淺析異種鋼焊接技術在火電廠中的應用

劉鑫

（貴州粵黔電力有限責任公司 貴州盤縣 553505）

淺析異種鋼焊接技術在火電廠中的應用

劉鑫

（貴州粵黔電力有限責任公司 貴州盤縣 553505）

在火電廠建設中異種鋼使用較多，異種鋼焊接與普通焊接有所不同。異種鋼本身在合金成分、性能等存在差異，焊接中存在的問題較多。在鋼焊接中，異種鋼的焊接是鋼焊接難點。現主要對火電廠中異種鋼焊接技術的應用進行簡要分析。

火電廠；異種鋼；焊接技術；應用

異種鋼焊接技術主要用于兩種性能存在差異的鋼材進行焊接。由于不同的鋼材其合金成分、物理特性、結構等存在較大差異，將異種鋼進行焊接是目前火電廠建設的難點。異種鋼技術的水平直接對焊接質量及火電廠建設質量產生影響。因此，在對異種鋼進行焊接時，需要掌握精湛的焊接技術，把控焊接質量。現主要對火電廠中異種鋼焊接存在的問題、焊接技術的應用進行簡要分析。并以汽輪機焊接實例進行說明異種鋼焊接技術的在火電廠中的應用。

1 火電廠異種鋼焊接存在的問題

1.1 焊接部位碳擴散

在異種鋼焊接中，常會遇到母材和焊縫的合金成分差異較大的情況。由于在高溫狀態下，焊接部位融合過程中碳及其他金屬元素要重新分配，從而造成碳擴散。尤其是含有大量碳元素的合金母材，碳的擴散十分明顯，并呈現高度不均勻擴散現象。碳的大量擴散將造成焊接部位鋼的性能呈不同程度降低。

1.2 焊接部位容易形成馬氏體

在異種鋼的焊接中，在焊接中會經常看到馬氏體形成。馬氏體主要分布于母材和焊縫的連接之處。馬氏體本身質硬、脆，容易形成裂紋。因此，在異種鋼的焊接中，馬氏體形成較多時往往造成焊接頭質量差，進而導致焊接頭破壞。

1.3 焊接部位熱應力大

異種鋼本身的合金成分、性能等存在較大差異，膨脹系數也有所不同。在進行異種鋼焊接中，焊接部位必然出現熱應力。如果異種鋼之間的性能差異很大，產生較大的熱應力，容易導致接頭破壞。

2 不同組織的異種鋼焊接

不同組織的鋼材進行焊接時，使用的焊接件有所不同。焊接中的預熱處理、熱處理主要根據焊接的鋼材進行。例如12CrLMoV和A335-P91（低合金鋼和高合金鋼焊接）的焊接中，應選的焊接材料為TIG-R31、E6015-B2。預熱溫度下限200℃，熱處理下限為760℃。16Mn和18-8 Cr5MoNb（16Mn鋼和18-8型不銹鋼）焊接中，無需進行預熱處理和熱處理，焊接材料可選擇A307、A302、H0Cr19Ni9Ti。常見的異種鋼焊接主要有馬氏體鋼+珠光體鋼、奧氏體鋼+馬氏體或珠光體鋼。

2.1 馬氏體鋼和珠光體鋼焊接

在該兩種鋼材的焊接中，焊條的成分應在該兩種鋼材成分之間。例如12％鉻鋼與低合金鋼、12％鉻鋼與低碳鋼的焊接，焊條的成分應在該兩種成分之間，再用填補焊法、預敷焊法進行焊接。例如，進行P91+12Cr1MoV焊接時，焊條使用的是熱407焊條。在碳的擴散、遷移比較明顯情況下，可以按照低檔合金接頭的規范進行預熱處理和熱處理。碳的擴散不明顯的情況下，應該按照12％鉻鋼的規范進行預熱和熱處理。

2.2 奧氏體鋼和珠光體或馬氏體鋼焊接

由于珠光體鋼會導致焊縫金屬發生淡化反應，進而導致焊縫脆化，容易造成接頭破壞。因此，這類焊接的接頭的焊條應使用奧氏體鋼。例如，進行1Cr18Ni9Ti+12Cr1MoV焊接中，焊條應選擇407或A307。奧氏體鋼和珠光體鋼的焊接中，如果使用的是剛性較大的焊接件，那么在回火時可能出現熔合區脆化破壞的情況。對于此類情況可以選取含鎳量大的焊條進行焊接，避免熔合區破壞。另外，使用含鎳量大的焊條，還可以極大降低接頭出血裂紋的危險性。

