600MW超臨界機(jī)組高壓給水管道(WB36)焊接

韓光海

(神華國能寶清煤電化有限公司，黑龍江 寶清 155600)

某發(fā)電廠擴(kuò)建工程安裝兩臺國產(chǎn)600MW超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，其中高壓給水管道使用了WB36 鋼，規(guī)格為355mm×45mm，工作壓力29MPa，工作溫度283℃。施工安裝時(shí)采用德國蒂森SHschwarz3KNi焊條，在維修過程中焊條用完，改用國產(chǎn)焊條代替。實(shí)踐證明，采用國產(chǎn)757Ni或707Ni焊條，既能滿足使用要求又能保證焊接質(zhì)量。

一、WB36的成分和力學(xué)性能

WB36(15NiCuMoNb5)是為德國梯生鋼廠、曼內(nèi)斯曼鋼廠和日本住友金屬株式會社生產(chǎn)的Ni-Cu-Mo低合金鋼，主要用于壓力容器和電站鍋爐。該鋼具有較高的強(qiáng)度和優(yōu)良的耐高溫、耐腐蝕性能，室溫抗拉強(qiáng)度可達(dá)610MPa以上，屈服強(qiáng)度≥440MPa，同時(shí)還具有良好的焊接性能，用于壁溫≤500℃，大口徑(76～660mm)鍋爐厚壁鋼管、集箱及汽包壓力容器等，其化學(xué)成分和力學(xué)性能見表1、表2。

表1 WB36鋼化學(xué)成分 %

表2 WB36鋼力學(xué)性能

二、WB36鋼材焊接性

WB36鋼屬低合金高強(qiáng)度鋼中的低碳調(diào)質(zhì)鋼，其焊接性取決于它的化學(xué)成分，焊接該鋼主要從兩方面考慮：是否產(chǎn)生各種裂紋和是否在焊接熱影響區(qū)產(chǎn)生脆化。.

1.熱裂紋與冷裂紋

WB36鋼含碳量較低，因此對SP雜質(zhì)控制得較嚴(yán)。在正常情況下，這種鋼不會產(chǎn)生熱裂紋，在此基礎(chǔ)上，通過加入多種提高淬透性的合金元素，可保證獲得強(qiáng)度高、韌性好的低碳馬氏體和部分下貝氏體的混合組織，所以，開始轉(zhuǎn)變溫度Ms點(diǎn)較高，如果在該溫度下冷卻較慢，生成的馬氏體還能再進(jìn)行一次“自回火”處理。因此，只要工藝合理，保證馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)的冷卻速度，可以減少冷裂紋的產(chǎn)生。為此，焊接過程中采用焊接預(yù)熱，焊接后熱處理和調(diào)節(jié)線能量，來延伸冷卻時(shí)間，避免冷裂紋的產(chǎn)生。

2.熱影響區(qū)的液化裂紋

WB36鋼中含有一定量的Ni，使熱影響區(qū)液化裂紋敏感性增強(qiáng)，但由于SP含量比較低，因此影響區(qū)的液化裂紋敏感性不大，如采用小能量的手工電弧焊，同時(shí)控制熔池形狀，減小凹度，就可以有效地防止熱影響區(qū)的液化裂紋的產(chǎn)生。

3.再熱裂紋

WB36鋼由于含有Ni、Cu、Nb、Mo沉淀強(qiáng)化元素，在焊后消除應(yīng)力熱處理或焊后再次高溫加熱的過程中，熱影響區(qū)的粗晶區(qū)可能產(chǎn)生再熱裂紋。為此要選用小線能量的手工電弧焊，控制熱影響區(qū)的預(yù)熱溫度配合后熱，再選用高韌性的焊條，可以有效地防止再熱裂紋的產(chǎn)生。

4.熱影響區(qū)的過熱區(qū)脆化

WB36鋼屬于低碳合金鋼，通過提高淬硬性來保證其高強(qiáng)度和高韌性。該鋼種有一個(gè)最佳的冷卻時(shí)間t8/5。焊接WB36鋼，如果t8/5太小，過熱區(qū)粗大奧氏體全部轉(zhuǎn)變成粗大馬氏體，使韌性下降；如果t8/5太大，除奧氏體晶粒粗化引起的脆化外，還能產(chǎn)生上貝氏體和M-A組元引起的脆化。由于WB36鋼具有很好的韌性，只要嚴(yán)格控制焊接預(yù)熱溫度和線能量，選擇含有一定量Ni的焊條，就可避免焊接熱影響區(qū)的脆化。

三、WB36鋼焊接工藝特點(diǎn)

1.焊接方法和焊接材料的選擇

WB36鋼是在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用，應(yīng)盡量限制熱量對母材的影響，因此要選擇線能量較小的焊接方法。根據(jù)鋼種力學(xué)性能和化學(xué)成分，我們選擇了國產(chǎn)結(jié)757Ni焊條，采用直流反接進(jìn)行施焊。

2.焊接工藝參數(shù)(表3)

表3 焊接工藝參數(shù)

(1)預(yù)熱主要防止裂紋的產(chǎn)生，焊接預(yù)熱溫度：150～200℃。(2)采用鎢極氬弧焊打底，使用φ2.5mm的H08Mn2Mo焊絲，電弧焊條(結(jié)757Ni)蓋面，采用多層多道焊，層間溫度≤250℃，焊后熱處理。(3)焊后去氫熱處理溫度：250～300℃，保溫2～3h。(4)焊后消除應(yīng)力 熱處理溫 度：580～620℃，每25mm保溫1h。

四、焊后試驗(yàn)分析及結(jié)論

1.焊條金屬的化學(xué)成分及力學(xué)性能

國產(chǎn)焊條化學(xué)式見表4，焊接接頭力學(xué)性能見表5。

德國SH.schwarz3KNi焊條焊接接頭力學(xué)性能見表6、表7。

表4 %

表5

表6 %

表7

通過對比，選擇結(jié)757Ni焊條能夠滿足使用要求。

五、結(jié)論

本文通過對WB36鋼的試驗(yàn)制定的焊接工藝是合理的，選用結(jié)757Ni焊條焊接，焊接接頭的綜合性能好，尤其是較高的韌性抗拉裂性，完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

[1]周振平等.焊接冶金與金屬焊接性[M].北京機(jī)械工業(yè)出版社，1992.

[2]張佩良.火力發(fā)電廠金屬管子材料及高合鋼焊接[M].中國電力出版社，2003.

[3]國電雙鴨山發(fā)電有限公司600MV汽機(jī)檢修規(guī)程，2007.