T23小口徑鋼管的焊接工藝及操作技術

廖俊

摘 要：由于T23這類新型鋼在520～570℃過熱器使用溫度范圍內具有良好的抗蠕變特性，因此成為了大型火電機組過熱器鋼管的選擇對象。為滿足電力系統在600MW以上機組鍋爐安裝中的需要，對大批量生產中應用的T23小口徑鋼管的焊接工藝及操作技術進行了焊接工藝的試驗，形成了一套嚴格及詳細的焊接工藝及操作技術規(guī)范.對焊工提高焊接T23小口徑鋼管的操作技術亦有很大的參考價值。

關鍵詞：T23；小口徑鋼管；焊接工藝；操作技術

中圖分類號：TG441 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）32-0237-02

T23綜合性能良好，在520～570℃過熱器使用溫度范圍內具有良好的抗蠕變特性，可用于制造大型亞臨界電站鍋爐金屬壁溫不超過600℃的過熱器和再熱器；在550℃高溫下具有非常高的抗蠕變性能以及焊后保持較低硬度的特性，也作為了超臨界鍋爐水冷壁的首選材料。由于T23小口徑鋼管的焊接是我們珙縣發(fā)電廠一期工程2×600MW亞臨界W火焰機組鍋爐安裝焊接中首次現場施焊，為滿足本工程焊接工藝的需求以及公司后續(xù)工程的需要，我們對T23小口徑鋼管的焊接進行了先期的探索和試驗，并形成了一套完整的焊接工藝及操作技術規(guī)范。

1 焊接性分析

1.1 T23鋼的特點

T23（HCM2S）是日本住友金屬株式會社研制成功的低合金貝氏體型耐熱鋼，近年由ASME Code Case2199-1確認批準，列入ASME SA213，牌號定為T23。與我國70年代研制的G102（12Cr2MoWVTiB）相比較，其含碳量從0.08～0.15%降至0.04～0.10%，Mo含量從0.50～0.65%降至0.05～0.30%，W含量從0.30～0.55%升至1.45～1.75%，使材料的焊接性能得到了改進。

其化學成份見表1。

1.2 T23鋼的焊接特點分析

T23鋼力學性能和金相組織穩(wěn)定。由于該鋼含碳量低，故有良好的焊接性能。

1.3 T23小口徑鋼焊接的特點

T23小口徑鋼管（即管子外徑≤76mm）多用于鍋爐受熱面過熱器或再熱器。焊接時，由于其外徑很小，曲率很大，其中水平管焊接位置為全位置，即在一個圓周范圍內涵蓋仰、立、平焊三個位置，而且現場管子之間間隙很小（珙電一期工程T23小口徑管用于屏式過熱器，管子間隙為8.9mm），對焊工的操作技術要求很高。

2 焊接工藝評定

2.1 焊接工藝評定用母材及焊材

我們選用東方鍋爐廠所供規(guī)格為？準57×8mm的T23鋼管進行試驗。

根據當時國內市場上能購買到的焊接材料，我們選擇的氬弧焊焊絲為英國Metrode公司生產的2CrWV（AWSA5.28 ER90S-G），規(guī)格？準2.4mm；電焊條選擇的是日本神戶制剛生產的CM-2CW，規(guī)格？準2.6mm。

2.2 焊接工藝評定項目的確定

根據焊接工藝評定規(guī)程DL/T868的規(guī)定：

45°固定焊適用于管狀焊件的所有位置。

為滿足工程實際的需要，我們進行了水平固定全氬焊和45°固定氬電聯焊兩項工藝評定。

2.3 焊接坡口

焊接坡口采用V型坡口，尺寸如圖1所示。

焊前坡口及周圍20mm范圍內清除水、油、銹等污物，并露出金屬光澤，以嚴格控制擴散氫的含量。

2.4 焊機的選擇

焊機選用我公司目前工程上的主力焊機：成都熊谷電焊機廠生產的ZX7-400型逆變焊機。

2.5 氬氣保護

根據對T23鋼焊接特點的分析，焊接時不用背部充氬保護。但是在焊工練習過程中我們發(fā)現焊道根部有輕微氧化現象出現，通過對焊接參數的調整也未能克服。我們對T23鋼管化學成分表再次進行分析，發(fā)現雖然其含Cr量<3%，但是其合金總含量≈5%。所以我們決定在焊接時將試管封堵。①避免了穿堂風；②可以利用焊接時的氬氣在背部形成氣室，從而起到保護作用，避免了根部氧化現象。

