火电厂焊接技术发展现状及展望

申彦军

（神华亿利能源有限责任公司电厂，内蒙古 鄂尔多斯 014300）

1 火电厂用新型热强钢的焊接性能

1.1 焊缝金属韧性的劣化

我国的焊接工作者近年来对T91/P91 钢的实践证实，焊缝的韧性对线能量和层间温度极其敏感。采用大线能量、高层间温度（60kJ/cm，250～350℃） 时，焊缝韧性仅为3.9～15.9J/cm2，降低线能量和层间温度（25kJ/cm，220～250℃）时，焊缝韧性达到73.2～113.6J/cm2，波兰的研究者也得到了同样的结论。采用小线能量TIG 热丝全位置焊接P91 厚壁管，可得到良好的焊缝韧性。

1.2 HAZ 蠕变断裂强度的下降

研究表明P91 钢HAZ 存在一个蠕变断裂强度劣化的区域，劣化从焊接HAZ 的850℃，即AC1 开始，925℃是劣化的最低值，然后逐步恢复，在HAZ 温度超过1100℃后，才恢复到接近母材。还示出了蠕变断裂强度劣化程度，可以推论，这一劣化区的宽度越大，对接头高温强度的影响就越明显，因此控制850～1100℃HAZ 的宽度是控制这一劣化影响的重要手段。显然这也需要通过控制焊接线能量和层间温度来实现。

2 电厂异种钢焊接

电厂异种钢焊接的主要对象为奥氏体不锈钢（简称A）与铁素体型（简称F） 耐热钢异种金属的焊接。近年来，国内外发生了多次异种钢焊接接头断裂失效事故。目前尽管关于异种钢接头的早期失效原因、影响因素及剩余寿命预测已有了部分研究成果，但对异种钢接头早期失效的机理尚缺乏系统的研究。

对A/F 异种钢接头研究的新进展

1） 异种钢接头的失效模式，目前，对异种钢接头失效的模式有基本统一的认识，其中比较有代表性的失效模式有以下3 种：①低合金钢侧距熔合线1～2 个晶粒的原始奥氏体晶界上形成裂纹并扩展产生失效。这种模式在不锈钢填充金属的异种钢接头中较普遍，也偶见于镍基填充金属；②运行中沿熔合线宽带状碳化物形成裂纹和扩展并导致失效，这种模式在镍基填充材料的异种钢接头中较普遍；③焊缝中低合金钢界面外壁形成氧化缺口并扩展导致失效。氧化缺口在所有运行后的异种钢接头中都能发现，多数情况下，这种缺口并不扩展，但在薄壁管承受较大的弯曲应力等情况下，这种缺口容易扩展而失效。这种失效模式独立于上述2 种模式，在不锈钢填充金属和镍基填充金属的异种钢接头中都能发生。

2） 异种钢接头延寿措施，虽然对异种钢接头的失效机理还没有形成完全统一的认识，但近年来在实践中各国的焊接工作者还是找到了一些延长异种钢接头的有效措施。比较有代表性的方法有2 种：①采用镍基填充金属。统计表明，在设备正常运行的条件下，镍基填充金属的异种钢接头的寿命是其它填充金属的3～5 倍；②在接头中间加入过渡段，以便减轻异种钢接头A/F 金属间的蠕变强度和线膨胀系数的不匹配程度。

3） 异种钢接头失效机理研究的发展方向，对异种钢接头失效机理的研究虽然从20 世纪50年代就已经开始，但大量的研究者往往把注意力集中在冶金因素或仅在力学范围内考虑各种载荷对接头的损伤，较少考虑力学因素对冶金动力学的影响。近年来，美国EPRI 的专家提出异种钢接头承载时由于接头各区蠕变抗力和弹性模量不同导致弹性应力重新分布而影响接头失效行为的观点。国内史元春、田锡唐等专家利用有限元计算、高温密栅云纹及蠕变断裂试验分析了Mo-Cr-V 系异种钢接头的蠕变应变分布特性，提出邻近界面低强母材侧的应力三轴度是控制早期接头脆性断裂的主要力学控制参量的观点。

3 高效焊接方法的新进展

3.1 表面张力过渡CO2 焊接技术

表面张力过渡(STT) 技术本质上是一种计算机控制的脉冲CO2短路过渡焊接技术，它与传统的CO2焊接技术的区别在于：使用计算机准确控制熔滴过渡行为，使熔滴过渡主要依靠液体金属的表面张力而不是电磁收缩力完成。

3.2 开放环境下瞬时液相扩散焊接技术

1） 瞬时液相扩散焊接机理，将一成分接近于母材、熔化温度低于母材的TLP 中间层合金（厚度约30～50mm） 作为焊接材料，将工件装配好后，在惰性气体的保护下，加热到焊接温度，并施加一定的压力。在焊接温度下，中间层首先熔化，润湿母材，工件配合面间形成一薄层液体。保温时，中间层与母材间的元素迅速扩散，使界面成分发生变化，这种变化导致连接温度下发生等温凝固，形成可靠的焊接接头。等温凝固发生后，接头组织与母材基本相似，但在成分上仍有差别，需保温以达到接头成分均匀。整个过程为：中间层熔化—扩散—等温凝固—均匀化。

2） 开放环境下的TLP 在电厂的应用，目前，日本已将其研制的开放环境下的TLP 用于电厂水冷壁管的更换，使工程进度较传统的修复工艺明显加快，并且不需要炉内外2 个焊工同时施焊。开放环境下TLP 技术尽管已有成功应用的实例，但作为一种新型的焊接方法，远未达到完全成熟。目前，专用中间层材料的种类、数量还很少，需要进一步研发；关于压力、焊接温度、保温时间等焊接参数对接头性能的影响并不完全清楚；用于焊后检测的无损探伤方法亦需要进一步探讨。