2.3 預熱溫度及熱處理

一般情況下，進行焊接時熔化金屬中的氫溶量比較高。在對異種鋼進行焊接時，應選擇高限的預熱溫度。在焊接后需要進行熱處理。通常奧氏體鋼和珠光體鋼的焊接無需進行熱處理。珠光體鋼和馬氏體鋼的焊接應在焊接后進行熱處理。研究顯示，珠光體鋼和馬氏體鋼焊接中的熱處理選擇下限，能夠降低熱應力的影響，減少碳擴散和遷移。

3 工程實例

3.1 工程介紹及材料選擇

某汽輪機中調門需要進行焊接，門閥殼壁的厚度是75mm，進氣管壁的厚度是22mm。中調門使用的材料是ZG20CrMoV合金，成分如表1所示。

表1 中調門使用的ZG20CrMoV合金

在焊接前，需要對碳當量進行計算，評估淬硬性。如果碳當量〉0.4，表示鋼的淬硬性大[1]。計算公式為碳當量=C+Mn/6+Cr/5+Mo/5+V/5。將各元素含量值代入算出碳當量為0.567～0.86。焊接注意事項：①中調門焊接導熱快，冷卻快，容易導致鋼的淬硬性增加。②焊接將會導致中調門的閥殼出現變形。而中調門的焊接要求是焊接后不可出現漏氣現象。因此，必須控制焊接時中調門的變形。③中調門的材料性質特點使得其液態的流動性差，本身可能存在沙眼、縮孔等[2]。在焊接中，容易在熱應力下出現裂紋。基于以上焊接條件，焊條的選擇我們用A407。主要原因為奧氏鋼焊條不需要預熱即可進行焊接，且剛性好，可塑性高。另外，ZG20CrMoV合金的δ5=14％，而奧氏體的δ5=40％，兩者差異較大，可以減少焊接時的界面應力。過渡層我們使用鎳基焊條Ni317。Ni317強度高，可塑性好，膨脹系數低于奧氏體鋼，可以有效減少熱應力。Ni317還可以避免熔化區碳擴散、轉移。

3.2 過渡層的Ni317焊接

首先進行焊接過渡層，對閥殼壁進行加熱，減少內外溫差，溫度上升至150℃時停止加熱并保溫。之后使用Ni317進行焊接過渡層。焊接時要進行對稱性地焊接。焊接順序應是外側ac-ab-ce-bd-ef-dg-fh-gi-hj-ik。內側lm-ls-mn-sh。焊層厚度7～8mm。如圖1所示。焊接結束后加熱到350℃并進行保溫2h。對ZG20CrMoV合金使用Ni317焊接時，氫擴散量約為3mL/100g，超過0.06mL/100g，焊接后要進行消氫處理。

圖1 中調門閥焊接順序

3.3 填充層的A407焊接

焊縫溫度下降到60℃以下時，每次使用焊條的1/2進行焊接。焊接結束時，應使用圓頭小錘錘擊，切忌錘擊蓋面層。之后再進行蓋面層焊接，方法及順序與過渡層相同。

3.4 焊接檢驗

焊接質量檢驗在焊接中必不可少。一般會借助多種儀器進行探傷，保證焊接質量符合標準。焊縫不可有裂紋、氣孔、咬邊等情況[3]。同時對周圍母材進行檢驗，保證探傷合格。在確定焊接質量達標后，對中調門進行水壓試驗，試驗參數150kg/cn2。

4 結語

火電廠中，使用的鋼類型較多，性能存在較大差異。在火電廠的建設、維修等過程中，常會出現異種鋼焊接的情況。再對異種鋼進行焊接時，應該掌握鋼材的性能，選擇合適的焊條。異種鋼焊接中常會出現馬氏體、熱應力、碳擴散破壞焊接部位的現象。因此，焊條的選擇還需要考慮到產生的熱應力、碳擴散、馬氏體等情況。掌握異種鋼焊接的預熱和熱處理溫度范圍，在焊接中選擇適當的預熱和熱處理溫度。在焊接結束后，要對焊接部位進行檢驗，保證焊接質量合格。

[1]劉月輝.火力發電廠建設中異種鋼焊接技術[J].科技與企業，2016（4）：236.

[2]馮業敏.關于異種鋼焊接技術分析[J].科技展望，2016，26（19）：63.

[3]楊桂榮，張曉麗.淺析火力發電廠建設中異種鋼焊接技術[J].中國新技術新產品，2014（24）：33.

TM621

A

1004-7344（2016）36-0107-02

2016-12-9

劉鑫（1972-），彝族，貴州盤縣人，助理工程師，大專，主要從事的工作和研究方向是火電廠焊接、異種鋼焊接應用。