耐熱鋼(T23鋼)焊接及熱處理工藝工法

1、耐熱鋼（T23鋼）焊接及熱處理工藝工法（內(nèi)蒙古第一電力建設(shè)工程有限責(zé)任公司 包頭 王俊明1 呂燕邦2 014030）摘要：在火電建設(shè)中，焊接技術(shù)是一項重要的安裝工藝，它直接關(guān)系到工程質(zhì)量、建設(shè)速度以及投產(chǎn)以后的安全運行。本文通過具體實例，對新型耐熱鋼焊接性能及熱處理工藝進行闡述和分析，從而說明焊接在安裝生產(chǎn)中的重要性。關(guān)鍵詞：火電；耐熱鋼；焊接工藝；熱處理1.前言電力是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一，是國家歷來發(fā)展的重點工業(yè)。電力工業(yè)的發(fā)展對提高我國的綜合國力和人民生活水平起到了極為重要的作用。在火電建設(shè)中，焊接工作是一項重要的安裝工藝，它直接關(guān)系到工程質(zhì)量、建設(shè)速度以及投產(chǎn)以后的安全運行。隨著今后火

2、電建設(shè)將以高效率、低污染的超臨界（SC）和超超臨界（USC）機組為主，建設(shè)上述機組的關(guān)鍵性技術(shù)是鍋爐蒸汽壓力及溫度等參數(shù)提高后所需采用的鍋爐用新型耐熱鋼的材料使用性能和焊接技術(shù)等問題。這將再次體現(xiàn)焊接工作在火電建設(shè)中的重要性，然而也給從事焊接技術(shù)工作者帶來了機遇和挑戰(zhàn)。2.工法特點2.1 T23鋼材是在2.25Cr-1Mo鋼的基礎(chǔ)上，通過降低碳含量和添加W、V、Nb、B等元素而獲得的材料?！癢”在其中起加強固溶強化的作用，“B”起著微合金化個彌散析出強化作用。2.2 鍋爐容量增大，為了提高效率，希望增大受熱面積，為此減小管徑，這樣就使水冷壁變成更大更薄的結(jié)構(gòu)，如果仍采用傳統(tǒng)的鐵素體貝氏體耐熱鋼

3、，焊后就需要進行焊后熱處理，對這種大而薄的平面形構(gòu)件實施熱處理不僅難度很大，而且受熱后極易產(chǎn)生扭曲變形，且這種扭曲變形是極難矯正的。因此，從工藝要求出發(fā)，需要采用焊后可以不進行熱處理的鋼材來制作。2.3 ASME標準允許T23小徑管不進行焊后熱處理，理由是： T23小徑管焊后最大硬度小于等于300HV，明顯比T22的低，不進行焊后熱處理發(fā)生裂紋的可能性很小。 即使不進行焊后熱處理，焊接接頭也有足夠的塑性和韌度，尤其是完全采用GTAW方法焊接的接頭。 不進行焊后熱處理，焊接接頭的蠕變斷裂強度值還是分布在母材蠕變斷裂強度值范圍內(nèi)。3.適用范圍3.1由于其蠕變斷裂強度比較高，可降低管道和受熱面管子的

4、壁厚，減輕管道重量和運行熱應(yīng)力，有利于節(jié)約鋼材和大大提高電站鍋爐的安全使用壽命以及降低制造投資費用。3.2根據(jù)這類鋼材的特性，其更具備在工作溫度和高溫強度要求都比較高、抗蒸汽和煙氣腐蝕環(huán)境下工作的能力，更適用于制造高溫、高壓條件下工作的超臨界、超超臨界電站鍋爐的模式水冷壁、過熱器、再熱器、集汽聯(lián)箱和管道上。3.3推薦的工作溫度可達575。3.4本工法適用于設(shè)計有SA213-T23耐熱鋼的所有型號的鍋爐耐熱鋼焊接及焊后熱處理工藝，對SA213-T24、P23、P24也具有很大的參考價值。4.工藝原理4.1 作業(yè)程序焊前準備焊接過程焊接檢驗質(zhì)量驗收資料整理4.2 作業(yè)方法4.2.1焊前準備4.2.

