Super304H （A213—S30432）焊接工藝

于志成　 王磊　 陳廣輝

摘要：本文對(duì)新型奧氏體耐熱鋼Super304H （A213-S30432）進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，分析了該鋼種的焊接性及焊接技術(shù)要點(diǎn)，結(jié)合我公司的工程實(shí)例對(duì)焊接該鋼種所采取的焊接工藝方法及所遇到的質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：Super304H （A213-S30432）；焊接

隨著我國(guó)超超臨界（USC）機(jī)組高速發(fā)展，新型奧氏體耐熱鋼Super304H （A213-S30432）在USC機(jī)組的高溫部件過(guò)熱器和再熱器上被大量采用，本文對(duì)該鋼種的焊接性及焊接技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行分析，并結(jié)合工程實(shí)例，總結(jié)一下這種鋼材在施工現(xiàn)場(chǎng)安裝過(guò)程中的焊接工藝。

1 Super304H的化學(xué)成分及力學(xué)性能

Super 304H 鋼是一種改良自高碳18Cr-8Ni（TP304H）類(lèi)不銹鋼而開(kāi)發(fā)出的新型奧氏體耐熱鋼。與傳統(tǒng)的TP304H 類(lèi)鋼種相比，其主要的合金化措施是在材料中加入了大約3%的銅、0.4 %的鈮以及少量的氮元素，同時(shí)提高了碳的含量范圍；其它的微合金化還包括微量的鋁和硼元素的加入。在高溫服役條件下，Super 304H鋼的顯微組織中會(huì)析出非常細(xì)小并彌散分布于奧氏體基底中的碳化物、碳-氮化物，如M23C6、Nb（C，N）和NbCrN 等。Super 304H 鋼的基體晶粒內(nèi)還會(huì)形成非常細(xì)小的富銅化合物（尺寸約為15-50nm），且研究發(fā)現(xiàn)這種富銅化合物的析出與其它析出相的生成是相互獨(dú)立而互不影響的，從而可以同時(shí)利用它們的強(qiáng)化作用。

2工程應(yīng)用焊接實(shí)例

我公司承建的600 MW火電機(jī)組，鍋爐末級(jí)再熱器材質(zhì)為Super304H，規(guī)格為Φ60×4mm 和Φ63.5×4mm，共有1190道焊口。

2.1焊接方法

根據(jù)Super304H鋼的焊接特點(diǎn)，采用線(xiàn)能量集中的手工鎢極氬弧焊工藝（GTAW）打底和蓋面，根層內(nèi)壁充氬氣保護(hù)的焊接方法進(jìn)行焊接。此工藝有利于打亂柱狀晶體的方向和雜質(zhì)的聚集，避免出現(xiàn)根部氧化及較大的內(nèi)應(yīng)力和偏析，減小晶間腐蝕，降低熱裂紋傾向。

2.2焊材選用

經(jīng)過(guò)焊接工藝評(píng)定，我公司采用617 合金類(lèi)鎳基合金材料焊接Super304H鋼。 617 類(lèi)鎳基合金焊材不僅具有良好的焊接工藝性能和抗焊接熱裂紋性能，焊縫金屬常溫力學(xué)性能，尤其是強(qiáng)度充分滿(mǎn)足母材的要求。

2.3焊接要求

1）為保證焊接時(shí)坡口兩側(cè)熔合良好，坡口形式應(yīng)按設(shè)計(jì)圖紙規(guī)定加工，單“V”型，坡口角度為30°～35°，鈍邊0.5～1mm，間隙2～3mm，間隙太小容易造成未焊透，間隙過(guò)大，填充金屬量大，焊接速度相對(duì)減慢，熱輸入量增加，從而造成合金元素?zé)龘p。

2）坡口的制備應(yīng)以機(jī)械加工的方法進(jìn)行。鋼件表面不允許暴露在火焰加工處，以免被碳污染，降低耐腐蝕能力。

3）焊接施工前，應(yīng)仔細(xì)檢查焊口對(duì)接質(zhì)量，坡口內(nèi)及邊緣20mm內(nèi)母材是否有裂紋或重皮，坡口是否符合圖紙要求，經(jīng)檢查合格后方可進(jìn)行施工。

4）焊件在組裝前應(yīng)用不銹鋼專(zhuān)用砂輪片或鋼絲刷清理打磨，將焊口表面及其附近（每側(cè)各15mm）母材內(nèi)、外壁的油、漆、銹、垢等清理干凈，直至發(fā)出金屬光澤，并確認(rèn)坡口內(nèi)無(wú)破損、毛刺等缺陷。尤其是外層氧化膜要打磨干凈。

5）管子對(duì)口時(shí)應(yīng)做到內(nèi)壁平齊，如有錯(cuò)口，其錯(cuò)口值不應(yīng)超過(guò)壁厚的10%，且不大于1mm。不得強(qiáng)力對(duì)口，盡可能減少安裝中因強(qiáng)力組對(duì)引起的附加應(yīng)力。

