SA213-T23钢小径管的焊接技术总结.doc

SA213-T23钢小径管的焊接技术总结孟现东山东电力建设第二工程公司摘要 介绍了工程中焊接SA213-T23钢小径管遇到的质量问题及其采取的焊接工艺措施和方法，对其焊接性能进行了探讨，为今后施工过程中焊接该钢种提供一些借鉴。关键词 T23钢 小径管 焊接 质量 技术1 前言SA213-T23钢是近年日本新研制的钢种，具有较好的抗高温氧化性，越来越的被应用到超临界机组锅炉中，锅炉过热器及再热器都涉及到了该钢种的焊接。由于该钢种的出现时间不长，其焊接工艺和焊接性能都不够成熟，现场实际焊接质量不够理想，低于质量目标。为此，我公司组织了相关技术人员和焊工，成立了攻关小组。经过一段时间的实践，成功解决了焊接SA213-T23钢所碰到的质量问题，使焊接检验一次合格率提高，确保了工程质量。2 现场情况防城港电厂600MW超临界机组工程，锅炉末级再热器进口集箱焊口，材质为SA213-T23钢，共33片管排，每片18只焊口，管子规格为76.24.66mm和63.54.66mm，管排间距离为150mm，管壁间距20-30mm，示意图见图1图1 末级再热器进口集箱3 焊接问题及原因分析31 T23钢及焊接材料化学成分锅炉末级再热器使用的SA213-T23钢属于2.25Cr-1.6W-Mo系列钢，化学成分见表1表1 T23钢化学成分元素CMnSiCrMoVWNiNbSP含量（%）0.040.100.10.60.501.92.60.050.300.200.301.451.750.030.020.080.010.03焊接方法采用手工钨极氩弧焊（GTAW），焊接材料为德国伯乐蒂森的焊丝Union-ICr2WV，规格2.4mm，化学成分见表2表2 Union-ICr2WV焊丝化学成分元素CMnSiCrMoVWNiNbNB含量（%）0.180.540.272.140.080.211.580.040.0310.0110.00232 T23钢TIG焊接工艺参数（见表3）表3 T23钢TIG焊接工艺参数焊接极性焊接厚度（mm）焊前预热（）焊接电流（A）焊接电压（V）保护气体气体流量正面背面直流正接1.61715070120812Ar810/33 焊接质量问题及产生原因焊前预热150，背面无氩气保护，焊后不进行热处理，按照这种工艺，经外观检验合格后，射线检验一次合格率不理想，其焊接缺陷主要是根部未焊透和根部过烧。331 化学成分的影响 由表2及表4比较可知，SA213-T23钢化学成分与国产的12Cr2MoWVTiB钢102相近，其化学成分见表四 表4 12Cr2MoWVTiB钢化学成分元素CMnSiCrMoVWTiBSP含量（%）0.080.150.40.650.751.62.10.50.650.280.420.300.550.080.180.0080.0350.035按DL/T869-2004火电发电厂焊接技术规程分类，该两种钢均属于贝氏体钢，SA213-T23钢与钢102比较，主要合金元素：Cr、Mo、V的含量差别不大，但该钢含W量为1.45%1.75%，是钢102含W量的34倍。在耐热钢中Cr、Mo、V、W等合金元素，通过复合强化方式，使刚才具有较好的高温强度和高温抗氧化性，W是高熔点金属，能够提高钢的在结晶温度，提高钢的热强性。但是随着其合金含量的增加，其焊接性能明显变差，液态金属的粘度变大，流动性不好，给焊接操作带来困难。另外，由于管排的管与管之间仅有20mm的间隙，焊接位置困难（图2），焊接时稍不注意就会产生未焊透缺陷。图2 末级再热器管排示意图332 焊缝过烧产生原因 焊缝合金含量较高时，在焊接过程中，在与大气接触时易被氧化。钢102合金总含量约5.3%，达到中合金含量，以往焊接也出现过焊缝根部背面烧焦现象，经过不断总结经验和改进操作方法，已经克服了这方面的问题。由于新钢种SA213-T23钢的含W量比钢102大幅度增加，使钢材合金的含量也增加了1/5。电力建设施工及验收技术规范要求：中、高合金钢（含Cr量3%或合金总含量5%）焊口为防止根部氧化，焊接时内壁应充氩气进行保护。SA213-T23钢含Cr量为2.6%，未超过该标准，但合金总含量为6.18%，已经超过了合金总含量5%的标准，采用不充氩保护工艺焊接SA213-T23钢，工艺参数控制不好，就很容易产生氧化烧焦现象。 综上所述可知，SA213-T23钢合金含量较高，熔池铁水流动性较差、焊接位置困难等。