15NiCuMoNb5钢的焊接工艺

石南辉

1. 概述

在漳山电厂2×600MW机组锅炉中，下水包是仅次于汽包的第二大部件，采用的是德国的15NiCuMoNb5 (WB36)钢，其分别由4段规格为φ838mm×62mm的钢管组合成一个大型环形集箱。

由于下水包管径大(φ838mm)，管壁厚（62mm），所以是锅炉现场安装工作中焊接工作量最大的焊口。WB36（15NiCuMoNb5）钢在300MW及300MW以上火电机组中广泛使用，替代A106B、St45.8/Ⅲ。WB36钢使用后可以大大降低材料成本，显著改善管系的应力条件，已成为目前国内外高参数火电机组主给水管的首选材料。

2. 15NiCuMoNb5(WB36)钢焊接性分析

WB36钢是在碳锰钢的基础上加入Ni、Cu、Mo及Nb合金而得到的一种合金钢，合金种类多，碳当量高，焊接性比传统的碳钢差，容易出现焊接质量问题。这也是我公司遇到的15NiCuMoNb5(WB36)钢最大管径和壁厚的焊口。

15NiCuMoNb5(WB36)钢的化学成分和力学性能分别如表1、表2所示。

WB36钢的Cep=0.34%～0.73%，具有一定的冷裂倾向，焊接时应预热。

15NiCuMoNb5(WB36)钢是焊接性能较好的钢种，但由于下水包的管壁较厚（62mm），故在焊接过程中的焊接残余应力也比较大，在焊接时还要防止和消除冷裂纹，这是下水包焊接的重点和难点。另一方面，因为下水包管壁厚，不容易返修，必须保证焊接质量，这就更加要求我们的焊接工作必须认真对待。

3. 下水包的焊接工艺

采用手工氩弧焊打底，焊条电弧焊盖面的焊接方法。为了保证焊接质量，对焊接材料的选择、管理和焊前母材清理等工作要求都十分严格。

（1）焊接设备 以当时的条件选用了济南华奥焊机厂的ZX7—4000型逆变式直流电焊机。

（2）焊接材料 焊丝采用上海电力修造总厂的TIG—R10；焊条采用四川大西洋焊材有限公司的CHE—707，焊前焊条须经350℃烘焙2h，在使用时，焊条保温筒装好并保持通电，随用随取。

（3）保护气体 氩气纯度≥99.95%。

（4）焊材性能 焊接材料化学成分及熔敷金属力学性能如表3～表6所示。

表1 5NiCuMoNb5(WB36)钢化学成分（质量分数） （%）

表2 5NiCuMoNb5(WB36)钢力学性能

（5）焊接参数 采用氩弧焊打底＋焊条电弧焊填充的焊接工艺，焊接参数如表7所示。

4. 下水包焊接过程控制

（1）坡口形式 为了减少焊接工作量、焊接应力和焊接变形，下水包焊口的坡口采用“双V”形，如图1所示。

（2）焊前准备 焊前清理：用砂轮机打磨坡口内外两侧25mm范围的油漆、油污、铁锈、氧化皮和其他对焊接有害的杂质，使其露出金属光泽为止。

焊前装配：按有关规程进行装配。

点焊预热：采用DWK—240型电脑温控仪。

定位焊：把装好的下水包用楔形块固定，分四点固定，用TIG—R10焊丝定位焊，应将焊缝周围200～300mm加温到100℃，方可进行定位焊，现场统一选用了Q235钢表面用CHE—707焊条进行过渡的楔形块，如图2所示。

施工环境：焊接现场周围用帆布遮围，集箱上的管口均都密封，避免因穿堂风的影响而产生气孔或弧偏吹。

表3 焊丝TIG—R10的化学成分（质量分数） （%）

表4 焊丝TIG—R10熔敷金属力学性能

表5 焊条CHE—707的化学成分（质量分数） （%）

表6 焊条CHE707熔敷金属力学性能

表7 WB36钢的焊接参数

（3）焊前预热和焊后热处理 WB36钢氩弧焊时预热温度100～150℃，电弧焊时预热温度200～250℃，层间温度控制在200～350℃。焊接结束后，整个焊口立即进行555～585℃的高温回火处理，焊后热处理工艺曲线如图3所示。

采取以上措施是为了预防延迟裂纹的产生和消除残余应力，降低接头区域的温差，从而减小焊接热影响区的淬硬倾向，利于氢的扩散，降低焊缝中的含氢量，防止产生冷裂纹，改善接头的塑韧性。

（4）焊接操作过程 焊接顺序：为了保证下水包的安装尺寸，应尽量减少焊接变形，我们选用4对焊工同时对4个焊口进行施焊，即采用对称焊。

为确保根部焊透，我们在第一道氩弧焊打底时，焊缝间隙要确保2.5～4.0mm，由两名焊工错开打底，一人从仰焊向上焊，一人从立焊往上焊，同时要经常用电筒照射检查打底质量，确保根层的根部质量。第二、三道焊缝用φ3.2mm的焊条焊接，防止根部焊穿。

图1 下水包焊口坡口示意

图3 WB36钢焊缝热处理工艺曲线

随着焊缝厚度增加，焊缝宽度也增加，焊条摆动范围不宜太大（应小于所用焊条直径的5倍），单层焊道厚度应不大于所用焊条直径＋2mm，采用多层多道焊，焊道之间的接头应错开。

焊接过程中要控制好层间温度不能过高，层间清理要及时彻底。

（5）焊后检测 焊口外观经自检和质检员专项检查合格后进行焊后热处理，待焊口冷却后再进行100%超声检测和100%γ射线检验，经检验四道焊口100%合格。

5. 结语

本工程厚壁WB36钢的焊接，我们采用上述焊接工艺措施，严格遵守焊接规程，精心设计、精心组织、精心操作，出色完成锅炉重大部件焊接工作，为以后类似工程的施工安装焊接提供了很好的借鉴。