新型耐热钢SA213-T92钢的焊接工艺浅析
青海火电工程公司 宋仁明 罗启云
［摘要］ 本文主要介绍了SA213-T92钢火力发电机组中焊接工艺及方法。通过近年来我国大型、高效、环保型火力发电燃煤机组的不断发展和我公司承接的660MW超超临界机组工程安装中积累的丰富实践经验、数据和技术资料，对新型耐热钢SA213-T92的焊接工艺方法进行了分析与探讨。
［关键词］ 新型耐热钢SA213-T92；焊接工艺；浅析
1 引 言
为了适应我国大型、高效、环保型超（超）临界火电燃煤机组建设发展的需要，我公司开展了针对SA213- T92钢的焊接试验研究工作，对SA213 -T92钢的焊接性能，做了充分的研究和分析，制定了详细的焊接工艺评定方案，进行了工艺评定工作。通过SA 213-T92钢的评定工作，积累了丰富的经验和数据资料。依据评定方案进行了超超临界火电机组过热器系统SA213 -T92钢的焊接，得到成功的应用。
2 SA213-T92钢焊接工艺原理
SA213-T92钢是在SA213-T91钢的基础上加入了1.7%的钨（W），同时钼（Mo）含量降低至0.5%，用钒、铌元素合金化并控制硼和氮元素含量的高合金铁素体耐热钢，通过加入W元素，显著提高了钢材的高温蠕变断裂强度。在焊接方面，除了有相应的焊接材料，并由于W是铁素体形成元素, 焊缝的冲击韧性有所下降外，其余对预热、层间温度、焊接线能量，待马氏体完全转变后随即进行焊后热处理以及热处理温度、恒温时间两种钢的要求都是比较相近的。
2.1 SA213-T92钢具有优良的常温及高温力学性能。通过加入W元素，显著提高了钢材的高温蠕变断裂强度，SA 213-T92钢的工作温度可达630℃。SA 213-T92钢的化学成分和常温机械性能如表1和表2所示。
2.2 SA213-T92钢中碳的含量保持在一个较低的水平是为了保证最佳的加工性能，高温蠕变断裂强度非常高，抗腐蚀性能好，提高了耐热钢的工作温度，减少了钢材的厚度，降低了钢材的消耗量，降低了管道热应力。
2.3 用于替代电厂锅炉的过热器和再热器的不锈钢，用于极苛刻蒸汽条件下的集箱和蒸汽管道，其热传导和膨胀系数也远优于奥氏体不锈钢。
2.4 由于SA213-T92钢的含碳量低于T91 钢材，是低碳马氏体钢，须在马氏体组织区焊接，其预热温度和层间温度可以大大降低，据国外资料研究，通过斜Y型焊接裂纹试验法测定的止裂预热温度为100~250℃。
3 SA213-T92钢焊接施工工艺流程及操作要点
3.1 施工工艺流程
施工工艺流程如图1所示。
3.2 操作要点
3.2.1 SA213-T92钢焊接工艺采用：GTAW+SMAW
焊接焊丝采用MTS616﹝型号为：ER90S-G（~B9）﹞，焊条采用MTS616 ﹝型号为：ER9015-G（~B9mod），进行两层氩弧焊打底，氩弧焊打底及焊条填充第1层（道）时，为防止焊缝根部氧化，焊缝背面必须进行充氩保护。焊接工艺参数见表3。
3.2.2 对口前检查
3.2.2.1 坡口尺寸和对口间隙应符合《火力发电厂焊接技术规范》（DL/T 869-2004）。坡口的制作应保证焊口质量，便于焊接操作，在坡口允许角度范围内，应尽量减小坡口角度，促使填充金属量减少。
3.2.2.2 坡口的制备以机械加工的方法进行。如使用火焰切割切制坡口，则应消除淬火层，并将割口表面的氧化物、熔渣及飞溅物清理干净，并将不平处修理平整。
3.2.2.3 对口前应将坡口表面及附近母材内、外壁10~15mm范围内的油、漆、垢、锈等清理干净，直至发出金属光泽。
3.2.2.4 对口前应认真检查坡口及其边缘20mm范围内有无不允许的缺陷（裂纹、重皮等），确认无缺陷后方可施焊。
3.2.3 设置充氩装置
3.2.3.1 充氩工具如图2所示。可先在对口前，在焊口每侧使用贴粘两层水溶纸，焊口间隙用耐高温胶带粘牢，充氩可使用φ6mm×1.5mm的铜管，将铜管的一端加工成宽度为8mm，厚度为3mm的扁状体，再用φ1mm的钻头在上面钻4~6个小孔，保证充氩时气体流量均匀。然后将其插入焊缝坡口内充氩。
3.2.3.2 根层及近根层焊接时，管内必须进行充氩保护，一般应持续2层以上。
3.2.4 对口检查
3.2.4.1 对口前应确认充氩用气室密封性完好。
3.2.4.2 焊缝对口时一般应做到内壁齐平，如有错口，其错口值不超过壁厚的10%，且不大于1mm。
3.2.4.3 对接管口端面应与管子中心线垂直，其偏斜度Δf不大于0.5mm。
3.2.4.4 管子对口弯折的偏差值不大于1/100。
3.2.4.5 对口间隙一般为2~3mm。
3.2.5 焊口点固
3.2.5.1 点固采用GTAW方法，除坡口表面应清理出金属光泽以外，使用的焊丝表面也要用砂布清理干净，最后再用干布擦拭一次。
