Super304H （A213—S30432）焊接工藝

于志成　 王磊　 陳廣輝

摘要：本文對新型奧氏體耐熱鋼Super304H （A213-S30432）進行簡單介紹，分析了該鋼種的焊接性及焊接技術要點，結合我公司的工程實例對焊接該鋼種所采取的焊接工藝方法及所遇到的質量問題進行了總結。

關鍵詞：Super304H （A213-S30432）；焊接

隨著我國超超臨界（USC）機組高速發展，新型奧氏體耐熱鋼Super304H （A213-S30432）在USC機組的高溫部件過熱器和再熱器上被大量采用，本文對該鋼種的焊接性及焊接技術要點進行分析，并結合工程實例，總結一下這種鋼材在施工現場安裝過程中的焊接工藝。

1 Super304H的化學成分及力學性能

Super 304H 鋼是一種改良自高碳18Cr-8Ni（TP304H）類不銹鋼而開發出的新型奧氏體耐熱鋼。與傳統的TP304H 類鋼種相比，其主要的合金化措施是在材料中加入了大約3%的銅、0.4 %的鈮以及少量的氮元素，同時提高了碳的含量范圍；其它的微合金化還包括微量的鋁和硼元素的加入。在高溫服役條件下，Super 304H鋼的顯微組織中會析出非常細小并彌散分布于奧氏體基底中的碳化物、碳-氮化物，如M23C6、Nb（C，N）和NbCrN 等。Super 304H 鋼的基體晶粒內還會形成非常細小的富銅化合物（尺寸約為15-50nm），且研究發現這種富銅化合物的析出與其它析出相的生成是相互獨立而互不影響的，從而可以同時利用它們的強化作用。

2工程應用焊接實例

我公司承建的600 MW火電機組，鍋爐末級再熱器材質為Super304H，規格為Φ60×4mm 和Φ63.5×4mm，共有1190道焊口。

2.1焊接方法

根據Super304H鋼的焊接特點，采用線能量集中的手工鎢極氬弧焊工藝（GTAW）打底和蓋面，根層內壁充氬氣保護的焊接方法進行焊接。此工藝有利于打亂柱狀晶體的方向和雜質的聚集，避免出現根部氧化及較大的內應力和偏析，減小晶間腐蝕，降低熱裂紋傾向。

2.2焊材選用

經過焊接工藝評定，我公司采用617 合金類鎳基合金材料焊接Super304H鋼。 617 類鎳基合金焊材不僅具有良好的焊接工藝性能和抗焊接熱裂紋性能，焊縫金屬常溫力學性能，尤其是強度充分滿足母材的要求。

2.3焊接要求

1）為保證焊接時坡口兩側熔合良好，坡口形式應按設計圖紙規定加工，單“V”型，坡口角度為30°～35°，鈍邊0.5～1mm，間隙2～3mm，間隙太小容易造成未焊透，間隙過大，填充金屬量大，焊接速度相對減慢，熱輸入量增加，從而造成合金元素燒損。

2）坡口的制備應以機械加工的方法進行。鋼件表面不允許暴露在火焰加工處，以免被碳污染，降低耐腐蝕能力。

3）焊接施工前，應仔細檢查焊口對接質量，坡口內及邊緣20mm內母材是否有裂紋或重皮，坡口是否符合圖紙要求，經檢查合格后方可進行施工。

4）焊件在組裝前應用不銹鋼專用砂輪片或鋼絲刷清理打磨，將焊口表面及其附近（每側各15mm）母材內、外壁的油、漆、銹、垢等清理干凈，直至發出金屬光澤，并確認坡口內無破損、毛刺等缺陷。尤其是外層氧化膜要打磨干凈。

