（贵州华电桐梓发电有限公司 贵州遵义 563200）
摘要：本文介绍了Super304H钢小径管氩弧焊工艺的评定试验，以及Super304H焊接工艺应用于某电厂三期扩建工程2×600MW超超临界机组#5锅炉高温再热器的具体情况。
关键词：Super304H钢；焊接；工艺评定；现场应用
一、Super304钢焊接概述
Super304H钢是由日本住友金属株式会社和三菱重工在SA-213TP304H的基础上，通过降低Mn含量上限，加入约3％的铜、0．45％的铌和微量的氮，使该钢在服役运行时产生细小弥散、沉淀于奥氏体内的富铜相，并与其互相密合，从而达到高温强度、高温塑性及抗高温氧化的最佳组合。据日本相关资料介绍，该钢在温度为650℃时的抗氧化性优于目前常用的SA-213TP304H和SA-213TP347H，相同条件下的氧化腐蚀深度仅为SA-213TP304H的一半，为SA-213TP347H的67％，由于Cu、Nb、N 的多元复合强化作用，其许用应力较SA-2l3TP347H高约20％以上。主要应用于超超临界锅炉的高温再热器、高温过热器。Super304H的化学成分及力学性能见表1、表2。
表1 Super304H钢和ASTM A213-TP304H钢化学成分比较（mass%）
根据DL/T868-2004《焊接工艺评定规程》规定，Super304H钢属于C类Ⅲ级，作为首次应用的钢材，必须对其进行焊接工艺评定；工艺评定主要是对钢材做焊接工艺评定和焊工技能评定。
Super304H钢属于奥氏体不锈钢，合金含量高，严格控制层间温度和内部充氩保护是保证不过烧的必须条件，同时根据《焊接工艺评定规程》，Super304H钢焊前不需要进行预热，焊后也不需要热处理。
Super304H钢的焊接在焊工培训方面国内规范没有具体要求，但作为细晶强韧奥氏体不锈钢，Super304H钢具有对焊接工艺参数敏感的特点，重视焊前模拟练习及工艺参数的施焊监督是确保Super304H钢施焊质量的重要保证。
因此，针对新型奥氏体钢种Super304H钢的焊接，有必要通过焊接工艺评定来确定合理的焊接工艺参数，并以此为可靠依据来指导焊前模拟练习及确定现场施焊方案，以顺利完成Super304H钢的现场焊接。
二、焊接工艺评定试验
1试验方案
工艺评定试验管材Super304H钢来源于日本三菱重工，交货状态为固溶-酸洗，实际到货规格经测量为Φ45×6.7mm，材质报告所列抗拉试验及硬度测试结果如表3所示。
表3 试验用Super304H钢材拉伸性能
评定试验采用全氩弧焊工艺（GTAW），根据电力行业标准规定：新型耐热钢焊接材料的选用应首选同材质的焊接材料，鉴于焊接材料受供货原因的制约，故选用两种焊接材料分别评定，及德国蒂森公司的Thermannit304H CU相匹配的焊材和Thermanit617镍基焊材，规格均为Φ2.4；焊接工艺方案如表4。
充压保护：《火力发电厂焊接技术规程》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加以保护。Super304H钢含Cr量远大于3％，合金含量也远超过5％，为使根部不氧化，在打底和次层焊道焊接时，必须进行充氩保护。
表4 Super304H焊接工艺方案
2试验结果及分析
评定试验按照两套方案各焊制试件两个，焊后经外观检查和射线探伤合格。按照工艺评定规程要求进行试样制取并做各项性能试验，试验结果对比如表5所示。
表5 评定试验结果
1）弯曲试验采取4倍的弯轴直径，180°弯角，试样内外弯曲表面均无裂纹产生，焊接接头弯曲试验合格。
2）拉伸试样均断于焊接接头熔合线外的母材上，说明焊接接头的强度不低于母材，且抗拉强度均高于Super304H钢规定的590MPa最小值，拉伸试验合格。
3）从两套方案的性能试验结果来看，使用Thermannit304H CU焊丝和Thermanit617焊丝焊接，均完全满足《焊接工艺评定规程》对Super304H钢各项性能的要求，按照两套方案进行的Super304H钢焊接工艺评定结果均判定为合格。
