304H/TP310HCbN异种钢焊接质量控制

周鸽，陈瑞，魏烈帅，叶长鹏，张捷

1.中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司 山东济南 250102

2.华能秦煤瑞金发电有限责任公司 江西赣州 341108

1 序言

SA213-SUPER304H（以下简称304H）和SA213-TP310HCbN（以下简称TP310HCbN）是当前大量应用在发电机组高温过热器、高温再热器等高参数工况部件的材质。304H钢具有较细的晶粒尺寸，其高温强度、长期塑性以及抗腐蚀性能较好；TP310HCbN钢在TP310耐热钢基础上添加了0.2%～0.6%（质量分数，下同）的Nb和0.15%～0.35%的N，高温性能、蠕变断裂强度较高。但此类奥氏体耐热钢焊接性较差，涉及304H/TP310HCbN异种钢焊接作业更是仅限于锅炉厂内部较好工况下，电建施工单位在项目现场进行此类奥氏体异种钢焊接情况少见。中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司承建的某超超临界机组工程塔式锅炉涉及304H/TP310HCbN异种钢焊接，焊接接头统计见表1。

表1 304H/TP310HCbN异种钢焊接接头统计

2 现状调研

为准确掌握304H/TP310HCbN异种钢焊接质量控制难点，组织3组焊工在模拟现场施工环境下进行焊接作业，焊接完成98只焊接接头，经射线检测一次合格率为89.80%（见表2），无法满足现场施工的质量控制目标“无损检测一次合格率≥98%”的要求。

表2 无损检测统计数据

3 焊接工艺制定及控制要点

分析表明，Thermanit 617焊丝的化学成分和力学性能够满足304H/TP310HCbN异种钢焊接工艺要求。且根据相关资料可知，Thermanit 617焊丝不仅具有良好的焊接工艺性能，而且在长期高温服役下具有很好的显微结构稳定性、良好的高温蠕变性能和抗氧化（腐蚀）性能。为进一步验证其可行性，本项目进行专项焊接工艺评定。经评定，焊接接头常温力学性能试验相关数据满足施工需要，焊接工艺可操作性强。

根据焊接工艺评定结果制定现场焊接工艺卡，焊接参数见表3。层间温度≤120℃，保护气体选用99.99%Ar，正面保护气体流量为8～12L/min，背面保护气体流量为8～10L/min。

表3 焊接参数

焊接过程中的控制要点如下。

1）参与304H/TP310HCbN异种钢焊接的焊工必须证件合格并满足现场施焊要求，现场施焊经验丰富，具有很强的责任心，能够充分执行焊接工艺要求。

2）304H/TP310HCbN异种钢焊接施工所用焊机必须具有高频引弧及保护气体提前和滞后功能，操作调节灵敏度高[1]。

3）304H/TP310HCbN异种钢焊接管件坡口采用机械加工方式，坡口清理、接头修整使用电动打磨工具，必须选用无氯铝基无铁材料制成的砂布、砂轮片、电磨头或不锈钢材料制成的钢丝刷，防止接头区域增碳。

4）在304H/TP310HCbN异种钢焊接施工过程中，必须采取避免母材、焊接材料与碳素钢或其他合金钢接触的预防措施，防止造成铁离子污染。特别注意焊缝检测尺、组对夹具等应采用不锈钢材料制品。

5）焊接前采用酒精或丙酮等溶剂对焊接坡口及附近区域进行清洗，避免焊接过程中有其他污物熔入焊缝，造成焊缝飞溅或气孔等缺陷。

6）为保证304H/TP310HCbN异种钢根部焊接质量，焊缝根部及次层焊道焊接，背面应持续采取充氩保护。焊接前用水溶纸在坡口两侧150mm处制作密闭气室，焊接时从管道内部进行充氩，气体流量可先大后小，待密闭气室内空气排尽后，充氩流量控制在8～10L/min。当施工空间受限或充氩效果难以保证时，虽然可在坡口及根部涂抹防氧化保护剂，但宽度控制在5mm以下，厚度控制在1mm以下，避免焊后结渣影响焊接接头检测和使用，焊接接头充氩保护方式如图1所示。

图1 焊接接头充氩保护方式

7）在304H/TP310HCbN异种钢焊接过程中，应采用小热输入焊接，层间厚度不宜大于焊丝直径。焊接参数严格按焊接工艺卡执行，焊接过程可采用短焊道和间断焊方法，严格控制层间温度不超过120℃，避免焊缝晶粒粗大，最终焊缝表面色泽不应出现灰色和黑色。

4 结束语

从工艺评定和现场施工来看，选用Thermanit 617焊丝进行304H/TP310HCbN异种钢焊接是可行的，对接接头在力学性能等方面均能满足相关技术要求。若保证304H/TP310HCbN异种钢焊接工艺质量，则需要从施工各环节严格把握，通过施工过程的有效控制，进一步提升焊接质量，充分保证焊接接头的安全可靠性，确保机组长期安全稳定运行。