新型细晶奥氏体钢焊接材料代用试验及应用（下）

上海电力安装第一工程公司 （200090） 马佳龙

（10)金相试验结果如图1所示。

腐蚀液为王水（硝基盐酸），放大倍数为500倍，焊缝金相组织均为细晶奥氏体。

图1

通过上述对不同厂家的两种焊接材料试验数据作比较。从焊接工艺评定可以得出结论：在施焊技术相同的条件下，试验结果全部合格，其抗拉强度的次序为THERMAN IT617焊丝高于NITTETSU YT—304H焊丝。

5. 工程应用实例

（1）某工程建设规模为2×1000MW超超临界机组，锅炉为德国引进技术国内制造，锅炉型式为：塔式，超超临界压力。 过热器出口压力28MPa，过热器出口温度602℃，再热器出口温度603℃。由于机组工作参数的提高，特别是蒸汽温度的提高，锅炉厂大量选用了新型细晶奥氏体钢SA213—Super304H的管子，其在锅炉岛焊口主要分布情况如表11所示。

表11

锅炉安装过程中的二级过热器、三级过热器、二级再热器遇到奥氏体钢SA213—Super304H的管子，合计焊口为8168道，当时全部选用日本产的日铁住金溶接工业株式会社的 NITTETSU—YT—304H焊丝（锅炉制造厂提供对应SA213—Super304H匹配的焊接材料）。安装过程中所选用的焊接方法、焊接工艺、焊接参数全部参照工艺评定的相关数据。机组于2007年12月17日并网发电至今，未发生过因焊接造成的质量问题。

（2）某工程建设规模为2×660MW超超临界机组， 由于机组工作参数的提高，特别是蒸汽温度的提高，因此锅炉厂大量选用了新型细晶奥氏体钢SA213—Super304H的管子，其在锅炉岛焊口主要分布情况如表12所示。

从表12中可以看到，SA213—Super304H奥氏体钢合计焊口为1630道，施工期间，由于焊接材料的采购供应问题，故在后屏过热器、蒸汽冷却定位管的一部分SA213—S304H奥氏体不锈钢管子选用了THERMANIT617焊接材料。现场焊接焊口共53道。下面就材料代用过程中现场焊接要点进行介绍。

现场焊接要点：①奥氏体钢的焊接性能良好，无冷裂倾向，焊接不需要预热。可是这种Cr、Ni纯奥氏体钢在焊接过程中有热裂倾向，因此应注意控制焊接热输入及层间温度。②采用手工钨极氩弧焊（GTAW）方法以及确保层间温度低的短焊道和间断焊措施。在焊接过程中，层间温度一般应控制≤150℃，焊接过程中要求对所焊的焊缝进行层间水冷。③为防止高温区合金元素的氧化，在整个焊接过程中背面必须充氩气或混合气体N2（88%）+H2（12%）进行保护，防止根部焊缝和母材过烧，以获得良好的根部焊缝成形和符合要求的力学性能。坡口形式如图2所示。

表12

图2

在焊接过程中，层间温度必须控制在≤150℃，焊接过程中要求对所焊的焊缝进行层间水冷，用氯离子浓度＜0.2mg/L的电厂化学除盐水或纯净水来冷却焊缝。水冷方式可以采用将海绵浸透水之后在焊缝表面进行擦拭，待焊缝表面的温度冷却至室温后方可进行次层的焊接。

要点一：SA213—Super304H钢液较粘，如用常规的加丝法无法保证根部焊缝的成形，焊接时容易出现根部焊缝以及焊缝层间未熔合等缺陷，因此打底焊时必须采用内加焊丝法。