2.6 預熱溫度和層間溫度的控制

根據對T23鋼焊接特點的分析，焊接前不作預熱，將焊接層間溫度控制在300℃以內。

2.7 焊接工藝順序及參數

2.7.1 水平固定管全氬焊接工藝評定（WsBⅡ-38）

根據相關資料和工藝評定前焊工練習所掌握數據，擬定以下焊接工藝順序及參數：

（1）裝配點焊，位置在時鐘12點，長度約8～10mm。

（2）管口兩端封堵。焊接前焊槍在坡口引弧處略停頓3～5s。

（3）焊接時焊機采用直流正接及小的焊接線能量，焊接電流為95～105A，電壓為14～16V，焊接速度為5～6cm/min；焊接4層6道。

（4）焊接位置為全位置，從時鐘6點仰位位置起弧，并從兩側向上爬坡施焊，焊工操作順序見圖2。

（5）按DL/T868之規(guī)定，焊接完成后作外觀、100%χ-射線探傷、抗拉和彎曲試驗。

2.7.2 45°固定管氬電聯焊焊接工藝評定（Ws/DsBⅡ-39J），編號CD2/167

基本同2.7.1之要求。在電焊蓋面時焊機采用直流反接及小的線能量焊接。焊接電流為75～78A，電壓為24～28V，焊接速度為9～10cm/min；焊接4層6道。

2.8 操作技術要領

（1）焊工施焊前，必須嚴格按上述2.3節(jié)的要求控制焊接坡口間隙.過大或過小間隙對焊縫根部成形都不利。

（2）焊前預熱，預熱溫度150℃，采用火焰加熱的方法。

（3）由于T23含有很多的合金元素，焊接時產生較多的熔渣，每次熄弧后，必須打磨熄弧處，以減少雜質聚集。同時，每一焊層完成后，都要對其表面清渣打磨，從而減少了熔渣和雜質對次層焊縫表面成形的影響，使焊縫表面達到圓滑過渡的優(yōu)良外觀。

（4）由于T23熔融金屬總合金含量較高，流動性差，且焊接位置為全位置（位置圖見圖2），因此，焊工需嚴格按下述要求操作：①在時鐘6點位置，焊縫處于仰位，熔滴下掛，操作不當時，內側焊縫極易產生內凹。因此焊工操作時，應采用電流上限，利用電弧的吹力托住熔滴進行焊縫成形，避免焊縫產生內凹；②從時鐘6點向時鐘9點和3點過渡區(qū)位置，處于仰位向立位過渡區(qū)，熔滴下掛，操作不當時，內側焊縫易產生內凹。因此焊工操作時，應采用電流上限，施焊中充分利用微弧電流調節(jié)焊接熔池形狀，利用電弧的吹力托住熔滴進行焊縫成形，避免焊縫產生內凹；③在時鐘12點及附近位置，焊縫處于平位，熔滴下掛，內側焊縫極易下掛并產生焊瘤；因此焊工操作時，應采用電流下限，施焊中充分利用微弧電流調節(jié)焊接熔池形狀，利用熔滴重力進行焊縫成形，避免焊縫內側產生焊瘤。

（5）焊后熱處理，熱處理溫度為730+10℃，保溫時間0.75h。

2.9 焊接工藝評定試驗結果

所有焊縫成形良好；所有焊縫經100%χ-射線探傷，按DL/T821-2004標準全部Ⅱ級合格；焊接接頭機械性能，如表4～5所示。

2.10 焊接工藝評定結論

（1）焊接T23小口徑鋼管，選用焊絲及焊條是匹配的。

（2）采用合適的焊接工藝（包括管端封堵、層間溫度的控制、焊接工藝參數的選擇等）是T23小口徑鋼管獲得優(yōu)質焊接接頭的關鍵。

（3）掌握T23小口徑鋼管操作技術（如控制坡口間隙、焊接電流合理調節(jié)等）是焊工焊制優(yōu)質焊接接頭的重要前提。

3 T23小口徑鋼管焊接工藝及操作技術的現場應用

珙電一期2×600MW機組鍋爐安裝中，屏式過熱器采用了T23鋼管。焊口規(guī)格為？準51×8mm，實際焊接位置為2G。

3.1 焊前準備

（1）按（DL/T868-2004）規(guī)定，焊接前依據焊接工藝評定編制焊接作業(yè)指導書。

（2）焊工上崗考核。華電集團選派焊接技師對所有施焊焊工進行上崗考核。考核項目依據現場實際位置定為水平固定、垂直固定。全體焊工根據焊接工藝要求及操作技術要領焊接，經外觀檢查、RT檢驗合格和監(jiān)理工程師確認，絕大部分通過上崗。

3.2 現場焊接

現場焊接工藝要求4層7道（水平固定），4層6道（垂直固定）。氬弧焊進行打底和填充焊，手工電弧焊進行蓋面焊。焊接前坡口兩側管內壁使用易溶紙堵塞。鉗工按工藝要求打磨坡口和對口，焊工驗收合格后按項目部T23焊接工藝要求進行焊接。

3.3 驗收結果

經外觀檢查合格后，現場金屬試驗室對全部焊口進行了100%RT檢測，無損檢驗一次合格率為99.5%。從底片上反映，焊口根部成型美觀，Ⅱ級片比例達80%以上。

4 結 語

對T23小口徑鋼管的焊接工藝及操作技術的研究和總結，并形成完整的施工工藝，對現場T23的焊接提供技術支撐。同時，我們也深感由于施工經驗和所掌握的知識、理論有限，我們對T23鋼焊接的理解仍停留在較淺層次，所制訂工藝仍有待完善；我們真誠渴望能得到各位專家們的指導和幫助，熱切希望能與全國同行們進行交流并得到幫助。

參考文獻

[1]電廠金屬材料.康紀儀水利電力出版社.

[2]《火力發(fā)電廠焊接技術規(guī)程》（DL/T869-2004）中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會.

[3]國家職業(yè)資格培訓教程《焊工》勞動和社會保障部、中國就業(yè)培訓技術指導中心組織編寫.中國勞動社會保障出版社.

[4]《火力發(fā)電廠焊接熱處理技術規(guī)程》（DL/T819-2002）.中華人民共和國國家經濟貿易委員會.

收稿日期：2018-10-10