5、1.1 焊工資格：技術(shù)員驗證參加該項目施焊的焊工合格證書，焊工必須具備DL/T679-1999焊工考試規(guī)程類合格證書。4.2.1.2 工具準備：焊工上崗前將手工電弧焊及鎢極氬弧焊所用的電焊把、氬弧焊把、角向磨光機、鋼絲刷、扁鏟、手錘、面罩等準備齊全。4.2.1.3 技術(shù)交底：施焊前技術(shù)員對所有參與該項目焊接的焊工進行技術(shù)交底，并辦理簽證。4.2.1.4 簽發(fā)焊材：焊工經(jīng)交底后，在焊材領(lǐng)用單上填寫相關(guān)內(nèi)容，然后由技術(shù)員審核簽字。4.2.1.5 領(lǐng)用焊材：焊工持經(jīng)審核的焊材領(lǐng)用單到材料庫領(lǐng)取焊材，材料庫管理員要認真審核后發(fā)放焊材，焊材發(fā)放要正確，記錄齊全規(guī)范。焊工將領(lǐng)用的焊條放入80-100的保溫

6、筒內(nèi)，隨用隨取，剩余焊材及時退庫，以免錯用焊材。4.2.1.6光譜復(fù)查：在施焊前對合金管材焊口附近進行100%的光譜檢查，光譜檢查結(jié)果與圖紙標注材質(zhì)一致，方可焊接。4.2.2 焊接過程4.2.2.1 坡口制作：坡口形式為“V”型，坡口角度為30°-35°，間隙為1-3mm，鈍邊為1-2mm；對口時將坡口兩側(cè)10-15mm范圍內(nèi)的油漆、鐵銹、氧化物打磨干凈露出金屬光澤。鍋爐受熱面焊口，其中心線距離管子彎曲起點或集箱外壁不以及支吊架邊緣得小于70 mm，兩個對接焊口間距離不得小于150 mm。4.2.2.2打底選用焊材蒂森公司開發(fā)的鎢極氬弧焊焊絲牌號為UnionCr2 W V（

7、ER90S-G），主要用于小口徑管對接焊，焊絲化學(xué)成分如下：化 學(xué) 成 分CMnPSSiCrMoTi0.080.540.030.010.52.140.08n.sVWNbBNNi0.211.580.0310.0020.0110.04焊接參數(shù)如下：焊絲牌號：UnionCr2 W V（ER90S-G）焊絲直徑：2.4焊接電流：100-150A焊接電壓：9-14V預(yù)熱溫度：室溫層間溫度：150未進行焊接預(yù)熱和焊后熱處理熱處理的熔敷金屬強度和沖擊韌性都比較高，室溫沖擊韌性值可以達到200J，最高硬度為270HV。采用740保溫2小時焊后熱處理之后的沖擊韌性仍然比較高，但是強度明顯降低。所以采用Union

8、Cr2 W V焊絲進行小口徑管手工鎢極氬弧焊時，無需進行焊接預(yù)熱和焊后熱處理，焊接接頭的機械性能完全滿足水冷壁、過熱器、再熱器的焊接技術(shù)要求（沖擊韌性值47J和最高硬度350HV）。對于大口徑管手工鎢極氬弧焊的打底焊（管徑超過101.6mm），建議預(yù)100-150焊接，焊口必須進行740保溫2-6小時的焊后熱處理。4.2.2.3點固焊：強制對口可拒絕點焊，點固焊時采用氬弧焊對稱點固，以減小變形。焊點長度為5-10mm，厚度不小于3mm；點焊后，檢查焊點質(zhì)量和對口質(zhì)量，如有缺陷或焊口折口現(xiàn)象，應(yīng)及時處理后方可進行下道工序。點固焊所用的焊材及焊接工藝與正式焊相同。壁厚6mm的合金鋼管子在負溫下焊接

9、時，預(yù)熱溫度可適當提高30-50，SA213-T23預(yù)熱溫度不得低于室溫（20）；壁厚6mm的合金鋼管子在負溫下焊接時，可適當預(yù)熱。預(yù)熱寬度從焊口中心開始，每側(cè)不小于管件厚度的三倍，管件厚度大于35mm的焊接接頭預(yù)熱時的升降溫速度可按：（250×25/壁厚）/h計算，且不大于300/h。降溫時，300以下可不控制。4.2.2.4 打底焊：采用氬弧焊進行打底焊，焊層厚度不小于3mm；打底焊后，應(yīng)及時檢查焊縫質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)焊接缺陷應(yīng)及時處理。4.2.2.5填充選用焊材焊接參數(shù)如下：焊條牌號：Thyssen Cr2WV（E9018-G）焊條直徑：3.2焊接電流：90-140A焊接電壓：22-2

