淺談SA-213 T23的焊接工藝與裂紋防止措施

李洋　曹傳勇　欒曉飛　于奉軍　安寶軍

摘? 要：隨著焊接工藝的不斷進步，近年來，SA-213T23作為一種新型耐熱鋼在超超臨界鍋爐中得到廣泛應用。沙特某電廠超臨界機組鍋爐過熱器及再熱器吊掛管材質為SA-213T23，且焊口數量達到了11000多只焊口，焊口施工完畢以后及時進行射線檢測并未發現裂紋，后續又對該區域的焊口進行復檢，出現大批量的微裂紋，裂紋大部分出現在根部打底層接頭處，出現裂紋的趨勢較大。該文就該電廠鍋爐再熱器吊掛管裂紋產生的原因和預防措施進行了深入研究。

關鍵詞：SA-213T23? 焊接工藝? 裂紋? 措施

中圖分類號：TG44 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）12（a）-0094-02

介紹工程中焊接SA-213 T23鋼小口徑管道遇到的焊接質量問題以及采取的措施和方法，對該鋼種焊接性能和焊接工藝進行了深入探討，為以后的施工過程中焊接該鋼種提供一些切實可行的方法。SA-213 T23鋼是近年日本三菱和日本住友公司聯合研制的用于超超臨界機組鍋爐受熱面的新型鋼材，具有較好的抗高溫氧化性。該鋼種與國內12Cr2MoWVTiB的合金成分相似，它是在該鋼種的基礎上添加了部分W、Nb和V來提高該鋼種的蠕變強度，降低碳含量，使該鋼種的焊接性優于12Cr2MoWVTiB，沙特某電廠鍋爐過熱器及再熱器管排吊掛管都涉及到了該鋼種的焊接，且焊口數量達到了1萬多只焊口，焊接方法采用手工鎢極氬弧焊（GTAW），使用的焊接材料為德國伯樂和蒂森的焊絲Union-ICr2WV，焊材規格為?2.4。焊接施工過程中出現的裂紋多為根部焊接打底接頭處，就現場施工中出現的裂紋形式進行了詳細的研究，并采取了相應的措施，使裂紋產生幾率大大降低。

1? SA-213 T23裂紋產生原因分析

1.1 T23母材化學成分的影響

SA-213 T23鋼化學成分與國產的12Cr2MoWVTiB鋼 102相臨近，按照DL/T 869-2004《火電發電廠焊接技術規程》的鋼種分類，該兩種鋼都屬于貝氏體鋼，SA-213T23鋼與鋼102相比較，主要合金元素Cr、Mo、V的含量差別不大，但該鋼含W量為1.45%～1.75%，是鋼102含W量的3～4倍。在耐熱鋼中Cr、Mo、V、W等合金成分，通過復合強化方式，使鋼材具有較好的高溫強度和高溫抗氧化性，但是隨著其合金含量的增加，其焊接性能明顯變差，熔池較粘稠，焊接過程中鐵水流動性較差，焊縫成形較差，給焊接施工帶來了較大的困難。

1.2 焊縫過燒對裂紋的影響

焊縫合金元素增加且含量較高時，在焊接過程中，極容易產生氧化現象，該電廠高溫再熱器吊掛管的形式為單片管排由兩根?38.1×7.11的T23材質的管道進行吊掛，焊工施工過程中采用兩人對焊的形式，焊接過程中發現焊工未嚴格控制層間溫度，造成根部過燒，未嚴格按照焊接工藝進行施工，產生裂紋幾率增大。焊接參數，對口間隙，層間溫度過高，都會產生打底層根部氧化現象。

1.3 應力對裂紋的影響

每種材料的開裂都需要一定的力，內部應力、拉應力、外部載荷等都會產生裂紋，該電廠再熱器吊掛管在安裝過程中使用倒鏈進行吊掛組對，造成焊口位置焊接較困難，焊接施工中，打底結束以后隨即把吊掛對口倒鏈撤離，造成焊口打底層受拉力較大，產生裂紋幾率較大，且肉眼不容易發現。采取的措施是：焊接施工過程中不允許撤離吊掛倒鏈，焊口結束5h以后撤離吊掛對口吊掛裝置。

