摘要：随着大容量高参数机组的逐渐发展，高温过热器、高温再热器等部件上应用的HR3C、SUPER304等高合金耐热钢应用越来越多。该类不锈钢易出现裂纹、接头内凹等问题。
关键词：HR3C；焊接接头；根部缺陷
1 引言
目前我国火电建设的主力机组是超临界或超超临界600MW、超超临界1000MW机组，此类机组具有蒸汽参数高、热效率优、环保指标领先等优点。在超超临界机组中的高温过热器、高温再热器大量采用HR3C、SA213-SUPER304H等新型耐热钢。HR3C（SA213-TP310HCbN）是由日本SUMITOMO 在SA213-TP310H基础上研制开发的新型不锈钢，添加了0.20～0.60%的Nb和0.15～0.35%的N，在时效过程中析出非常细小而且特别稳定NbCrN氮化物，组织稳定，大大提高了蠕变断裂强度，同时微量的N抑制σ相的形成，改善韧性，使得HR3C钢高温抗腐蚀性能（抗蒸汽氧化性能）良好，高温性能却大大提高。SUPER304H 是日本住友金属株式会社和三菱重工开发出来的一种新型的的18－8 型奥氏体不锈钢，由于细铜相的沉淀强化作用和Nb成分的掺加，增强了Super304H的蠕变断裂强度，在高温下具有优良的机械性能和抗蒸汽氧化和耐高温腐蚀的性能。
2 工程概况
在我公司承建的某百万机组中，高温过热器、高温再热器大量使用HR3C（SA213-TP310HCbN）、SA213-SUPER304H-SB两种材质。工程位于广东沿海，施工期为1-4月份，正值本地区少雨时期，气温在20℃左右，是本地区施工作业黄金时期。
高温过热器共有68片 U形管组，片中心间距510mm，每片有16根管，管中心距51mm；进口段材质为SA213-SUPER304H-SB，规格为Φ42×7；出口段材质为HR3C（SA213-TP310HCbN），规格为Φ42×8.5。
高温再热器共有137片U形管组，片中心间距255mm，每片有8根管，管中心距114mm；进口段材质为SA213-SUPER304H-SB，规格为Φ57×4；出口段材质为HR3C（SA213-TP310HCbN），规格为Φ57×8、Φ63.5×9、Φ57×4.5。
我们按照焊接工艺相关要求采购日本住友所产焊丝YT-HR3C、YT-304H，此焊丝已经在以往百万机组中应用。
在焊工考试、焊前模拟练习时按照实际位置情况进行，采用水溶纸塞管坡口处充氩方式对根部进行保护，焊工考试试件、模拟试件无损探伤均合格。焊工反应焊丝焊接性能较好，但是铁水流动性较差。
3焊接施工及应用
高温过热器、高温再热器都是成组吊装，在吊装过半后开始进行安装焊接，管组密集，施工位置狭小，焊口对口时将管组整体上拉，焊口挨个组对，两名焊工为一组在管排两侧进行焊接作业。管排上拉前在管口内塞水溶纸做保护气室，由于管口内径狭小，故先将水溶纸团成团然后捣入管口，深度约为10cm。
针对焊丝熔化后铁水粘性大、流动性差容易导致内凹的风险，故在工艺要求及交底中对焊道厚度、坡口间隙都进行了严格要求，要求适当增加焊接电流，提高打底层接头部位温度等工艺要求。
在施工头两天没对焊工都施工少量焊口晚间进行射线检测，发现少量根部内凹缺陷，后续几天每天都有内凹缺陷，比例约10%～15%，于是我们组织技术员、质检员及施焊焊工召开问题分析会，经过观看底片对比现场确定根部内凹都是出现在根部最后封口处。经过大家集思广益，确定问题影响因素有以下几项：
1、由于充氩保护气室依赖水溶纸封堵，水溶纸塞入管子深度决定气室体积，气室体积小节省氩气容易提高气体纯度但停气后氩气散失快保护效果差，体积大浪费氩气气体杂气替换难度大但是在停气后保护时间长，所以水溶纸塞入深度可能太深。
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2、由于水溶纸塞入管子时为防止掉落必须有一定的密实，导致氩气无法散逸；
