火電廠焊接技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及展望

申彥軍

（神華億利能源有限責(zé)任公司電廠，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 014300）

1 火電廠用新型熱強鋼的焊接性能

1.1 焊縫金屬韌性的劣化

我國的焊接工作者近年來對T91/P91 鋼的實踐證實，焊縫的韌性對線能量和層間溫度極其敏感。采用大線能量、高層間溫度（60kJ/cm，250～350℃） 時，焊縫韌性僅為3.9～15.9J/cm2，降低線能量和層間溫度（25kJ/cm，220～250℃）時，焊縫韌性達到73.2～113.6J/cm2，波蘭的研究者也得到了同樣的結(jié)論。采用小線能量TIG 熱絲全位置焊接P91 厚壁管，可得到良好的焊縫韌性。

1.2 HAZ 蠕變斷裂強度的下降

研究表明P91 鋼HAZ 存在一個蠕變斷裂強度劣化的區(qū)域，劣化從焊接HAZ 的850℃，即AC1 開始，925℃是劣化的最低值，然后逐步恢復(fù)，在HAZ 溫度超過1100℃后，才恢復(fù)到接近母材。還示出了蠕變斷裂強度劣化程度，可以推論，這一劣化區(qū)的寬度越大，對接頭高溫強度的影響就越明顯，因此控制850～1100℃HAZ 的寬度是控制這一劣化影響的重要手段。顯然這也需要通過控制焊接線能量和層間溫度來實現(xiàn)。

2 電廠異種鋼焊接

電廠異種鋼焊接的主要對象為奧氏體不銹鋼（簡稱A）與鐵素體型（簡稱F） 耐熱鋼異種金屬的焊接。近年來，國內(nèi)外發(fā)生了多次異種鋼焊接接頭斷裂失效事故。目前盡管關(guān)于異種鋼接頭的早期失效原因、影響因素及剩余壽命預(yù)測已有了部分研究成果，但對異種鋼接頭早期失效的機理尚缺乏系統(tǒng)的研究。

對A/F 異種鋼接頭研究的新進展

1） 異種鋼接頭的失效模式，目前，對異種鋼接頭失效的模式有基本統(tǒng)一的認(rèn)識，其中比較有代表性的失效模式有以下3 種：①低合金鋼側(cè)距熔合線1～2 個晶粒的原始奧氏體晶界上形成裂紋并擴展產(chǎn)生失效。這種模式在不銹鋼填充金屬的異種鋼接頭中較普遍，也偶見于鎳基填充金屬；②運行中沿熔合線寬帶狀碳化物形成裂紋和擴展并導(dǎo)致失效，這種模式在鎳基填充材料的異種鋼接頭中較普遍；③焊縫中低合金鋼界面外壁形成氧化缺口并擴展導(dǎo)致失效。氧化缺口在所有運行后的異種鋼接頭中都能發(fā)現(xiàn)，多數(shù)情況下，這種缺口并不擴展，但在薄壁管承受較大的彎曲應(yīng)力等情況下，這種缺口容易擴展而失效。這種失效模式獨立于上述2 種模式，在不銹鋼填充金屬和鎳基填充金屬的異種鋼接頭中都能發(fā)生。

2） 異種鋼接頭延壽措施，雖然對異種鋼接頭的失效機理還沒有形成完全統(tǒng)一的認(rèn)識，但近年來在實踐中各國的焊接工作者還是找到了一些延長異種鋼接頭的有效措施。比較有代表性的方法有2 種：①采用鎳基填充金屬。統(tǒng)計表明，在設(shè)備正常運行的條件下，鎳基填充金屬的異種鋼接頭的壽命是其它填充金屬的3～5 倍；②在接頭中間加入過渡段，以便減輕異種鋼接頭A/F 金屬間的蠕變強度和線膨脹系數(shù)的不匹配程度。

3） 異種鋼接頭失效機理研究的發(fā)展方向，對異種鋼接頭失效機理的研究雖然從20 世紀(jì)50年代就已經(jīng)開始，但大量的研究者往往把注意力集中在冶金因素或僅在力學(xué)范圍內(nèi)考慮各種載荷對接頭的損傷，較少考慮力學(xué)因素對冶金動力學(xué)的影響。近年來，美國EPRI 的專家提出異種鋼接頭承載時由于接頭各區(qū)蠕變抗力和彈性模量不同導(dǎo)致彈性應(yīng)力重新分布而影響接頭失效行為的觀點。國內(nèi)史元春、田錫唐等專家利用有限元計算、高溫密柵云紋及蠕變斷裂試驗分析了Mo-Cr-V 系異種鋼接頭的蠕變應(yīng)變分布特性，提出鄰近界面低強母材側(cè)的應(yīng)力三軸度是控制早期接頭脆性斷裂的主要力學(xué)控制參量的觀點。

3 高效焊接方法的新進展

3.1 表面張力過渡CO2 焊接技術(shù)

表面張力過渡(STT) 技術(shù)本質(zhì)上是一種計算機控制的脈沖CO2短路過渡焊接技術(shù)，它與傳統(tǒng)的CO2焊接技術(shù)的區(qū)別在于：使用計算機準(zhǔn)確控制熔滴過渡行為，使熔滴過渡主要依靠液體金屬的表面張力而不是電磁收縮力完成。

3.2 開放環(huán)境下瞬時液相擴散焊接技術(shù)

1） 瞬時液相擴散焊接機理，將一成分接近于母材、熔化溫度低于母材的TLP 中間層合金（厚度約30～50mm） 作為焊接材料，將工件裝配好后，在惰性氣體的保護下，加熱到焊接溫度，并施加一定的壓力。在焊接溫度下，中間層首先熔化，潤濕母材，工件配合面間形成一薄層液體。保溫時，中間層與母材間的元素迅速擴散，使界面成分發(fā)生變化，這種變化導(dǎo)致連接溫度下發(fā)生等溫凝固，形成可靠的焊接接頭。等溫凝固發(fā)生后，接頭組織與母材基本相似，但在成分上仍有差別，需保溫以達到接頭成分均勻。整個過程為：中間層熔化—擴散—等溫凝固—均勻化。

2） 開放環(huán)境下的TLP 在電廠的應(yīng)用，目前，日本已將其研制的開放環(huán)境下的TLP 用于電廠水冷壁管的更換，使工程進度較傳統(tǒng)的修復(fù)工藝明顯加快，并且不需要爐內(nèi)外2 個焊工同時施焊。開放環(huán)境下TLP 技術(shù)盡管已有成功應(yīng)用的實例，但作為一種新型的焊接方法，遠未達到完全成熟。目前，專用中間層材料的種類、數(shù)量還很少，需要進一步研發(fā)；關(guān)于壓力、焊接溫度、保溫時間等焊接參數(shù)對接頭性能的影響并不完全清楚；用于焊后檢測的無損探傷方法亦需要進一步探討。