2? SA-213 T23焊接工藝措施

2.1 坡口組對

坡口角度60°～70°，坡口鈍邊0.5～1mm，組對間隙 2～3mm，間隙太小容易造成未融合和未焊透。組對間隙過大，填充金屬量相對較大，焊接速度相對減慢，熔池溫度過高，容易導致背面氧化產生氧化過燒現象。

2.2 坡口清理

管口在組對前應對母材內外壁10～15mm范圍內的油、水、漆、鐵銹等清理干凈， 直到露出金屬光澤。

2.3 焊前預熱溫度

關于SA-213 T23鋼預熱溫度的要求， 結合DL/T-2004《火電發電廠焊接技術規程》對于2-1/2Cr-1Mo鋼預熱要求，預熱方式采用火焰加熱，預熱溫度控制在150℃～200℃范圍內。

2.4 焊接電流

焊接電流及熄弧衰減時間是影響焊接質量的主要因素之一，電流過小，電弧不穩定，焊接線能量小，坡口兩側母材熔化不充分，容易形成未焊透，未融合等缺陷。電流過大，熔池溫度過高容易造成過燒，背部氧化、咬邊、夾鎢、熱裂紋等現象，還會導致焊縫和熱影響區金屬晶粒粗大，影響物理性能。熄弧衰減時間過短容易產生熄弧處縮孔和裂紋，過長會產生過燒氧化現象。該電廠吊掛管規格為?38.1×7.11打底電流打底時電流控制在110～115A之間，填充層電流控制在115～125A，蓋面層電流110～120A，這樣有利于層間溫度的控制，減少根部合金元素燒損，從而提高了焊接質量。

2.5 層間溫度

小口徑管道焊接過程中，因熱量較集中散熱較慢，焊口溫度容易升高，層間溫度過高，會引起接頭金屬晶粒粗大，使焊縫強度和低溫沖擊韌性降低，甚至出現過燒和背部氧化等現象，影響焊接質量，SA-213 T23鋼焊接過程中層間溫度控制在150℃～350℃之間。

2.6 背面充氬保護

當焊縫合金含量較高時，焊接時背面采取充氬保護提高焊接質量。焊接過程中根部往往會出現不同程度的氧化現象，因此，在施工過程中鍋爐再熱器吊掛管的焊接中采用背面沖氬保護措施，保證焊口根部的焊接質量。根據《電力建設施工及驗收技術規范》中的要求：中、高合金鋼（含Cr量≥3%或合金總含量>5%）焊口為防止打底層根部氧化，焊接時管道內壁應充氬氣進行保護。SA-213 T23鋼含Cr量為2.6%，未超過該標準，但合金總含量為6.18%，已經超過了合金總含量5%，故采用充氬焊接。

2.7 緩冷

焊后緩冷分為主動緩冷和被動緩冷，主動緩冷是焊后必要的熱處理，被動緩冷緩慢降低至室溫，緩冷可以細化晶粒結構不易脆裂，該項目使用的緩冷是焊接施工完畢以后，對焊口進行火焰加熱300℃～350℃之間，隨后使用保溫棉進行保溫，緩冷到室溫。

3? 結語

綜合以上原因可知，SA-213 T23鋼合金含量較高，熔池鐵水流動性較差、焊縫成型較差。因此，焊接該鋼種時，對焊接規范、焊工操作技能以及焊口組對的要求就更高、選擇合理的焊接電流，背面充氬保護，預熱溫度選擇在 150～200℃范圍內。層間溫度的控制在150℃～350℃之間。調整合適的電流熄弧時間，熄弧衰減時間過短容易產生熄弧處縮孔和裂紋，熔池完全冷卻以后緩慢熄弧。焊后緩冷，對焊口進行火焰加熱300℃～350℃之間，隨后使用保溫棉進行保溫，緩冷到室溫。焊接質量的好壞很大程度上取決于焊工自身的焊接技能水平和是否有較強的責任心，焊接技藝的不斷革新，更能有效改善和提高焊接質量。

參考文獻

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