浅谈SA-213 T23的焊接工艺与裂纹防止措施

李洋　曹传勇　栾晓飞　于奉军　安宝军

摘  要：随着焊接工艺的不断进步，近年来，SA-213T23作为一种新型耐热钢在超超临界锅炉中得到广泛应用。沙特某电厂超临界机组锅炉过热器及再热器吊挂管材质为SA-213T23，且焊口数量达到了11000多只焊口，焊口施工完毕以后及时进行射线检测并未发现裂纹，后续又对该区域的焊口进行复检，出现大批量的微裂纹，裂纹大部分出现在根部打底层接头处，出现裂纹的趋势较大。该文就该电厂锅炉再热器吊挂管裂纹产生的原因和预防措施进行了深入研究。

关键词：SA-213T23  焊接工艺  裂纹  措施

中图分类号：TG44    文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）12（a）-0094-02

介绍工程中焊接SA-213 T23钢小口径管道遇到的焊接质量问题以及采取的措施和方法，对该钢种焊接性能和焊接工艺进行了深入探讨，为以后的施工过程中焊接该钢种提供一些切实可行的方法。SA-213 T23钢是近年日本三菱和日本住友公司联合研制的用于超超临界机组锅炉受热面的新型钢材，具有较好的抗高温氧化性。该钢种与国内12Cr2MoWVTiB的合金成分相似，它是在该钢种的基础上添加了部分W、Nb和V来提高该钢种的蠕变强度，降低碳含量，使该钢种的焊接性优于12Cr2MoWVTiB，沙特某电厂锅炉过热器及再热器管排吊挂管都涉及到了该钢种的焊接，且焊口数量达到了1万多只焊口，焊接方法采用手工钨极氩弧焊（GTAW），使用的焊接材料为德国伯乐和蒂森的焊丝Union-ICr2WV，焊材规格为?2.4。焊接施工过程中出现的裂纹多为根部焊接打底接头处，就现场施工中出现的裂纹形式进行了详细的研究，并采取了相应的措施，使裂纹产生几率大大降低。

1  SA-213 T23裂纹产生原因分析

1.1 T23母材化学成分的影响

SA-213 T23钢化学成分与国产的12Cr2MoWVTiB钢 102相临近，按照DL/T 869-2004《火电发电厂焊接技术规程》的钢种分类，该两种钢都属于贝氏体钢，SA-213T23钢与钢102相比较，主要合金元素Cr、Mo、V的含量差别不大，但该钢含W量为1.45%～1.75%，是钢102含W量的3～4倍。在耐热钢中Cr、Mo、V、W等合金成分，通過复合强化方式，使钢材具有较好的高温强度和高温抗氧化性，但是随着其合金含量的增加，其焊接性能明显变差，熔池较粘稠，焊接过程中铁水流动性较差，焊缝成形较差，给焊接施工带来了较大的困难。

1.2 焊缝过烧对裂纹的影响

焊缝合金元素增加且含量较高时，在焊接过程中，极容易产生氧化现象，该电厂高温再热器吊挂管的形式为单片管排由两根?38.1×7.11的T23材质的管道进行吊挂，焊工施工过程中采用两人对焊的形式，焊接过程中发现焊工未严格控制层间温度，造成根部过烧，未严格按照焊接工艺进行施工，产生裂纹几率增大。焊接参数，对口间隙，层间温度过高，都会产生打底层根部氧化现象。

1.3 应力对裂纹的影响

每种材料的开裂都需要一定的力，内部应力、拉应力、外部载荷等都会产生裂纹，该电厂再热器吊挂管在安装过程中使用倒链进行吊挂组对，造成焊口位置焊接较困难，焊接施工中，打底结束以后随即把吊挂对口倒链撤离，造成焊口打底层受拉力较大，产生裂纹几率较大，且肉眼不容易发现。采取的措施是：焊接施工过程中不允许撤离吊挂倒链，焊口结束5h以后撤离吊挂对口吊挂装置。