因此，焊接这种材料时，对焊接规范、焊工操作技能以及焊口组对的要求就更高、更严格。4 工艺措施41 严格对口质量要求411 坡口组对 坡口角度300350，钝边0.51mm，间隙23mm，间隙太小容易造成未焊透，间隙过大，填充金属量大，焊接速度相对减慢，温度升高，容易导致背面烧焦。412 坡口清理 管口在组对前应对母材内外壁每侧1015mm范围内的油、水、漆、锈等清理干净，直到露出金属光泽。42 选择合理的焊接电流 焊接电流是影响焊接质量的关键因素之一，电流过小，缺少足够的焊接线能量，不能使坡口两侧母材充分熔化，形成未焊透。电流过大，焊接热输入量过大，熔池温度过高容易产生过烧。对于该类存在烧焦现象的合金钢的焊接，焊接电流控制的范围应偏小。规格不同焊接电流也要不同，经摸索比较，对于壁厚在46mm之间的焊口，焊接电流在100120A时较容易操作，焊接缺陷出现的几率比较小。同时，打底电流与盖面时的电流也要有区别，一般打底时电流控制在110115A之间，盖面时电流控制在90105A之间，这样有利于层间温度的控制，从而减少根部合金元素烧损的可能性。43 预热温度 通过德国伯乐蒂森公司关于SA213-T23钢预热温度的要求，结合DL/T-2004火电发电厂焊接技术规程对于2-1/2Cr-1Mo钢预热要求，预热温度选择在15002000范围内。4 4 层间温度 小径管焊接过程，因热量不易散失，焊口温度容易升高，层间温度过高，使接头金属晶粒长大，甚至出现过烧，SA213-T23钢层间温度一般控制在15003500之间。4 5 背面氩气保护 当合金含量达到一定的时候，背面采取充氩保护对根部的焊接质量是有很大的保障。虽然德国伯乐蒂森公司关于SA213-T23钢，背面可以不需要冲氩保护。但是在焊接过程中，根部往往会出现不同程度的烧焦现象，说明我们的焊工的操作习惯一时还不能适应该钢种的焊接工艺要求。因此，在施工过程中我们建议锅炉再热器的焊接中采用背面冲氩保护措施，保证焊口根部的焊接质量。但是，经过多次实践证明，采用背面不冲氩保护工艺在现场施工焊接过程中也是可行的，主要是要控制好焊接的工艺参数（电流、电压等），并且要用水平高的，有一定实际操作经验的焊工进行焊接。也能有效保证焊口根部的焊接质量。46 改进操作技术461铈钨棒锥度磨成150，较尖的钨极电弧更集中，温度集中有利于熔池成形和提高焊接速度，防止根部未焊透。462施焊时，熔池形成后马上加焊丝，向前移动，采用连续加丝法。463条件允许，用机械将接头位置的焊缝加工成斜坡状，利于接头焊透。464焊道分布要合理，采用多层焊，焊层安排见图3，焊层厚度不宜太厚，以减少焊缝的热输入量，降低熔池的温度，避免根部重新熔化导致烧焦。图3 =4.66焊层设计示意图5 焊接工艺的实施51 焊接方法 手工钨极氩弧焊，直流正接法。52 焊接材料 德国伯乐蒂森的焊丝Union-ICr2WV，规格2.4mm，化学成分见表2，氩气纯度99.95%。53 焊接设备 山大华天奥太ZX7-400STG逆变焊机。54 坡口准备 坡口的形式为单“V”型，角度为300350，钝边0.51mm，间隙23mm，示意见图4图4 坡口形式、尺寸示意55 坡口清理 管口在组对前应对母材内外壁每侧1015mm范围内的油、水、漆、锈等清理干净，直到露出金属光泽。56 预热温度及层间温度 预热采取火焰加热，温度为15002000，层间温度为15003500，用红外线侧温仪监测。57 焊后热处理 焊后不进行热处理，用保温材料包裹缓冷至室温。58 焊接参数表5 T23钢焊接工艺参数规格层道数焊接电流（A）焊接电压（V）焊接速度（mm/min）氩气流量（L）背面氩气流量（L）63.54.66mm第一层1101151013355081034第二层901101013355059 焊层设计 采用多层焊接，根部焊缝不宜焊的太薄，也不宜焊的太厚，根部焊层太薄，在焊接底二层时，尤其是在背面不充氩保护时，容易把根部烧穿或重新熔化，形成根部烧焦；根部焊的太厚，热输入量增加，熔池温度过高，也会形成根部烧焦，根部焊层厚度宜控制在23mm，其余焊道宜控制在1.52.5mm的厚度范围内。6 焊接质量采用以上焊接工艺，焊接了两台锅炉末级过热器联箱焊口，经无损检验后，焊接一次合格率为 98.6%，锅炉水压一次性成功，没有出现焊接质量问题7 结论71 采用一定的焊前预热温度，严格控制层间温度，控制焊接电流和焊道厚度的焊接工艺，是能