第一工程公司 （200090） 馬佳龍

（10)金相試驗結果如圖1所示。

腐蝕液為王水（硝基鹽酸），放大倍數為500倍，焊縫金相組織均為細晶奧氏體。

圖1

通過上述對不同廠家的兩種焊接材料試驗數據作比較。從焊接工藝評定可以得出結論：在施焊技術相同的條件下，試驗結果全部合格，其抗拉強度的次序為THERMAN IT617焊絲高于NITTETSU YT—304H焊絲。

5. 工程應用實例

（1）某工程建設規模為2×1000MW超超臨界機組，鍋爐為德國引進技術國內制造，鍋爐型式為：塔式，超超臨界壓力。 過熱器出口壓力28MPa，過熱器出口溫度602℃，再熱器出口溫度603℃。由于機組工作參數的提高，特別是蒸汽溫度的提高，鍋爐廠大量選用了新型細晶奧氏體鋼SA213—Super304H的管子，其在鍋爐島焊口主要分布情況如表11所示。

表11

鍋爐安裝過程中的二級過熱器、三級過熱器、二級再熱器遇到奧氏體鋼SA213—Super304H的管子，合計焊口為8168道，當時全部選用日本產的日鐵住金溶接工業株式會社的 NITTETSU—YT—304H焊絲（鍋爐制造廠提供對應SA213—Super304H匹配的焊接材料）。安裝過程中所選用的焊接方法、焊接工藝、焊接參數全部參照工藝評定的相關數據。機組于2007年12月17日并網發電至今，未發生過因焊接造成的質量問題。

（2）某工程建設規模為2×660MW超超臨界機組， 由于機組工作參數的提高，特別是蒸汽溫度的提高，因此鍋爐廠大量選用了新型細晶奧氏體鋼SA213—Super304H的管子，其在鍋爐島焊口主要分布情況如表12所示。

從表12中可以看到，SA213—Super304H奧氏體鋼合計焊口為1630道，施工期間，由于焊接材料的采購供應問題，故在后屏過熱器、蒸汽冷卻定位管的一部分SA213—S304H奧氏體不銹鋼管子選用了THERMANIT617焊接材料?，F場焊接焊口共53道。下面就材料代用過程中現場焊接要點進行介紹。

現場焊接要點：①奧氏體鋼的焊接性能良好，無冷裂傾向，焊接不需要預熱。可是這種Cr、Ni純奧氏體鋼在焊接過程中有熱裂傾向，因此應注意控制焊接熱輸入及層間溫度。②采用手工鎢極氬弧焊（GTAW）方法以及確保層間溫度低的短焊道和間斷焊措施。在焊接過程中，層間溫度一般應控制≤150℃，焊接過程中要求對所焊的焊縫進行層間水冷。③為防止高溫區合金元素的氧化，在整個焊接過程中背面必須充氬氣或混合氣體N2（88%）+H2（12%）進行保護，防止根部焊縫和母材過燒，以獲得良好的根部焊縫成形和符合要求的力學性能。坡口形式如圖2所示。

表12

圖2

在焊接過程中，層間溫度必須控制在≤150℃，焊接過程中要求對所焊的焊縫進行層間水冷，用氯離子濃度＜0.2mg/L的電廠化學除鹽水或純凈水來冷卻焊縫。水冷方式可以采用將海綿浸透水之后在焊縫表面進行擦拭，待焊縫表面的溫度冷卻至室溫后方可進行次層的焊接。

要點一：SA213—Super304H鋼液較粘，如用常規的加絲法無法保證根部焊縫的成形，焊接時容易出現根部焊縫以及焊縫層間未熔合等缺陷，因此打底焊時必須采用內加焊絲法。

