淺談Thermanit617替代專用焊絲YT—HR3C焊接HR3C鋼的工藝

岳海峰

摘 要：本文通過對焊接材料為Thermanit617的焊接接頭常溫力學性能的分析，探討采用Thermanit617焊絲替代HR3C鋼的專用焊絲NITTETSU YT-HR3C對HR3C鋼進行焊接的方法。

關鍵詞：Thermanit617 YT-HR3C 焊接工藝

目前，HR3C鋼材已經被廣泛應用到了超臨界機組的末級過熱器和高溫再熱器系統中，但是由于該鋼材的焊接材料在國內市場上非常缺乏，筆者采用焊絲Thermanit617替代HR3C的專用焊絲NITTETSU YT-HR3C對鋼材HR3C的焊接工藝進行驗證，來檢驗其可替代性。

一、HR3C鋼的焊接特點

HR3C鋼存在著較高的裂紋敏感性，焊接此種鋼時，容易出現焊接裂紋。焊接接頭若經過敏化處理后，接頭的HAZ可能發生晶間腐蝕，同時HR3C鋼在600℃～800℃下具有時效脆化傾向。因此，焊接時首先要解決焊接裂紋，在獲得完整焊接接頭的情況下，還要避免接頭應力腐蝕破裂和焊縫中的σ相脆化。為了防止焊縫發生高溫裂紋，我們應采用降低焊接熱輸入及降低層間溫度的焊接工藝和措施。焊接時，層間溫度一般控制在150℃以下。由于高溫區合金元素極易氧化，所以在整個焊接過程中要進行背面充氬保護，以防止根部焊縫和母材的過燒。

二、焊接方案

采用的HR3C鋼管規格為Φ42×8mm，焊接位置為45°斜焊（6G）。

1.焊接材料

當前國內已經篩選試驗的焊材有ERNiCr-3、ERNiCrMo-3、Thermanit617、YT-HR3C四種。其中ERNiCr-3蠕變斷裂強度低于HR3C，而美標限制的使用溫度為480℃，不能用于工作溫度達650℃的超臨界末級過熱器和高溫再熱器的焊接。ERNiCrMo-3的蠕變斷裂強度與HR3C鋼相當，但是具有時效脆化傾向，而且美標限制使用溫度為540℃，也不能用于工作溫度達650℃的超臨界末級過熱器和高溫再熱器的焊接。而Thermanit617焊材具有很高的蠕變斷裂強度和相當好的抗氧化性及抗腐蝕，完全符合美國ASME標準，是代替YT-HR3C的理想焊接材料。因此，我們選用Thermanit617作為焊接HR3C的焊接材料。

2.焊前準備

（1）坡口設計。如圖1所示，坡口采用V型坡口，坡口角度30°～35°，鈍邊1～2mm，對口間隙為1～2mm。

圖1

（2）焊接電源。采用ZX7-400STG焊機，焊接時采用直流正接。

（3）氬氣流量。焊槍內的氬氣流量為8～10L/min，背面氬氣保護流量為10～12L/min。

（4）焊口準備。將試件坡口表面及坡口15mm范圍內（內外壁）清理干凈，直至發出金屬光澤。

3.焊接工藝

本次工藝采用小電流，將焊接速度控制在60～80 mm /min，焊接時焊道排列如圖2所示，共分5層，每層焊縫的厚度控制在2mm以下，每道焊縫的寬度控制在4mm以內，以達到小的線能量輸入。同時將焊縫的層間溫度嚴格控制在150℃以下。

圖2

Thermanit617焊絲的焊縫成型比較好。但是在焊接過程中，鐵水流動性較差，黏度較大，熔池不清晰，操作起來比較難。焊縫表面產生較多的氧化膜，特別是焊縫表面的兩側有一層熔渣，打底和填充過程中必須用銼刀或磨光機清理干凈，否則容易產生夾渣。

三、理化試驗

理化試驗項目包括拉伸試驗、彎曲試驗和微觀金相試驗。通過數據可以看出， HR3C鋼的常溫拉伸強度均超過母材拉伸強度的下限值，而且彎曲試樣均完好無損。因此采用Thermanit617焊絲進行HR3C焊接，其常溫力學性能能夠滿足要求。

圖3 焊接材料為Thermanit617焊接接頭250倍金相照片

通過圖3，我們可以看出HR3C鋼母材側和焊縫側分別為晶粒較粗大奧氏體組織、孿晶奧氏體組織，組織符合要求。

四、結論

通過對焊接材料為Thermanit617焊接接頭常溫力學性能分析可知，可以采用Thermanit617焊絲替代HR3C鋼的專用焊絲NITTETSU YT-HR3C對HR3C鋼進行焊接。

（作者單位：淄博市技師學院）