發(fā)布時間(jiān)：2015-08-08 18:03:42   浏覽次數：2445

在電站鍋爐焊接生産實踐過程中，出現瞭(le)許多焊接耐熱合金鋼的特殊焊接質量問題，通過焊接基本原理分析，發現瞭(le)許多可以解決上述焊接質量問題的新方法，實際應用效果比較好。爲此
，本文重點介紹一些電站設備(bèi)制造廠焊接耐熱合金鋼的焊接新工藝和創新焊接技術。

爲瞭(le)便於(yú)叙述，本文将優化焊接結構、焊材、焊後工藝、焊接操作、焊接熱規範、焊後熱處理等新方法和技術措施統稱爲創新焊接技術。創新焊接技術可以用於(yú)防止焊接裂紋，提高焊接接頭沖擊韌度，提高焊接接頭的使用性能，提高焊接接頭使用壽命，防止焊接接頭高溫長期運行早期失效。

1 國(guó)外焊接新工藝試(shì)驗

目前國外呈現很多應用於(yú)加氫反應器、電(diàn)站鍋爐用新型耐熱鋼等方面的焊接新工藝試驗，本文以德國蒂伯公司在這兩方面的焊接新工藝試驗爲例簡要介紹。

1.1 德國蒂伯公司制造加氫反應器設備(bèi)用2.25Cr-1Mo鋼(gāng)的焊接新工藝

在加氫反應器設備制造過程中，特别重視焊接接頭的沖擊韌度和回火脆化問題，德國蒂伯公司已經開發出瞭(le)高韌性焊接材料和焊接方法，正在開發降低焊後熱處理溫度
、提高焊縫沖擊韌度的焊接新方法和焊接新工藝，其中焊接新工藝可以**降低焊後熱處理溫度，而且保持比較高的焊縫低溫沖擊韌度，採(cǎi)用焊接新工藝可以進一步提高2.25Cr-1MoV鋼的焊縫沖擊韌度，降低脆性轉變溫度，還可以**提高焊縫低溫沖擊韌度，降低脆性轉變溫度。盡管焊後熱處理溫度降低40℃，仍然具有比較高的沖擊韌度和比較低的脆性轉變溫度。

1.2 德國蒂伯公司電(diàn)站鍋爐用新型耐熱鋼(gāng)的焊接新工藝

採(cǎi)用TIG方法焊接T/P23鋼的焊縫沖擊韌度比較高，即使不預熱，焊後不進行熱處理的焊縫沖擊韌度也非常高。雖然經過預熱焊接和焊後熱處理之後的SMAW和SAW焊縫沖擊韌度有所提高，但仍然大大低於(yú)TIG焊态的沖擊韌度。

與焊接T/P23鋼相似，採(cǎi)用TIG焊方法焊接T/P24鋼，焊縫和焊接熱影響區的沖(chōng)擊韌度都比較高。适當進行焊後熱處理，可以**提高SMAW、SAW焊縫和焊接熱影響區的沖(chōng)擊韌度
。大口徑管焊接工藝評定試樣的焊縫和焊接熱影響區的沖(chōng)擊韌度與母材的沖(chōng)擊韌度相當。

雖然焊接接頭性能和沖(chōng)擊韌度都比較滿意，但是，國内外焊接生産(chǎn)經驗證明，用T23、T24鋼制造水冷壁時容易發生焊接裂紋和再熱裂紋，T23懸吊管曾經發生脆斷，必須引起重視。焊接試驗和焊接生産(chǎn)經驗都說明，有必要進一步開發T/P23、T/P24鋼的不預熱、不熱處理、無裂紋、高韌性創新焊接技術。

採(cǎi)用焊接新工藝之後，焊縫沖擊韌度有所提高，但是，SMAW，SAW焊縫的沖擊韌度仍低於(yú)GTAW和母材的沖擊韌度
，還有待於(yú)開發創新焊接技術，進一步提高焊縫和焊接熱影響區的沖擊韌度，以便達到母材的高水平沖擊韌度
。