3、由于拔出充氩管后根部封口时由于内部氩气受热压力增大，导致熔池外鼓产生根部内凹。
分析问题成因，主要是管内氩气在根部封口的几秒时间内氩气由于受热体积膨胀且无散逸途径将熔池外压，同时由于HR3C、SUPER304H熔化铁水流动性较差，熔池冷却后导致根部内凹。
可为什么在模拟练习阶段没有出现类似问题呢，随后大家进行分析：在培训间内模拟练习时气室制作方式及充氩方式一致，焊接参数一致，管子分布类似，但先将整排管子先点固好后再进行焊接作业，操作空间比较宽敞，焊工操作时间比较宽裕，管子之间焊接间隔时间较长，根部封口时管内氩气已经散失一部分，封口时管内氩气受热压力升高有限不足以压迫熔池。施工时是一个管子打底完后再点焊下一个管子，焊工拔出充氩管后进行封口停留时间由焊工自行掌握，时间长短不一，这也与少部分出现内凹大部分未出现相互印证。
综合分析，可以确定要解决问题可以从两个方面解决：增加气室内氩气散逸途径避免封口最后阶段升压或在拔出充氩管到封口停留一段时间使气室内氩气散逸一部分。
针对焊工反映的等待时机不容易把握，我们是否可以采取简便的方法呢。于是我们想到了在水溶纸上增加散气孔，组织相关人员进行试验。在培训间模拟试件上，采用几种方式进行对比试验：
1是将一根外径约3mm塑料吸管贴着管内壁放置，然后将水溶纸团捣入管子，两头通气；
2是将一个直径3.2mm的焊条铁芯贴着管内壁放置，然后将水溶纸团捣入管子，再将铁芯抽出在水溶纸与管内壁间留下一道缝隙；
3是将一片水溶纸卷成一段细管，贴着管内壁放置，然后将水溶纸团捣入管子，两头通气；
4将水溶纸稍微一团塞入管子。
对比发现各种方法的优缺点：
1塑料吸管在模拟练习时可用，但是施工中无法取出，此方法排除；
2抽出铁芯后缝隙大小及畅通与否依赖于水溶纸团的密实度，稳定性差，操作难度大；
3纸管制作费时费工且需一定的厚度保持强度，制作需要一定技巧；
4水溶纸容易掉落移位，气室保护效果差，此方法排除；
以上四种方法中1、4直接排除，第2种方法实际操作难度较大，且如果缝隙不合适很难调整，第3种方法虽然制作纸管需要一些技巧，但是实施难度较小比较便捷，于是决定采用此方法进一步试验。
于是制作一批内径、长度不一的纸管进行试验，方法是用水溶纸包裹焊条铁芯进行卷纸，卷好后用白胶粘好外层，两端裁剪好。分别是内径2.5mm、3.2mm、4mm，长度分别是5cm、8cm、10cm、12cm等12个规格尺寸。
通过多次反复试验，查看根部焊缝保护效果、根部焊缝根部形状、卷制难易、塞入操作难易程度等综合对比，最后选定内径3.2mm，长度10cm的纸管进行实际使用。
通过使用，HR3C、SUPER304H焊接接头内凹问题得到极大程度上的解决，后续无损探伤检测只检出个别内凹缺陷，一个小办法解决了一个大问题。
4 结论
在本项目HR3C、SUPER304H焊接接头内凹解决过程中，技术管理人员要积极开动思维，集思广益，经过试验采取了一个小的改进措施，解决了困扰多日的质量问题，使得探伤合格率得到了提高，对以后机组运行安全也提供保障。
参考文献：
[1] 中电建山东电力建设第一工程有限公司 HR3C钢焊接工艺评定、SUPER304H钢焊接工艺评定
[2] 张佩良 《浅谈HR3C的焊接》 超（超）临界锅炉用钢及焊接技术协作网第三次论坛大会论文集
[3] 石南辉 《末级再热器HR3C钢的焊接工艺研究》 电焊机2010
[3] 窦怀武，李建伟，张希仓 《电站新型奥氏体耐热钢的焊接》 现代焊接2008年07期
论文作者:杨志鹏,李保
论文发表刊物:《河南电力》2019年1期
论文发表时间:2019/9/3
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