刘鑫

（贵州粤黔电力有限责任公司 贵州盘县 553505）

浅析异种钢焊接技术在火电厂中的应用

刘鑫

（贵州粤黔电力有限责任公司 贵州盘县 553505）

在火电厂建设中异种钢使用较多，异种钢焊接与普通焊接有所不同。异种钢本身在合金成分、性能等存在差异，焊接中存在的问题较多。在钢焊接中，异种钢的焊接是钢焊接难点。现主要对火电厂中异种钢焊接技术的应用进行简要分析。

火电厂；异种钢；焊接技术；应用

异种钢焊接技术主要用于两种性能存在差异的钢材进行焊接。由于不同的钢材其合金成分、物理特性、结构等存在较大差异，将异种钢进行焊接是目前火电厂建设的难点。异种钢技术的水平直接对焊接质量及火电厂建设质量产生影响。因此，在对异种钢进行焊接时，需要掌握精湛的焊接技术，把控焊接质量。现主要对火电厂中异种钢焊接存在的问题、焊接技术的应用进行简要分析。并以汽轮机焊接实例进行说明异种钢焊接技术的在火电厂中的应用。

1 火电厂异种钢焊接存在的问题

1.1 焊接部位碳扩散

在异种钢焊接中，常会遇到母材和焊缝的合金成分差异较大的情况。由于在高温状态下，焊接部位融合过程中碳及其他金属元素要重新分配，从而造成碳扩散。尤其是含有大量碳元素的合金母材，碳的扩散十分明显，并呈现高度不均匀扩散现象。碳的大量扩散将造成焊接部位钢的性能呈不同程度降低。

1.2 焊接部位容易形成马氏体

在异种钢的焊接中，在焊接中会经常看到马氏体形成。马氏体主要分布于母材和焊缝的连接之处。马氏体本身质硬、脆，容易形成裂纹。因此，在异种钢的焊接中，马氏体形成较多时往往造成焊接头质量差，进而导致焊接头破坏。

1.3 焊接部位热应力大

异种钢本身的合金成分、性能等存在较大差异，膨胀系数也有所不同。在进行异种钢焊接中，焊接部位必然出现热应力。如果异种钢之间的性能差异很大，产生较大的热应力，容易导致接头破坏。

2 不同组织的异种钢焊接

不同组织的钢材进行焊接时，使用的焊接件有所不同。焊接中的预热处理、热处理主要根据焊接的钢材进行。例如12CrLMoV和A335-P91（低合金钢和高合金钢焊接）的焊接中，应选的焊接材料为TIG-R31、E6015-B2。预热温度下限200℃，热处理下限为760℃。16Mn和18-8 Cr5MoNb（16Mn钢和18-8型不锈钢）焊接中，无需进行预热处理和热处理，焊接材料可选择A307、A302、H0Cr19Ni9Ti。常见的异种钢焊接主要有马氏体钢+珠光体钢、奥氏体钢+马氏体或珠光体钢。

2.1 马氏体钢和珠光体钢焊接

在该两种钢材的焊接中，焊条的成分应在该两种钢材成分之间。例如12％铬钢与低合金钢、12％铬钢与低碳钢的焊接，焊条的成分应在该两种成分之间，再用填补焊法、预敷焊法进行焊接。例如，进行P91+12Cr1MoV焊接时，焊条使用的是热407焊条。在碳的扩散、迁移比较明显情况下，可以按照低档合金接头的规范进行预热处理和热处理。碳的扩散不明显的情况下，应该按照12％铬钢的规范进行预热和热处理。

2.2 奥氏体钢和珠光体或马氏体钢焊接

由于珠光体钢会导致焊缝金属发生淡化反应，进而导致焊缝脆化，容易造成接头破坏。因此，这类焊接的接头的焊条应使用奥氏体钢。例如，进行1Cr18Ni9Ti+12Cr1MoV焊接中，焊条应选择407或A307。奥氏体钢和珠光体钢的焊接中，如果使用的是刚性较大的焊接件，那么在回火时可能出现熔合区脆化破坏的情况。对于此类情况可以选取含镍量大的焊条进行焊接，避免熔合区破坏。另外，使用含镍量大的焊条，还可以极大降低接头出血裂纹的危险性。