3.2.5.2 点固前应在试管两侧中间用弱火焰预热至100~150℃，然后点固再保温缓冷，避免点固点冷却速度过快出现裂纹。点固材料、焊接工艺、焊工资质与正式施焊相同。焊口点固完成后应检查点焊处，若发现缺陷应及时用机械方法铲除、打磨后重新进行焊接。严禁在管子表面试验电流、乱引弧或任意焊接临时支撑物。
3.2.5.3 起弧点固前，可开大氩气流量10~15L/min，10~20s，再起弧把氩气流量恢复到8~12L/min正常值，再开始点固焊接。
3.2.5.4 点固长度10~15mm，厚度2.5 ~3mm，点固位置以焊工方便为主。
3.2.5.5 收弧时可采用回焊划圈加丝衰减熄弧，延缓约10s停气，以便保证点固点焊缝的质量。
3.2.6 焊前预热
3.2.6.1 焊前预热可采用电加热或者弱火焰预热，预热温度为100~150℃, 恒温3~5min。
3.2.6.2 在焊接前，必须确保最低预热温度。
3.2.6.3 焊接过程中，层间温度应始终保持不低于规定的预热温度的下限, 且不高于最高层温度的上限。
3.2.7 充氩
3.2.7.1 充氩前，将焊口处用耐高温胶带全部封上，待充氩一段时间后，撕开准备焊接的部位，用打火机等方法，测试氩气是否充满密封气室。确认充满后，方可氩弧焊打底。
3.2.7.2 充氩时氩气流量控制在6~8L /min，开始一刹那可加大氩气流量10 ~15L/min，在氩弧焊施焊开始后，充氩流量应马上恢复正常流量。
3.2.7.3 在氩弧焊打底过程中，应经常检查气室中氩气的充满程度，随时调节充氩流量。
3.2.7.4 氩弧焊施焊临近结束时，即氩弧焊封口时，由于气室内氩气均从此口冲出，因此，应减小充氩流量。
3.2.8 氩弧焊打底
3.2.8.1 焊丝选用MTS616 φ2.4mm，具体焊接参数参见表3。
3.2.8.2 引弧时应提前1.5~4s输送氩气, 排除氩气输送软管内及焊口处的空气；熄弧后，应适当延时5~15s熄气，保护尚未冷却的焊丝及熔池，降低焊缝表面氧化程度。
3.2.8.3 氩弧焊打底过程中，用聚光手电筒仔细检查根部焊缝，确保根部无缺陷，打底完成并经目测检查合格后，立即进行次层的焊接。
3.2.8.4 氩弧焊打底2层，每层厚度应为2.4~3mm，层间温度宜控制在200~ 250℃。
3.2.8.5 为提高氩弧焊打底的质量，根部采用摇摆滚动焊的工艺。
3.2.9 层间及盖面焊接
3.2.9.1 层间与盖面焊采用焊条电弧焊（SMAW）方法；焊条选用MTS616 φ2.5mm，具体焊接参数参见表3。
3.2.9.2 焊缝宜采用二人对称焊。
3.2.9.3 施焊过程中应始终保持层间温度为200~250℃。
3.2.9.4 施焊时，应严格控制线能量, 不能超过20kJ/cm。
3.2.9.5 单层焊道的厚度不大于所用焊条直径，尽可能采用窄道焊。
3.2.9.6 多层多道焊接头应错开，严禁同时在一处收弧，以免局部温度过高影响施焊质量。
3.2.9.7 焊接过程中应将每层焊道接头错开10~15mm，同时注意尽量焊得平滑，便于层间焊渣清理和避免出现死角。每层（道）焊缝焊接完毕后，应用磨光机或钢丝刷等将焊渣、飞溅等杂物清理干净，经自检合格后，方可焊接次层。
3.2.9.8 焊接过程中，认真观察熔化状态，应特别注意焊接接头和收弧质量，收弧时应将熔池填满，以避免出现弧坑裂纹。
3.2.9.9 施焊过程中严禁外力撞击或加载到管段上。
3.2.10 焊后自检
3.2.10.1 焊口焊接完成后，应及时将焊缝表面的焊渣、飞溅物等清理干净，对超标的外观缺陷进行打磨、补焊，补焊时的工艺要求与焊接时相同, 并且在同一位置上的挖补次数一般不得超过2次。
3.2.10.2 自检合格后应及时填报焊接自检记录表，以利于下道工序的进行。
3.2.11 焊后热处理
3.2.11.1 焊后热处理和后热处理的加热方法、加热范围、保温要求和测温要求等按照《火力发电厂焊接热处理技术规程》（DL/T819-2002）有关规定执行。
3.2.11.2 对于SA213-T92钢，在焊接过程被迫停止或焊后未能及时进行热处理，应在200~300℃的温度范围内停留10min才可在保温中自冷。重新焊接时，按照原工艺要求进行施焊。
3.2.11.3 SA213-T92钢小径管其壁厚≤10mm范围内，每增加1mm，恒温时间最少延长10min，如壁厚＞10mm，另行制定其他热处理工艺。
3.2.11.4 SA213-T92钢小径管焊缝可保温缓冷到室温后24h内进行回火热处理。
4 结束语
SA213-T92钢厚壁管焊接施工工程中的实践应用，证明施工全过程处于安全、稳定、高效、优质的可控状态, 有效地克服困难位置、充氩方法不当所造成的焊缝层间未熔合和气孔等缺陷。使工程质量优良率达100%，无安全生产和质量事故发生，得到了各方的一致好评。
参考文献
[1] 杨富,章应霖等编著.新型耐热钢焊接. 北京: 中国电力出版社出版.2007
[2] 青海火电工程公司. SA213-T92钢焊接工艺评定. 2008
摘自《现代焊接》杂志2010年12月刊