304H/TP310HCbN異種鋼焊接質量控制

周鴿，陳瑞，魏烈帥，葉長鵬，張捷

1.中國電建集團山東電力建設第一工程有限公司 山東濟南 250102

2.華能秦煤瑞金發電有限責任公司 江西贛州 341108

1 序言

SA213-SUPER304H（以下簡稱304H）和SA213-TP310HCbN（以下簡稱TP310HCbN）是當前大量應用在發電機組高溫過熱器、高溫再熱器等高參數工況部件的材質。304H鋼具有較細的晶粒尺寸，其高溫強度、長期塑性以及抗腐蝕性能較好；TP310HCbN鋼在TP310耐熱鋼基礎上添加了0.2%～0.6%（質量分數，下同）的Nb和0.15%～0.35%的N，高溫性能、蠕變斷裂強度較高。但此類奧氏體耐熱鋼焊接性較差，涉及304H/TP310HCbN異種鋼焊接作業更是僅限于鍋爐廠內部較好工況下，電建施工單位在項目現場進行此類奧氏體異種鋼焊接情況少見。中國電建集團山東電力建設第一工程有限公司承建的某超超臨界機組工程塔式鍋爐涉及304H/TP310HCbN異種鋼焊接，焊接接頭統計見表1。

表1 304H/TP310HCbN異種鋼焊接接頭統計

2 現狀調研

為準確掌握304H/TP310HCbN異種鋼焊接質量控制難點，組織3組焊工在模擬現場施工環境下進行焊接作業，焊接完成98只焊接接頭，經射線檢測一次合格率為89.80%（見表2），無法滿足現場施工的質量控制目標“無損檢測一次合格率≥98%”的要求。

表2 無損檢測統計數據

3 焊接工藝制定及控制要點

分析表明，Thermanit 617焊絲的化學成分和力學性能夠滿足304H/TP310HCbN異種鋼焊接工藝要求。且根據相關資料可知，Thermanit 617焊絲不僅具有良好的焊接工藝性能，而且在長期高溫服役下具有很好的顯微結構穩定性、良好的高溫蠕變性能和抗氧化（腐蝕）性能。為進一步驗證其可行性，本項目進行專項焊接工藝評定。經評定，焊接接頭常溫力學性能試驗相關數據滿足施工需要，焊接工藝可操作性強。

根據焊接工藝評定結果制定現場焊接工藝卡，焊接參數見表3。層間溫度≤120℃，保護氣體選用99.99%Ar，正面保護氣體流量為8～12L/min，背面保護氣體流量為8～10L/min。

表3 焊接參數

焊接過程中的控制要點如下。

1）參與304H/TP310HCbN異種鋼焊接的焊工必須證件合格并滿足現場施焊要求，現場施焊經驗豐富，具有很強的責任心，能夠充分執行焊接工藝要求。

2）304H/TP310HCbN異種鋼焊接施工所用焊機必須具有高頻引弧及保護氣體提前和滯后功能，操作調節靈敏度高[1]。

3）304H/TP310HCbN異種鋼焊接管件坡口采用機械加工方式，坡口清理、接頭修整使用電動打磨工具，必須選用無氯鋁基無鐵材料制成的砂布、砂輪片、電磨頭或不銹鋼材料制成的鋼絲刷，防止接頭區域增碳。

4）在304H/TP310HCbN異種鋼焊接施工過程中，必須采取避免母材、焊接材料與碳素鋼或其他合金鋼接觸的預防措施，防止造成鐵離子污染。特別注意焊縫檢測尺、組對夾具等應采用不銹鋼材料制品。

5）焊接前采用酒精或丙酮等溶劑對焊接坡口及附近區域進行清洗，避免焊接過程中有其他污物熔入焊縫，造成焊縫飛濺或氣孔等缺陷。

6）為保證304H/TP310HCbN異種鋼根部焊接質量，焊縫根部及次層焊道焊接，背面應持續采取充氬保護。焊接前用水溶紙在坡口兩側150mm處制作密閉氣室，焊接時從管道內部進行充氬，氣體流量可先大后小，待密閉氣室內空氣排盡后，充氬流量控制在8～10L/min。當施工空間受限或充氬效果難以保證時，雖然可在坡口及根部涂抹防氧化保護劑，但寬度控制在5mm以下，厚度控制在1mm以下，避免焊后結渣影響焊接接頭檢測和使用，焊接接頭充氬保護方式如圖1所示。

圖1 焊接接頭充氬保護方式

7）在304H/TP310HCbN異種鋼焊接過程中，應采用小熱輸入焊接，層間厚度不宜大于焊絲直徑。焊接參數嚴格按焊接工藝卡執行，焊接過程可采用短焊道和間斷焊方法，嚴格控制層間溫度不超過120℃，避免焊縫晶粒粗大，最終焊縫表面色澤不應出現灰色和黑色。

4 結束語

從工藝評定和現場施工來看，選用Thermanit 617焊絲進行304H/TP310HCbN異種鋼焊接是可行的，對接接頭在力學性能等方面均能滿足相關技術要求。若保證304H/TP310HCbN異種鋼焊接工藝質量，則需要從施工各環節嚴格把握，通過施工過程的有效控制，進一步提升焊接質量，充分保證焊接接頭的安全可靠性，確保機組長期安全穩定運行。