10、6V預(yù)熱溫度：150-200層間溫度：250手工焊條電弧焊的焊態(tài)沖擊韌性比較低，如有沖擊韌性要求，應(yīng)進行焊后熱處理。經(jīng)過740保溫2-6小時焊后熱處理之后，強度及硬度降低，沖擊韌性明顯提高，可以達到150-160J。4.2.2.6填充、蓋面焊：打底焊縫經(jīng)檢查后，及時進行次層焊接，焊縫不得停留隔夜。填充蓋面焊采用手工電弧焊，焊道的單層厚度不大于所用焊條直徑加2mm，擺動寬度不大于所用焊條直徑的4倍，施焊中，應(yīng)特別注意接頭和收弧的質(zhì)量，收弧時應(yīng)將熔池填滿，多層多道焊接頭應(yīng)錯開。焊接接頭力學(xué)性能試驗焊后熱處理b （Mpa）焊鋒沖擊試驗（J）室溫600020不做57735067、120、71平均值86

11、125、224、299平均216不做570376標準要求5104.2.3 焊接質(zhì)量檢驗4.2.3.1 焊縫外觀質(zhì)量標準：焊縫類別屬于類，焊縫余高0-2mm，焊縫余高差2mm；焊縫寬度每側(cè)增寬2mm，焊縫寬度比坡口增寬4mm；裂紋、根部未焊透、氣孔、夾渣、未熔合不允許；根部內(nèi)凹1.5mm根部凸出2mm。焊縫錯口外壁0.1且1mm；焊縫接頭良好，過渡圓滑，焊道勻直4.2.3.2 焊縫自檢：焊縫完成后焊工進行100的自檢，用磨光機、鋼絲刷、扁鏟認真清理，并在焊縫邊緣打上焊工本人的鋼印，做永久性標記，然后做好自檢記錄。4.2.3.3 無損檢驗：經(jīng)外觀檢查合格后，需熱處理的焊口及時進行熱處理，保證當天焊

12、口當天熱處理。熱處理完畢，經(jīng)審核曲線符合要求后，技術(shù)員填寫無損檢驗委托單委托金屬試驗室進行無損檢驗，將檢驗結(jié)果及時反饋給班組，對不合格的焊口及時處理，返修工藝與正式焊相同。受熱面管排焊接完成后應(yīng)對焊縫做不小于10%的光譜抽檢復(fù)查。已熱處理的焊口，如果曲線合格，可免做硬度測試。4.2.3.4焊縫綜合評定：質(zhì)檢人員對結(jié)束的分項工程做焊接接頭表面質(zhì)量評定及統(tǒng)計無損檢驗一次合格率，評定結(jié)果應(yīng)如實填寫。依據(jù)自檢記錄表和評定表及金屬實驗室檢驗報告填寫驗收申請單申請質(zhì)檢部門驗收。4.2.4 質(zhì)檢科驗收質(zhì)檢科接到驗收申請單對該分項工程進行抽查，對不合格的焊口以書面形式下發(fā)質(zhì)量問題通知單通知施工班組返修。驗收合

13、格，質(zhì)檢部門下達焊接綜合質(zhì)量評定結(jié)果通知單。4.2.5 資料整理對施工項目焊接資料進行整理、匯編，符合驗評標準，按時送交質(zhì)檢部門。5.施工工藝流程及操作要點5.1施工工藝流程5.2操作要點5.2.1焊接過程中，管內(nèi)壁是否進行充氬保護，可視具體情況而定，為保證焊縫根層不致過分氧化和清潔，以采用充氬保護為宜。5.2.2焊道設(shè)計：小徑薄壁管最應(yīng)分二層焊接；大徑厚壁管應(yīng)采取多層多道焊接。根層焊道厚度最低不小于3mm，其他各層焊道厚度為焊條直徑加2mm。多層多道焊接，其每層每道焊縫擺動幅度為焊條直徑的4倍。表面層最后一道焊道在焊縫中間為“退火焊道”（水平固定焊位）。6.材料與設(shè)備序號名稱規(guī)格型號數(shù)量備注

14、1電焊機ZX7-4002臺2焊絲2.4/A5.28 E90S-G100kg相當于AWS標準3鎢極2.5/Wce1kg4氬氣20瓶符合GB/T4875規(guī)定5面罩4個6氬弧焊槍QQ-85°/150A4套7氬弧表AT-156塊8電焊把300A6把9銅芯電焊線50mm2100m210氬弧帶60m7.質(zhì)量控制7.1 質(zhì)量保證措施7.1.1 思想措施7.1.1.1 在職工中開展思想教育工作，加強“安全為天，質(zhì)量為本”的宣傳，提高職工的質(zhì)量意識和創(chuàng)國優(yōu)意識7.1.1.2 結(jié)合當前形勢加強市場競爭教育，使每個職工樹立進取、創(chuàng)新、實干精神。7.1.1.3 解放思想，提倡與國際一流接軌，敢創(chuàng)精品的精神。