要点二：如果间隙过大，易造成焊缝温度过高，从而产生“烧枯”现象，仰焊位置根部内凹，以及平焊位置出现焊瘤等缺陷。

后屏过热器、蒸汽冷却定位管焊口材质为SA213-S304H，规格为φ47mm×6mm，采用钨极氩弧焊（GTAW），焊接参数如表13所示。

表13 焊接参数

目前对于内充保护气体的种类有两种：一种是氩气，另一种充氮氢混合气保护。现场选择内部充氮氢混合气体——N2（88%）+H2（12%）进行保护，因为运用混合气能用打火机在焊口处点火，直接可观察火焰大小来判定保护情况，而充氩气则无法判断，只能依靠经验来判定。焊缝根部充混合气体进行保护有两套方案。

图3 近距离充气法

第一套方案：近距离充气法，如图3所示。对口前在焊口两端的管子内塞入水溶纸，程度为紧密，塞入深度为200～250mm。在混合气体皮管上接一个带阀门的不锈钢扁管（可以用φ4mm×0.5mm不锈钢管子制作），其管口制作成厚度2mm左右，并在长度方向呈楔形，将不锈钢扁管塞入焊口的对口间隙，并在焊口根部卡住固定。氩弧焊打底，用耐高温铝箔纸封堵其余位置，使混合气体集中流向焊接处，达到良好的保护效果。

第二套方案：根据管排、集箱管焊口接头位置的结构特点采用远距离充气法，便于进行焊缝根部充氮氢混合气体保护，如图4所示的A、B焊口。焊接B焊口时，可从A焊口位置的单根管末端进行充气，将混合气体橡胶软管一直沿管子往下塞至管子弯头处，并且在A焊口开口的位置用水溶纸或橡胶垫堵塞加以密封，以防止气体漏出影响保护效果。

图4 远距离充气法

待B焊口焊接完成后再进行A焊口焊接，此时A焊口的充气方法只有采用从集箱内部对其进行，经过多次试验发现从集箱的管座内进行充气是最理想的。

通过对两种方案的比较，第二套方案焊口在氩弧焊打底后焊缝根部背面经目视检查呈银白色，说明混合气体保护效果良好，说明该方法更适宜用于现场焊接SA213—Super304H奥氏体不锈钢小口径管子。通过实际生产证明，焊接SA213—Super304H管子的关键是氩弧焊打底，而要获得合格根部焊缝的要点就是焊缝背面必须处于混合气体的良好、稳定的保护下，只有做到了这一点，才谈得上获得质量优良的焊缝。

通过代用德国THERMANIT617焊丝用于2×660MW超超临界机组实际工程中，同时采用合理的焊接方法及工艺，可以取得与日产NITTETSU YT—304H焊丝相同的结果。机组于2009年6月投入运行至今,无焊接材料选用不当而造成质量事故。

6. 结语

（1）新型奥氏体不锈钢采用小电流、快速焊的焊接参数，采用短焊道、窄道焊缝的操作方法，减少热输入量 。

（2）为了防止焊缝发生高温裂纹，可采用GTAW焊接工艺，对小口径管壁δ≤10mm的管子采用全氩弧焊焊接。用氯离子浓度小于0.2mg/L的电厂化学除盐水或纯净水来冷却焊缝。

（3）严格控制对口间隙，为内加丝焊创造良好的焊接条件。特别是钝边厚度应控制在1mm左右，降低焊工手工操作的难度，确保焊缝根部熔合良好。

（4）选用混合气体的充气方法，根层封底的质量取决于混合气体保护效果。混合气体——N2（88%）+H2（12%）的密度比空气要小得多，现场焊接时必须对施焊场所搭棚，采取挡风措施，以免影响混合气体在焊缝根部的保护效果。

（5）在施焊技术相同的条件下，从两种焊接材料拉伸的结果判断，其抗拉强度为THERMAN IT617高于NITTETSU YT—304H焊丝。

（6）THERMAN IT617焊接材料通过工程实践证明，可以用于SA213—Super304H新型奥氏体不锈钢的焊接。660MW超超临界机组锅炉安装的过程中在后屏过热器、蒸汽冷却定位管共53道焊口使用，机组投入运行至今，无焊接材料选用不当而造成的质量事故。