SA213-T23鋼焊接工藝試驗(yàn)研究與應(yīng)用

李華

（華電能源牡丹江第二發(fā)電廠，黑龍江 牡丹江 157015）

1 前言

在超超臨界（USC）機(jī)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(dá)540℃，如果仍采用傳統(tǒng)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(chǎn)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(qiáng)性更好的鋼材，SA213-T23鋼便是其中之一。而T23鋼在550℃時(shí)具有很高的抗蠕變性能和焊態(tài)低硬度的特征，是很好的替代材料。目前，國內(nèi)引進(jìn)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(diǎn)和焊接方法勢(shì)在必行。

2 T23鋼的焊接性

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

2.1 焊接材料：試驗(yàn)采用的焊接材料為德國蒂森公司生產(chǎn)的焊絲和焊條，其化學(xué)成分見表1

2.2 焊接工藝試驗(yàn)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(yù)熱溫度100℃或不預(yù)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(yàn)設(shè)計(jì)了3組方案：A組采用Ws/Ds工藝，焊后進(jìn)行熱處理：B組采用Ws全氬弧焊工藝，焊后進(jìn)行熱處理：C組采用Ws全氬弧焊工藝，但焊后不進(jìn)行熱處理。焊接位置為2G，5G，具體方案內(nèi)容見表2，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析可知，焊縫抗拉強(qiáng)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(xiàn)為：全氬弧焊優(yōu)于氬電聯(lián)焊，焊后熱處理，橫焊優(yōu)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(xì)小，經(jīng)過熱處理后的焊縫晶粒進(jìn)一步行到細(xì)化：而橫焊的層道數(shù)多于吊焊，后一焊道對(duì)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(jīng)分析熱處理電阻爐溫控不準(zhǔn)，導(dǎo)致實(shí)際溫度大大低于設(shè)定溫度所致。

2.2.2 第二次試驗(yàn)：針對(duì)第1次試驗(yàn)的結(jié)果，此次試驗(yàn)采用全氬弧焊工藝，采用遠(yuǎn)紅外熱處理設(shè)備，并將道溫度控制在200-300℃。為了減輕根層焊道燒焦現(xiàn)象，取消焊前預(yù)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(jìn)行上述試驗(yàn)，只進(jìn)行沖擊韌度的對(duì)比分析。由于橫焊的試驗(yàn)結(jié)果優(yōu)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(jìn)行（730-750）℃*1h回火處理，試件沖擊韌度分別為：275，59，222J/Cm2。

通過調(diào)整熱處理測(cè)溫點(diǎn)位置，解決了測(cè)溫不準(zhǔn)的問題，同時(shí)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(gè)沖擊試樣的斷面，出現(xiàn)低值的試樣斷面晶粒較其余兩個(gè)試樣的明顯粗大。為判斷上次吊焊試樣沖擊韌度低點(diǎn)是隨機(jī)出現(xiàn)還是有特定位置，以相同焊接工藝參數(shù)重新焊制試件，在管子的平焊位置、以相同焊接工藝參數(shù)重新焊制試件，在管子的平焊位置、向上爬坡位置、兩側(cè)水平焊位置和仰焊位置取5個(gè)沖擊試樣，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 第2次試驗(yàn)結(jié)果

由表4試驗(yàn)結(jié)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(shí)熱量眾下向上傳遞，上半部分焊縫冷卻速度慢，導(dǎo)致晶粒較大。

由上述兩次試驗(yàn)結(jié)果可知，采用全氬弧工藝，焊前不預(yù)熱，道間溫度控制在200-230℃，焊后進(jìn)行熱處理，并保證熱處理時(shí)測(cè)溫準(zhǔn)確，即可獲得力學(xué)性能優(yōu)良的焊接接頭。

2.2.3 第3次試驗(yàn)：施工現(xiàn)場(chǎng)熱處理?xiàng)l件不如試驗(yàn)室，采用遠(yuǎn)紅外加熱設(shè)備焊后對(duì)焊縫進(jìn)行熱處理，不僅設(shè)備要求高，而且會(huì)導(dǎo)致施工效率低和工程成本大幅增加。因此此次試驗(yàn)采用焊后立即用火焰加熱至730-750℃，同時(shí)用遠(yuǎn)紅外測(cè)溫槍準(zhǔn)確地測(cè)溫，隨后保溫緩冷，其它工藝參數(shù)不變，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

從以上試驗(yàn)結(jié)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(nèi)。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(jìn)行730=750℃火焰熱處理工藝，保溫緩冷，其它焊接工藝參數(shù)不變，試驗(yàn)結(jié)果見表6。

2.2.4 仰焊位置

由以上試驗(yàn)結(jié)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(xì)小，對(duì)兩種焊絲的化學(xué)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(duì)焊接接頭高溫性能有影響，還需要進(jìn)行更深入的研究。

3 結(jié)論

（1）采用全氬弧焊焊接工藝，T23鋼無需焊接預(yù)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(duì)于T23鋼焊接接頭，應(yīng)進(jìn)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(zhǔn)確監(jiān)控，是T23鋼焊接中不可忽視的關(guān)鍵因素。

[1]楊富,章應(yīng)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(shù)問答（第三版）.北京:中國電力出版社,2005.

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