4）在满足焊接接头性能合格的前提下，选择不受供货制约的Thermanit617焊丝更能保证工期的如期进行。
三、工程应用
1 Super304H钢焊口分布
某电厂三期扩建工程2×600MW超超临界机组#5锅炉，高温再热器现场部分焊口采用Super304H材质，规格为φ63.5×4mm，分进出口140片管屏供货，需在现场组合成70片然后安装，组合焊口Super304H材质每片5道焊口，共350道焊口，均在两片内侧，为水平固定焊口；安装焊口Super304H材质每片2道焊口，共140道焊口，均在两片内侧，为垂直固定焊口，焊接位置均较好。根据施工方案，组合、安装工期均约2个月。
2焊前模拟练习
由于大部分焊工没有接触过此种钢材，不了解Super304H钢和焊接材料的工艺性能，首先根据工艺评定和相关的焊接规程、规范，编制了作业指导书和焊接工艺卡，对Super304H钢焊接进行指导，并组织4名焊工进行焊前全氩模拟练习。在模拟练习中发现镍基焊材易出现未熔合，主要集中在焊层间及焊口打底最后收口处，特别是在焊口最后收头处，特别易呈“肚脐状”未熔合。此外焊丝的电阻大，熔化和流淌性差，热传导性差，在送丝过程中，焊丝添加量稍多，便会形成背面焊道上的“褶皱样”未熔合。
表6 焊接工艺参数
3现场施焊及过程控制
Super304H钢为细晶粒奥氏体不锈钢，现场施焊主要控制焊前清理、内部充氩、焊接电流、层间温度、焊接变形几方面。
焊口焊前清理不干净很容易出现未熔合和气孔等焊接缺陷，特别对Super304H钢为细晶粒奥氏体不锈钢和Thermanit617焊丝高合金材料，极易出现未熔合，在模拟练习时就充分了解，故在现场施焊时特别注意这一点，清理完的焊口不准用手或带油的手套触摸，，焊丝在焊接前用细砂纸打磨，随打随用，严格控制清理质量。
施焊前使用焊接检验尺对焊口坡口角度和焊口间隙进行测量，严格控制坡口角度和焊口间隙，坡口角度要求30～35°，焊口间隙2～3mm。
对于高合金材质的钢种，氩弧焊打底内部充氩好坏是决定根部成型的关键，在对口前用水溶纸把焊口两端封堵，分别距离焊口位置40～50mm，形成密闭气室，用明火检测充氩效果。
焊接电流严格控制在70～80A范围内，层间温度严格在100℃以内。
焊接变形主要是焊接热膨胀引起，不锈钢的热膨胀系数大，热膨胀系数在相同温度下远高于T91、T22马氏体钢和珠光体钢，且电阻大、热传导性差，焊接时不加以控制极易出现折口现象，在施焊过程中必须采取沿径向的对称焊接：即先完成焊口的1/4焊接，等温度冷却到100℃以内后再焊接焊口对面的1/4，以此类推来完成整个焊口焊接。
四、结论
高温再热器Super304H焊口共计490道，通过100%的射线检测，无损检测一次探伤合格率达到99.18％，并通过水压试验，所有焊口无一渗漏。在出现超标缺陷的4只焊口当中，未熔合占到3只，这说明在今后的Super304H焊前模拟练习及专项培训中，针对其焊接特性而进一步加强焊工操作培训是有必要的。
综上所述，在Super304H焊接项目开展过程中，通过焊接工艺评定有效验证了用Thermanit617焊丝作为填充材料、背部充氩保护、严格控制焊接电流和层间温度的Super304H钢焊接工艺的可靠性，并通过有针对性的焊前模拟练习和施工过程控制，使Super304H焊接得到成功应用。同时这些焊接工艺参数的确定、对焊工操作手法的要求和施工过程中积累的经验等，对于今后超超临界机组Super304H钢的焊接应用具有推广价值。
参考文献：
[1] DL/T 869-2012<<火力发电厂焊接技术规程>>
[2] DL/T 868-2014<<焊接工艺评定规程>>
[3] 《新型耐热钢焊接》杨富 章应霖 任永宁 李为民编著，中国电力出版社，2006.7
论文作者:杨秀义
论文发表刊物:《电力设备》2018年第30期
论文发表时间:2019/4/3
标签：焊接工艺论文; 焊丝论文; 奥氏体论文; 焊工论文; 高温论文; 工艺论文; 规程论文; 《电力设备》2018年第30期论文;