5）管子對口時應做到內壁平齊，如有錯口，其錯口值不應超過壁厚的10%，且不大于1mm。不得強力對口，盡可能減少安裝中因強力組對引起的附加應力。

6）焊口局部間隙過大時，應設法修整到規定尺寸，嚴禁在間隙內加填塞物。

7）焊材應存放于干燥、通風良好、溫度大于5℃、相對空氣濕度小于60%的庫房內。焊材存放和領用應與其他焊材分開，以免被鐵銹污染。

8）由于奧氏體不銹鋼焊接收縮變形大，應加強夾緊裝置和定位焊，以防止在焊接過程中產生變形和附加應力。

9）氬弧焊焊接場地必須有可靠的防風、防雨雪措施，以免影響氬氣的保護效果，確保焊接質量。

10）焊接時，將鎢棒錐度磨成15°，較尖的鎢極電弧更集中，溫度集中有利于熔池形成和提高焊接速度，防止層間溫度過高。

11）手工鎢極氬弧焊打底時，焊縫背面要充氬保護，保證背面成型良好且防止合金元素的氧化、燒損。現場充氬采用多層可溶紙封堵做成氣室，用φ8mm×1mm 的銅管，銅管前端鑿平封死且成楔子狀， 并在上面打φ1mm～1.5mm 的梅花狀密集小孔（越密越多越好，以有利于充氬效果保護）。

12）焊前不須預熱。

13）焊接時嚴禁在被焊工件表面引燃電弧、試驗電流或隨意焊接臨時支撐物。防止工件坡口外有電弧擦傷母材痕跡。

14）定位焊時，所用焊接材料、焊接工藝、焊工等應與正式施焊相同，并在定位焊后逐個檢查焊點質量，如有缺陷應立即清除，重新進行點焊。定位焊點應置于不影響視線、焊接質量及便于操作之處。定位焊焊道厚度不宜過高，焊點兩端應成緩坡形，以保證接頭質量。

15）施焊時應特別注意接頭和收弧的質量，收弧時應將熔池填滿。

16）施焊過程應連續完成。若中斷再焊時，應仔細檢查后，方可按照工藝要求繼續施焊。

17）打底焊層厚度不宜太薄，一般不小于2mm，既增加厚度又避免下層焊接時燒穿打底層。打底層焊縫焊完經檢查后，應及時進行次層焊縫的焊接。焊層之間的表面氧化膜和表面浮渣應清理干凈。

18）焊接過程中層間溫度嚴格控制在100 ℃以內，控制層間溫度和焊后溫度，盡量減少焊接接頭在450 ～ 850℃停留時間。敏化區溫度的停留時間過長，會引起晶間腐蝕。

19）蓋面時要注意外表成形，按照驗標的標準，整體要勻稱，焊縫與母材之間過渡要圓滑。為確保焊接接頭的耐腐蝕性能，焊縫表面應光潔，無凸凹不平現象，殘渣、焊縫表面氧化物應徹底清除，殘渣用砂輪打磨，焊縫表面氧化物用石英砂紙磨刷。

20）焊接過程中若出現氣孔、裂紋或夾鎢等缺陷要徹底清除缺陷，重新施焊，嚴禁用重復熔化焊道的方法來消除缺陷。

21）焊后不需要進行熱處理。

3結論

總之，Super 304H鋼合金含量較高、熔池鐵水流動性差、現場焊接位置困難等特點，因此焊接這種材料時，對焊接規范、焊工操作技能以及焊口組對的要求就更高、更嚴格。需做好以下幾點：

1）做好焊接工藝評定，選定合適的焊接工藝參數。

2）嚴格執行焊接工藝，嚴格的控制層間溫度，控制焊接電流和焊道厚度，才能夠保證焊接質量。

3）提高焊工的素質，加強焊工的理論知識和操作技能培養和自我質量意識，激發他們的積極性，創造性，不斷總結提高。

參考文獻：

[1]張筑耀《采用鎳基合金焊材焊接超級304（Super 304H）鋼》2007.

[2]東電四公司焊接工藝評定.

（作者單位：中國能源建設集團東北電力第一工程有限公司）