SA213-T23钢焊接工艺试验研究与应用

2011-11-22李华

中国新技术新产品 2011年16期

李华

（华电能源牡丹江第二发电厂，黑龙江牡丹江 157015）

1 前言

在超超临界（USC）机组中，锅炉水冷壁管壁温度可升至513℃，瞬间最高温度甚至可达540℃，如果仍采用传统的铁素体-贝氏体耐热钢，如A213-T12和A213-T22来制作，已不能满足要求，并且，焊后极易产生扭曲变形，且这种扭曲变形是极难矫正的。因此需要采用合金含量更高，热强性更好的钢材，SA213-T23钢便是其中之一。而T23钢在550℃时具有很高的抗蠕变性能和焊态低硬度的特征，是很好的替代材料。目前，国内引进的600MW超临界锅炉的过热器开始采用T23钢，因此，掌握T23钢的焊接工艺特点和焊接方法势在必行。

2 T23钢的焊接性

焊接工艺试验着重于分析焊前预热温度、焊接材料、焊接方法及焊后热处理工艺对T23钢焊接接头性能的影响。

2.1 焊接材料：试验采用的焊接材料为德国蒂森公司生产的焊丝和焊条，其化学成分见表1

2.2 焊接工艺试验条件：管材为T23钢，￠45mm*7.8mm,焊丝UNONICr2WV,焊条THYSSEN Cr2WV.焊接方法采用Ws或Ws/Ds,预热温度100℃或不预热，焊后热处理，不热处理或（730～750）℃*1h电阻炉或火焰热处理，氩气流量8～10L/min.

2.2.1 第1次试验设计了3组方案：A组采用Ws/Ds工艺，焊后进行热处理：B组采用Ws全氩弧焊工艺，焊后进行热处理：C组采用Ws全氩弧焊工艺，但焊后不进行热处理。焊接位置为2G，5G，具体方案内容见表2，试验结果见表3。

对试验结果进行分析可知，焊缝抗拉强度、抗弯性能及硬度均能满足要求，但冲击韧度很低（冲击试样尺寸为10mm*55mm*5mm）总体表现为：全氩弧焊优于氩电联焊，焊后热处理，横焊优于吊焊。分析原因主要是全氩弧焊工艺热输入小，组织晶粒细小，经过热处理后的焊缝晶粒进一步行到细化：而横焊的层道数多于吊焊，后一焊道对前一焊道起到了类似回味火的作用。试样焊缝硬度过高，整体冲击韧度低。经分析热处理电阻炉温控不准，导致实际温度大大低于设定温度所致。

2.2.2 第二次试验：针对第1次试验的结果，此次试验采用全氩弧焊工艺，采用远红外热处理设备，并将道温度控制在200-300℃。为了减轻根层焊道烧焦现象，取消焊前预热。

由于焊缝抗拉弹度、抗弯性能和硬度均能满足要求，焊后不再进行上述试验，只进行冲击韧度的对比分析。由于横焊的试验结果优于吊焊，因此仅分析吊焊焊缝的冲击韧度。焊接电流100-120A，焊后进行（730-750）℃*1h回火处理，试件冲击韧度分别为：275，59，222J/Cm2。

通过调整热处理测温点位置，解决了测温不准的问题，同时降低道间温度，吊焊位置的焊缝冲击韧度有了明显的改善。检查3个冲击试样的断面，出现低值的试样断面晶粒较其余两个试样的明显粗大。为判断上次吊焊试样冲击韧度低点是随机出现还是有特定位置，以相同焊接工艺参数重新焊制试件，在管子的平焊位置、以相同焊接工艺参数重新焊制试件，在管子的平焊位置、向上爬坡位置、两侧水平焊位置和仰焊位置取5个冲击试样，试验结果见表4。

表4 第2次试验结果

由表4试验结果可知，平焊和向上爬坡焊位置的试样冲击韧度较低，从试件断口看，试件上半部分的晶粒明显粗大，其原因是焊接时热量众下向上传递，上半部分焊缝冷却速度慢，导致晶粒较大。

由上述两次试验结果可知，采用全氩弧工艺，焊前不预热，道间温度控制在200-230℃，焊后进行热处理，并保证热处理时测温准确，即可获得力学性能优良的焊接接头。

2.2.3 第3次试验：施工现场热处理条件不如试验室，采用远红外加热设备焊后对焊缝进行热处理，不仅设备要求高，而且会导致施工效率低和工程成本大幅增加。因此此次试验采用焊后立即用火焰加热至730-750℃，同时用远红外测温枪准确地测温，随后保温缓冷，其它工艺参数不变，试验结果见表5。

从以上试验结果可以看出，采用火焰加热处理的试件焊缝冲击韧度较高，金相组织为回火贝氏体，而其平焊位置焊缝的冲击韧度值仍较低，但在合格范围内。随后采用日本焊丝TGS-2CW代替德国焊丝UNION Cr2WV，采用焊后立即进行730=750℃火焰热处理工艺，保温缓冷，其它焊接工艺参数不变，试验结果见表6。

2.2.4 仰焊位置

由以上试验结果可知，无论是采用德国焊材还是日本焊材，采用焊后火焰热处理均获得了合格的焊接接头。TGS-2CW的冲击韧度值较高，焊缝晶力较为细小，对两种焊丝的化学成分分析可知，UNION Cr2WV与母材T23更加接近，而TGS-2CW的Mo含量较高，W含量略低。而TGS-2CW较高的含Mo量，是否对焊接接头高温性能有影响，还需要进行更深入的研究。