6）焊口局部間隙過(guò)大時(shí)，應(yīng)設(shè)法修整到規(guī)定尺寸，嚴(yán)禁在間隙內(nèi)加填塞物。

7）焊材應(yīng)存放于干燥、通風(fēng)良好、溫度大于5℃、相對(duì)空氣濕度小于60%的庫(kù)房?jī)?nèi)。焊材存放和領(lǐng)用應(yīng)與其他焊材分開(kāi)，以免被鐵銹污染。

8）由于奧氏體不銹鋼焊接收縮變形大，應(yīng)加強(qiáng)夾緊裝置和定位焊，以防止在焊接過(guò)程中產(chǎn)生變形和附加應(yīng)力。

9）氬弧焊焊接場(chǎng)地必須有可靠的防風(fēng)、防雨雪措施，以免影響氬氣的保護(hù)效果，確保焊接質(zhì)量。

10）焊接時(shí)，將鎢棒錐度磨成15°，較尖的鎢極電弧更集中，溫度集中有利于熔池形成和提高焊接速度，防止層間溫度過(guò)高。

11）手工鎢極氬弧焊打底時(shí)，焊縫背面要充氬保護(hù)，保證背面成型良好且防止合金元素的氧化、燒損?，F(xiàn)場(chǎng)充氬采用多層可溶紙封堵做成氣室，用φ8mm×1mm 的銅管，銅管前端鑿平封死且成楔子狀， 并在上面打φ1mm～1.5mm 的梅花狀密集小孔（越密越多越好，以有利于充氬效果保護(hù)）。

12）焊前不須預(yù)熱。

13）焊接時(shí)嚴(yán)禁在被焊工件表面引燃電弧、試驗(yàn)電流或隨意焊接臨時(shí)支撐物。防止工件坡口外有電弧擦傷母材痕跡。

14）定位焊時(shí)，所用焊接材料、焊接工藝、焊工等應(yīng)與正式施焊相同，并在定位焊后逐個(gè)檢查焊點(diǎn)質(zhì)量，如有缺陷應(yīng)立即清除，重新進(jìn)行點(diǎn)焊。定位焊點(diǎn)應(yīng)置于不影響視線(xiàn)、焊接質(zhì)量及便于操作之處。定位焊焊道厚度不宜過(guò)高，焊點(diǎn)兩端應(yīng)成緩坡形，以保證接頭質(zhì)量。

15）施焊時(shí)應(yīng)特別注意接頭和收弧的質(zhì)量，收弧時(shí)應(yīng)將熔池填滿(mǎn)。

16）施焊過(guò)程應(yīng)連續(xù)完成。若中斷再焊時(shí)，應(yīng)仔細(xì)檢查后，方可按照工藝要求繼續(xù)施焊。

17）打底焊層厚度不宜太薄，一般不小于2mm，既增加厚度又避免下層焊接時(shí)燒穿打底層。打底層焊縫焊完經(jīng)檢查后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行次層焊縫的焊接。焊層之間的表面氧化膜和表面浮渣應(yīng)清理干凈。

18）焊接過(guò)程中層間溫度嚴(yán)格控制在100 ℃以?xún)?nèi)，控制層間溫度和焊后溫度，盡量減少焊接接頭在450 ～ 850℃停留時(shí)間。敏化區(qū)溫度的停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)引起晶間腐蝕。

19）蓋面時(shí)要注意外表成形，按照驗(yàn)標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)，整體要?jiǎng)蚍Q(chēng)，焊縫與母材之間過(guò)渡要圓滑。為確保焊接接頭的耐腐蝕性能，焊縫表面應(yīng)光潔，無(wú)凸凹不平現(xiàn)象，殘?jiān)?、焊縫表面氧化物應(yīng)徹底清除，殘?jiān)蒙拜喆蚰?，焊縫表面氧化物用石英砂紙磨刷。

20）焊接過(guò)程中若出現(xiàn)氣孔、裂紋或夾鎢等缺陷要徹底清除缺陷，重新施焊，嚴(yán)禁用重復(fù)熔化焊道的方法來(lái)消除缺陷。

21）焊后不需要進(jìn)行熱處理。

3結(jié)論

總之，Super 304H鋼合金含量較高、熔池鐵水流動(dòng)性差、現(xiàn)場(chǎng)焊接位置困難等特點(diǎn)，因此焊接這種材料時(shí)，對(duì)焊接規(guī)范、焊工操作技能以及焊口組對(duì)的要求就更高、更嚴(yán)格。需做好以下幾點(diǎn)：

1）做好焊接工藝評(píng)定，選定合適的焊接工藝參數(shù)。

2）嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝，嚴(yán)格的控制層間溫度，控制焊接電流和焊道厚度，才能夠保證焊接質(zhì)量。

3）提高焊工的素質(zhì)，加強(qiáng)焊工的理論知識(shí)和操作技能培養(yǎng)和自我質(zhì)量意識(shí)，激發(fā)他們的積極性，創(chuàng)造性，不斷總結(jié)提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]張筑耀《采用鎳基合金焊材焊接超級(jí)304（Super 304H）鋼》2007.

[2]東電四公司焊接工藝評(píng)定.

（作者單位：中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)東北電力第一工程有限公司）