2  SA-213 T23焊接工艺措施

2.1 坡口组对

坡口角度60°～70°，坡口钝边0.5～1mm，组对间隙 2～3mm，间隙太小容易造成未融合和未焊透。组对间隙过大，填充金属量相对较大，焊接速度相对减慢，熔池温度过高，容易导致背面氧化产生氧化过烧现象。

2.2 坡口清理

管口在组对前应对母材内外壁10～15mm范围内的油、水、漆、铁锈等清理干净， 直到露出金属光泽。

2.3 焊前预热温度

关于SA-213 T23钢预热温度的要求， 结合DL/T-2004《火电发电厂焊接技术规程》对于2-1/2Cr-1Mo钢预热要求，预热方式采用火焰加热，预热温度控制在150℃～200℃范围内。

2.4 焊接电流

焊接电流及熄弧衰减时间是影响焊接质量的主要因素之一，电流过小，电弧不稳定，焊接线能量小，坡口两侧母材熔化不充分，容易形成未焊透，未融合等缺陷。电流过大，熔池温度过高容易造成过烧，背部氧化、咬边、夹钨、热裂纹等现象，还会导致焊缝和热影响区金属晶粒粗大，影响物理性能。熄弧衰减时间过短容易产生熄弧处缩孔和裂纹，过长会产生过烧氧化现象。该电厂吊挂管规格为?38.1×7.11打底电流打底时电流控制在110～115A之间，填充层电流控制在115～125A，盖面层电流110～120A，这样有利于层间温度的控制，减少根部合金元素烧损，从而提高了焊接质量。

2.5 层间温度

小口径管道焊接过程中，因热量较集中散热较慢，焊口温度容易升高，层间温度过高，会引起接头金属晶粒粗大，使焊缝强度和低温冲击韧性降低，甚至出现过烧和背部氧化等现象，影响焊接质量，SA-213 T23钢焊接过程中层间温度控制在150℃～350℃之间。

2.6 背面充氩保护

当焊缝合金含量较高时，焊接时背面采取充氩保护提高焊接质量。焊接过程中根部往往会出现不同程度的氧化现象，因此，在施工过程中锅炉再热器吊挂管的焊接中采用背面冲氩保护措施，保证焊口根部的焊接质量。根据《电力建设施工及验收技术规范》中的要求：中、高合金钢（含Cr量≥3%或合金总含量>5%）焊口为防止打底层根部氧化，焊接时管道内壁应充氩气进行保护。SA-213 T23钢含Cr量为2.6%，未超过该标准，但合金总含量为6.18%，已经超过了合金总含量5%，故采用充氩焊接。

2.7 缓冷

焊后缓冷分为主动缓冷和被动缓冷，主动缓冷是焊后必要的热处理，被动缓冷缓慢降低至室温，缓冷可以细化晶粒结构不易脆裂，该项目使用的缓冷是焊接施工完毕以后，对焊口进行火焰加热300℃～350℃之间，随后使用保温棉进行保温，缓冷到室温。

3  结语

综合以上原因可知，SA-213 T23钢合金含量较高，熔池铁水流动性较差、焊缝成型较差。因此，焊接该钢种时，对焊接规范、焊工操作技能以及焊口组对的要求就更高、选择合理的焊接电流，背面充氩保护，预热温度选择在 150～200℃范围内。层间温度的控制在150℃～350℃之间。调整合适的电流熄弧时间，熄弧衰减时间过短容易产生熄弧处缩孔和裂纹，熔池完全冷却以后缓慢熄弧。焊后缓冷，对焊口进行火焰加热300℃～350℃之间，随后使用保温棉进行保温，缓冷到室温。焊接质量的好坏很大程度上取决于焊工自身的焊接技能水平和是否有较强的责任心，焊接技艺的不断革新，更能有效改善和提高焊接质量。

参考文献

[1] Hedden，Owen F.Evolution of Section XI of the ASME Boiler and Pressure Vessel Code[J].Journal of Pressure Vessel Technology，2000，122（3）：234.

[2] 洪卫，王志伟.SA213-T91+T23异种钢焊接工艺[J].焊接技术，2010，39（3）：23-26.

[3] 刘尧星，邓金健.SA213-T23钢焊接工艺试验[J].焊接技术，2005，34（5）：37-38.