15NiCuMoNb5鋼的焊接工藝

石南輝

1. 概述

在漳山電廠2×600MW機(jī)組鍋爐中，下水包是僅次于汽包的第二大部件，采用的是德國的15NiCuMoNb5 (WB36)鋼，其分別由4段規(guī)格為φ838mm×62mm的鋼管組合成一個大型環(huán)形集箱。

由于下水包管徑大(φ838mm)，管壁厚（62mm），所以是鍋爐現(xiàn)場安裝工作中焊接工作量最大的焊口。WB36（15NiCuMoNb5）鋼在300MW及300MW以上火電機(jī)組中廣泛使用，替代A106B、St45.8/Ⅲ。WB36鋼使用后可以大大降低材料成本，顯著改善管系的應(yīng)力條件，已成為目前國內(nèi)外高參數(shù)火電機(jī)組主給水管的首選材料。

2. 15NiCuMoNb5(WB36)鋼焊接性分析

WB36鋼是在碳錳鋼的基礎(chǔ)上加入Ni、Cu、Mo及Nb合金而得到的一種合金鋼，合金種類多，碳當(dāng)量高，焊接性比傳統(tǒng)的碳鋼差，容易出現(xiàn)焊接質(zhì)量問題。這也是我公司遇到的15NiCuMoNb5(WB36)鋼最大管徑和壁厚的焊口。

15NiCuMoNb5(WB36)鋼的化學(xué)成分和力學(xué)性能分別如表1、表2所示。

WB36鋼的Cep=0.34%～0.73%，具有一定的冷裂傾向，焊接時應(yīng)預(yù)熱。

15NiCuMoNb5(WB36)鋼是焊接性能較好的鋼種，但由于下水包的管壁較厚（62mm），故在焊接過程中的焊接殘余應(yīng)力也比較大，在焊接時還要防止和消除冷裂紋，這是下水包焊接的重點(diǎn)和難點(diǎn)。另一方面，因?yàn)橄滤鼙诤瘢蝗菀追敌?，必須保證焊接質(zhì)量，這就更加要求我們的焊接工作必須認(rèn)真對待。

3. 下水包的焊接工藝

采用手工氬弧焊打底，焊條電弧焊蓋面的焊接方法。為了保證焊接質(zhì)量，對焊接材料的選擇、管理和焊前母材清理等工作要求都十分嚴(yán)格。

（1）焊接設(shè)備 以當(dāng)時的條件選用了濟(jì)南華奧焊機(jī)廠的ZX7—4000型逆變式直流電焊機(jī)。

（2）焊接材料 焊絲采用上海電力修造總廠的TIG—R10；焊條采用四川大西洋焊材有限公司的CHE—707，焊前焊條須經(jīng)350℃烘焙2h，在使用時，焊條保溫筒裝好并保持通電，隨用隨取。

（3）保護(hù)氣體 氬氣純度≥99.95%。

（4）焊材性能 焊接材料化學(xué)成分及熔敷金屬力學(xué)性能如表3～表6所示。

表1 5NiCuMoNb5(WB36)鋼化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表2 5NiCuMoNb5(WB36)鋼力學(xué)性能

（5）焊接參數(shù) 采用氬弧焊打底＋焊條電弧焊填充的焊接工藝，焊接參數(shù)如表7所示。

4. 下水包焊接過程控制

（1）坡口形式 為了減少焊接工作量、焊接應(yīng)力和焊接變形，下水包焊口的坡口采用“雙V”形，如圖1所示。

（2）焊前準(zhǔn)備 焊前清理：用砂輪機(jī)打磨坡口內(nèi)外兩側(cè)25mm范圍的油漆、油污、鐵銹、氧化皮和其他對焊接有害的雜質(zhì)，使其露出金屬光澤為止。

焊前裝配：按有關(guān)規(guī)程進(jìn)行裝配。

點(diǎn)焊預(yù)熱：采用DWK—240型電腦溫控儀。

定位焊：把裝好的下水包用楔形塊固定，分四點(diǎn)固定，用TIG—R10焊絲定位焊，應(yīng)將焊縫周圍200～300mm加溫到100℃，方可進(jìn)行定位焊，現(xiàn)場統(tǒng)一選用了Q235鋼表面用CHE—707焊條進(jìn)行過渡的楔形塊，如圖2所示。

施工環(huán)境：焊接現(xiàn)場周圍用帆布遮圍，集箱上的管口均都密封，避免因穿堂風(fēng)的影響而產(chǎn)生氣孔或弧偏吹。

表3 焊絲TIG—R10的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表4 焊絲TIG—R10熔敷金屬力學(xué)性能

表5 焊條CHE—707的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表6 焊條CHE707熔敷金屬力學(xué)性能

表7 WB36鋼的焊接參數(shù)

（3）焊前預(yù)熱和焊后熱處理 WB36鋼氬弧焊時預(yù)熱溫度100～150℃，電弧焊時預(yù)熱溫度200～250℃，層間溫度控制在200～350℃。焊接結(jié)束后，整個焊口立即進(jìn)行555～585℃的高溫回火處理，焊后熱處理工藝曲線如圖3所示。

采取以上措施是為了預(yù)防延遲裂紋的產(chǎn)生和消除殘余應(yīng)力，降低接頭區(qū)域的溫差，從而減小焊接熱影響區(qū)的淬硬傾向，利于氫的擴(kuò)散，降低焊縫中的含氫量，防止產(chǎn)生冷裂紋，改善接頭的塑韌性。

（4）焊接操作過程 焊接順序：為了保證下水包的安裝尺寸，應(yīng)盡量減少焊接變形，我們選用4對焊工同時對4個焊口進(jìn)行施焊，即采用對稱焊。

為確保根部焊透，我們在第一道氬弧焊打底時，焊縫間隙要確保2.5～4.0mm，由兩名焊工錯開打底，一人從仰焊向上焊，一人從立焊往上焊，同時要經(jīng)常用電筒照射檢查打底質(zhì)量，確保根層的根部質(zhì)量。第二、三道焊縫用φ3.2mm的焊條焊接，防止根部焊穿。

圖1 下水包焊口坡口示意

圖3 WB36鋼焊縫熱處理工藝曲線

隨著焊縫厚度增加，焊縫寬度也增加，焊條擺動范圍不宜太大（應(yīng)小于所用焊條直徑的5倍），單層焊道厚度應(yīng)不大于所用焊條直徑＋2mm，采用多層多道焊，焊道之間的接頭應(yīng)錯開。

焊接過程中要控制好層間溫度不能過高，層間清理要及時徹底。

（5）焊后檢測 焊口外觀經(jīng)自檢和質(zhì)檢員專項(xiàng)檢查合格后進(jìn)行焊后熱處理，待焊口冷卻后再進(jìn)行100%超聲檢測和100%γ射線檢驗(yàn)，經(jīng)檢驗(yàn)四道焊口100%合格。

5. 結(jié)語

本工程厚壁WB36鋼的焊接，我們采用上述焊接工藝措施，嚴(yán)格遵守焊接規(guī)程，精心設(shè)計、精心組織、精心操作，出色完成鍋爐重大部件焊接工作，為以后類似工程的施工安裝焊接提供了很好的借鑒。