15、7.1.2 施工措施7.1.2.1 成立以焊接專責(zé)工程師為組長的技術(shù)組，并將技術(shù)任務(wù)分配給每個班組工程師、技術(shù)員，明確技術(shù)責(zé)任。7.1.2.2 對本臺機組涉及的新材料、新工藝進行研究，加強圖紙會審工作，發(fā)現(xiàn)問題或施工圖中存在不合理的地方應(yīng)及時提出修改意見做好充分的技術(shù)準備。7.1.2.3 編制焊接專業(yè)施工組織設(shè)計和作業(yè)指導(dǎo)書并形成有效的技術(shù)文件。7.1.2.4 焊工培訓(xùn)：堅持焊工持證上崗，對合格證過期的人員及時的組織培訓(xùn)、復(fù)試。施焊受熱面部件的焊工應(yīng)在正式施焊前進行不少于兩周的焊前練習(xí)，確保焊工在正式施焊前技術(shù)水平達到一個較高的狀態(tài)，另外組織職工進行專業(yè)理論知識的學(xué)習(xí)，和本臺機組系統(tǒng)知識的學(xué)習(xí)

16、，做到理論聯(lián)系實踐。7.1.2.5 加強施工過程中對人員、機具、材料、工藝方法和施焊環(huán)境的有效控制，建立健全各項規(guī)章制度，提高焊接質(zhì)量的管理水平。7.1.2.6 提高受監(jiān)管道的焊口質(zhì)量除按要求進行無損探傷外，必要時與業(yè)主和監(jiān)理單位協(xié)商提高焊口的探傷比例。7.1.2.7 嚴格執(zhí)行焊口打鋼印制度，將焊口（縫）的質(zhì)量責(zé)任落實到每個施焊者，做到不合格的焊口有人可查，提高焊工的責(zé)任心。7.1.2.8 把消除焊接質(zhì)量通病做為檢查工作中的一個重點內(nèi)容。8.安全措施8.1. 施工保證措施8.1.1 建立以專責(zé)工程師、技術(shù)員、班長為核心的技術(shù)保證體系和專職安全員、班組兼職安全員為核心的安全監(jiān)督保證體系，形成覆蓋

17、整個焊接施工責(zé)任區(qū)各個角落的安全文明施工管理網(wǎng)絡(luò)。8.2 技術(shù)保證措施8.2.1 分項工程施工前必須編制安全施工技術(shù)保證措施，并在施工前進行有針對性的安全技術(shù)交底，履行簽字手續(xù)。未進行安全技術(shù)交底的項目嚴禁施工。工程正式開工前，對全體職工進行安全教育并進行考核，合格后才能分配上崗。8.2.2 安全技術(shù)措施應(yīng)明確該項目的危險點、防范措施、明確責(zé)任人。8.2.3 嚴格遵守安全生產(chǎn)章程，安全員隨時監(jiān)督、檢查、糾正、教育懲罰。8.2.4 施工人員必須正確使用安全帽、安全帶等勞保安全用品。8.2.5 施工中發(fā)現(xiàn)不安全因素妥善處理或向上級報告，愛護安全設(shè)施，不亂拆亂動。8.2.6 尊重和支持安全監(jiān)察人員的

18、工作，服從安全監(jiān)察人員的監(jiān)督與指導(dǎo)。8.2.7 有權(quán)制止他人違章，有權(quán)拒絕違章指揮。8.2.8 作業(yè)前檢查工作場所做好安全措施，以確保不傷害自己，不被他人傷害，不傷害他人。9.環(huán)保措施9.1建立環(huán)境保護措施，加強宣傳教育工作，使職工自覺執(zhí)行環(huán)境保護措施，在工程建設(shè)過程中，防止和盡量減少對施工場地和周圍環(huán)境的影響。9.2根據(jù)施工過程中或其他活動中產(chǎn)生的污染氣體、污水、廢渣、粉塵、放射性物質(zhì)以及噪聲等可能對環(huán)境造成的污染和危害，單獨編制環(huán)境保護措施。9.3工程建設(shè)過程中產(chǎn)生的建筑垃圾和生活垃圾，應(yīng)及時清運到指定的地點，集中處理，防止對環(huán)境造成污染。10.效益分析10.1此工法施工工藝簡單，易于操作，可保證焊材使用的準確性及機組運行的穩(wěn)定性，避免質(zhì)量事故的發(fā)生。10.2保證了后續(xù)鍋爐點火運行所必須的節(jié)點計劃，保證整個工程順利運行投產(chǎn)，確保正常的蒸汽及電力供應(yīng)。11.應(yīng)用實例11.1工程名稱：