要點二：如果間隙過大，易造成焊縫溫度過高，從而產生“燒枯”現象，仰焊位置根部內凹，以及平焊位置出現焊瘤等缺陷。

后屏過熱器、蒸汽冷卻定位管焊口材質為SA213-S304H，規格為φ47mm×6mm，采用鎢極氬弧焊（GTAW），焊接參數如表13所示。

表13 焊接參數

目前對于內充保護氣體的種類有兩種：一種是氬氣，另一種充氮氫混合氣保護?，F場選擇內部充氮氫混合氣體——N2（88%）+H2（12%）進行保護，因為運用混合氣能用打火機在焊口處點火，直接可觀察火焰大小來判定保護情況，而充氬氣則無法判斷，只能依靠經驗來判定。焊縫根部充混合氣體進行保護有兩套方案。

圖3 近距離充氣法

第一套方案：近距離充氣法，如圖3所示。對口前在焊口兩端的管子內塞入水溶紙，程度為緊密，塞入深度為200～250mm。在混合氣體皮管上接一個帶閥門的不銹鋼扁管（可以用φ4mm×0.5mm不銹鋼管子制作），其管口制作成厚度2mm左右，并在長度方向呈楔形，將不銹鋼扁管塞入焊口的對口間隙，并在焊口根部卡住固定。氬弧焊打底，用耐高溫鋁箔紙封堵其余位置，使混合氣體集中流向焊接處，達到良好的保護效果。

第二套方案：根據管排、集箱管焊口接頭位置的結構特點采用遠距離充氣法，便于進行焊縫根部充氮氫混合氣體保護，如圖4所示的A、B焊口。焊接B焊口時，可從A焊口位置的單根管末端進行充氣，將混合氣體橡膠軟管一直沿管子往下塞至管子彎頭處，并且在A焊口開口的位置用水溶紙或橡膠墊堵塞加以密封，以防止氣體漏出影響保護效果。

圖4 遠距離充氣法

待B焊口焊接完成后再進行A焊口焊接，此時A焊口的充氣方法只有采用從集箱內部對其進行，經過多次試驗發現從集箱的管座內進行充氣是最理想的。

通過對兩種方案的比較，第二套方案焊口在氬弧焊打底后焊縫根部背面經目視檢查呈銀白色，說明混合氣體保護效果良好，說明該方法更適宜用于現場焊接SA213—Super304H奧氏體不銹鋼小口徑管子。通過實際生產證明，焊接SA213—Super304H管子的關鍵是氬弧焊打底，而要獲得合格根部焊縫的要點就是焊縫背面必須處于混合氣體的良好、穩定的保護下，只有做到了這一點，才談得上獲得質量優良的焊縫。

通過代用德國THERMANIT617焊絲用于2×660MW超超臨界機組實際工程中，同時采用合理的焊接方法及工藝，可以取得與日產NITTETSU YT—304H焊絲相同的結果。機組于2009年6月投入運行至今,無焊接材料選用不當而造成質量事故。

6. 結語

（1）新型奧氏體不銹鋼采用小電流、快速焊的焊接參數，采用短焊道、窄道焊縫的操作方法，減少熱輸入量 。

（2）為了防止焊縫發生高溫裂紋，可采用GTAW焊接工藝，對小口徑管壁δ≤10mm的管子采用全氬弧焊焊接。用氯離子濃度小于0.2mg/L的電廠化學除鹽水或純凈水來冷卻焊縫。

（3）嚴格控制對口間隙，為內加絲焊創造良好的焊接條件。特別是鈍邊厚度應控制在1mm左右，降低焊工手工操作的難度，確保焊縫根部熔合良好。

（4）選用混合氣體的充氣方法，根層封底的質量取決于混合氣體保護效果?；旌蠚怏w——N2（88%）+H2（12%）的密度比空氣要小得多，現場焊接時必須對施焊場所搭棚，采取擋風措施，以免影響混合氣體在焊縫根部的保護效果。

（5）在施焊技術相同的條件下，從兩種焊接材料拉伸的結果判斷，其抗拉強度為THERMAN IT617高于NITTETSU YT—304H焊絲。

（6）THERMAN IT617焊接材料通過工程實踐證明，可以用于SA213—Super304H新型奧氏體不銹鋼的焊接。660MW超超臨界機組鍋爐安裝的過程中在后屏過熱器、蒸汽冷卻定位管共53道焊口使用，機組投入運行至今，無焊接材料選用不當而造成的質量事故。