2 國(guó)内創(chuàng)新焊接技術試驗與應用

上世紀70年代初，我國就已經採(cǎi)用F11/F12馬氏體耐熱鋼制造電站鍋爐，*初採(cǎi)用國外焊接工藝，鍋爐制造和運行過程中曾經發生焊接裂紋、焊縫脆化、早期失效等許多焊接質量問題。後來採(cǎi)用“創(chuàng)新焊接技術”焊接F11/F12鋼集箱、管道和小口徑管，效果非常好
。主要創(chuàng)新焊接技術如下：

① 高匹配、不預熱焊接F11小口徑管（同種鋼(gāng)和異種鋼(gāng)）焊口，不産(chǎn)生焊接裂紋。

② 無内保護的TIG打底焊，不産(chǎn)生内部氣孔、裂紋、氧化和過(guò)燒。

③ 可以**提高大口徑管對接焊口沖擊韌度的新技術，按原工藝焊接産(chǎn)品見證件的焊縫沖擊韌度<10J，採(cǎi)用創新焊接技術之後，焊縫沖擊韌度提高到>90J。

④ 異種鋼焊口有明顯碳遷移，但是，蠕變(biàn)試驗和長期運行後取樣分析證明，在高溫長期運行條件下，脫碳層(céng)逐漸消失，不降低長期運行蠕變(biàn)斷裂強度和使用壽命，不發生發生早期失效。主蒸汽F11+15Cr1Mo1V異種鋼焊口爆管的失效分析結果證明，爆管的主要原因與脫碳層(céng)無關，異種鋼焊口爆管的真正原因是再熱裂紋和結構應力集中。

⑤ 上海鍋爐廠(chǎng)有十多台300MW電站鍋爐採(cǎi)用F11馬氏體耐熱鋼，採(cǎi)用創新焊接技術之後，全部F11焊口在鍋爐制造廠(chǎng)施工過程中未再發現焊接氣孔和焊接裂紋。焊接見證件的力學性能、沖擊韌度、焊接接頭硬度都非常滿意。

⑥ 採(cǎi)用創新焊接技術可以**提高鍋爐廠(chǎng)焊口的壽命，安全運行30年無事故，未發生焊接質量事故。採(cǎi)用國外焊接技術焊接的異種鋼焊口中，已有十多個F11異種鋼焊口運行2萬-8萬h發生斷裂或者洩漏。

上海鍋爐廠原採(cǎi)用國外焊接工藝達不到産品焊接技術要求，多次發生焊接裂紋，産品見證件的沖擊韌度<10J。後來進行26次焊材和焊接工藝評定對比試驗，均證明“創新焊接技術”優於(yú)當時外國公司提供的焊接工藝。

3 不預熱焊條的開(kāi)發(fā)與應用

根據F11/F12鋼的焊接經驗，開發(fā)出多種可以不預熱焊接電(diàn)站鍋爐用鋼的電(diàn)焊條（J507L、J507MoWV、R307L、R317L、R407L、R817L），其中應用比較多的是J507L焊條和不預熱焊接12Cr1MoV鋼的R317L焊條。

採(cǎi)用R317L焊條，焊縫和熱影響區的沖(chōng)擊韌度都比較高，即使不預熱不熱處理焊接，焊縫和焊接熱影響區的沖(chōng)擊韌度也能達到相關焊接技術标準要求，特别值得注意的是焊接熱影響區的焊态沖(chōng)擊韌度非常高。

三種類型焊接工藝評定的焊縫常溫機械性能區别不太大，沖(chōng)擊韌度有比較大的區别。採(cǎi)用創新焊接技術之後，焊縫和焊接熱影響區沖(chōng)擊韌度有**提高，焊接熱影響區沖(chōng)擊韌度可以達到母材沖(chōng)擊韌度的相同水平。　　由焊接工藝評定試驗結果可見，焊接工藝評定試樣相同，焊接工藝、化學成分、抗拉強度、屈服強度、冷彎角、硬度、金相組織均無明顯差别，但是焊縫和焊接熱影響區沖(chōng)擊韌度有**差别（兩者焊縫的沖(chōng)擊韌度相差4-5倍，焊接熱影響區的沖(chōng)擊韌度相差30%）。由此可見，創新焊接技術對焊縫的沖(chōng)擊韌度的影響非常大，對焊接熱影響區的沖(chōng)擊韌度也有一定的影響。特别值得注意的是母材、焊縫、熱影響區的硬度和沖(chōng)擊韌度非常均勻。