2.3 预热温度及热处理

一般情况下，进行焊接时熔化金属中的氢溶量比较高。在对异种钢进行焊接时，应选择高限的预热温度。在焊接后需要进行热处理。通常奥氏体钢和珠光体钢的焊接无需进行热处理。珠光体钢和马氏体钢的焊接应在焊接后进行热处理。研究显示，珠光体钢和马氏体钢焊接中的热处理选择下限，能够降低热应力的影响，减少碳扩散和迁移。

3 工程实例

3.1 工程介绍及材料选择

某汽轮机中调门需要进行焊接，门阀壳壁的厚度是75mm，进气管壁的厚度是22mm。中调门使用的材料是ZG20CrMoV合金，成分如表1所示。

表1 中调门使用的ZG20CrMoV合金

在焊接前，需要对碳当量进行计算，评估淬硬性。如果碳当量〉0.4，表示钢的淬硬性大[1]。计算公式为碳当量=C+Mn/6+Cr/5+Mo/5+V/5。将各元素含量值代入算出碳当量为0.567～0.86。焊接注意事项：①中调门焊接导热快，冷却快，容易导致钢的淬硬性增加。②焊接将会导致中调门的阀壳出现变形。而中调门的焊接要求是焊接后不可出现漏气现象。因此，必须控制焊接时中调门的变形。③中调门的材料性质特点使得其液态的流动性差，本身可能存在沙眼、缩孔等[2]。在焊接中，容易在热应力下出现裂纹。基于以上焊接条件，焊条的选择我们用A407。主要原因为奥氏钢焊条不需要预热即可进行焊接，且刚性好，可塑性高。另外，ZG20CrMoV合金的δ5=14％，而奥氏体的δ5=40％，两者差异较大，可以减少焊接时的界面应力。过渡层我们使用镍基焊条Ni317。Ni317强度高，可塑性好，膨胀系数低于奥氏体钢，可以有效减少热应力。Ni317还可以避免熔化区碳扩散、转移。

3.2 过渡层的Ni317焊接

首先进行焊接过渡层，对阀壳壁进行加热，减少内外温差，温度上升至150℃时停止加热并保温。之后使用Ni317进行焊接过渡层。焊接时要进行对称性地焊接。焊接顺序应是外侧ac-ab-ce-bd-ef-dg-fh-gi-hj-ik。内侧lm-ls-mn-sh。焊层厚度7～8mm。如图1所示。焊接结束后加热到350℃并进行保温2h。对ZG20CrMoV合金使用Ni317焊接时，氢扩散量约为3mL/100g，超过0.06mL/100g，焊接后要进行消氢处理。

图1 中调门阀焊接顺序

3.3 填充层的A407焊接

焊缝温度下降到60℃以下时，每次使用焊条的1/2进行焊接。焊接结束时，应使用圆头小锤锤击，切忌锤击盖面层。之后再进行盖面层焊接，方法及顺序与过渡层相同。

3.4 焊接检验

焊接质量检验在焊接中必不可少。一般会借助多种仪器进行探伤，保证焊接质量符合标准。焊缝不可有裂纹、气孔、咬边等情况[3]。同时对周围母材进行检验，保证探伤合格。在确定焊接质量达标后，对中调门进行水压试验，试验参数150kg/cn2。

4 结语

火电厂中，使用的钢类型较多，性能存在较大差异。在火电厂的建设、维修等过程中，常会出现异种钢焊接的情况。再对异种钢进行焊接时，应该掌握钢材的性能，选择合适的焊条。异种钢焊接中常会出现马氏体、热应力、碳扩散破坏焊接部位的现象。因此，焊条的选择还需要考虑到产生的热应力、碳扩散、马氏体等情况。掌握异种钢焊接的预热和热处理温度范围，在焊接中选择适当的预热和热处理温度。在焊接结束后，要对焊接部位进行检验，保证焊接质量合格。

[1]刘月辉.火力发电厂建设中异种钢焊接技术[J].科技与企业，2016（4）：236.

[2]冯业敏.关于异种钢焊接技术分析[J].科技展望，2016，26（19）：63.

[3]杨桂荣，张晓丽.浅析火力发电厂建设中异种钢焊接技术[J].中国新技术新产品，2014（24）：33.

TM621

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1004-7344（2016）36-0107-02

2016-12-9

刘鑫（1972-），彝族，贵州盘县人，助理工程师，大专，主要从事的工作和研究方向是火电厂焊接、异种钢焊接应用。