以上焊接實例充分說明，在電站鍋爐制造過程中，採(cǎi)用創(chuàng)新焊接技術的優點如下：

① 可以不預熱(rè)焊接，不産(chǎn)生焊接裂紋。

② 可以**提高焊縫(fèng)和焊接熱影響區的沖(chōng)擊韌度。

③ 可以實現耐熱鋼(gāng)不熱處(chù)理焊接。

④ 可以**提高耐熱(rè)鋼(gāng)焊接接頭的高溫運行壽命。

4 試驗小結

随著(zhe)控軋控冷鋼
、微合金化鋼
、低碳馬氏體鋼、低碳貝氏體鋼、新型馬氏體耐熱鋼的出現，鋼材強度、焊接性和沖擊韌度有瞭(le)**提高，相比之下，焊接技術、焊接試驗方法和焊接基本理論都比較落後，盡管嚴格加強焊接管理，也有時發生焊接裂紋和焊接接頭早期失效，急待開發和應用創新焊接技術。

在焊接生産實踐中，發現瞭(le)可以解決合金鋼焊接質量難題的新途徑，開發一系列創新焊接技術，可以**降低焊接裂紋敏感性，提高焊縫和焊接熱影響區的沖擊韌度和蠕變(biàn)斷裂強度，從而杜絕服役過程中焊縫和焊接熱影響區發生早期失效。

創新焊接技術具有擴散氫低、焊接應力低、焊縫金相組織細化、蠕變(biàn)斷裂強度高
、焊縫和焊接熱影響區的硬度低等特點。即使是*難焊接F11/F12馬氏體耐熱鋼，採(cǎi)用創新焊接技術之後，在焊接生産過程中也未再發現焊接裂紋，焊接接頭近30年服役過程中未發生早期失效，甚至不預熱/不熱處理焊接的厚壁集箱管座角焊縫，也具有非常高的抗沖擊脆斷性能。

採(cǎi)用創新焊接技術焊接F11/F12與珠光體耐熱鋼的異種鋼焊口，雖然有明顯的碳遷移，但是，在焊接生産(chǎn)和服役過程中，未發現焊接裂紋和早期失效。

試驗表明：創(chuàng)新焊接技術不僅适用於(yú)耐熱鋼，也适用於(yú)其他合金鋼焊接。

5 建議

建議開(kāi)展以下創(chuàng)新焊接新技術應用課題研究：

① 合金鋼(gāng)焊接新技術的研究與應用（開發(fā)超低氫、無裂紋、組織細化、低硬度、高韌性、高溫運行“不失效”的焊接新材料和新工藝）；

② 1%-12%Cr耐熱鋼(gāng)的不預熱、不熱處(chù)理的焊接新技術研究與應用；

③ 低合金結構鋼(gāng)、高強鋼(gāng)不預熱/不熱處(chù)理的焊接新技術研究與應用；

④ 低合金結構(gòu)鋼(gāng)、耐熱鋼(gāng)的“高韌性”焊接新技術研究與應用；

⑤ 異種耐熱(rè)鋼(gāng)焊接新技術研究與應用；

⑥ 耐熱(rè)鋼(gāng)焊接接頭“無早期失效”的焊接新技術研究與應用；

⑦ 焊接裂紋、異種鋼(gāng)碳遷移、組織脆化、沖(chōng)擊韌度、焊接接頭早期失效的機理分析。

6 展望

随著(zhe)國外鋼材和焊接技術的發展，我國焊接技術也有瞭(le)迅速提高，新型耐熱鋼的大量應用，積累瞭(le)許多寶貴的焊接經驗，發現瞭(le)許多創新焊接技術，同時也發現瞭(le)一些焊接新問題，例如主蒸汽管道微裂紋和早期失效、Ⅳ型蠕變裂紋、T23膜式壁焊接裂紋和焊接脆化、集箱焊縫表面裂紋、焊接接頭脆化和早期失效、密封罩、熱電偶管座焊縫早期失效等焊接新問題，需要焊接工作者採用創新焊接技術加以解決。