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焊接高级技师考评论文
SA213-TP347H／12Cr1MoV异种钢焊接工艺
作者:广利发
2013年6月
SA213-TP347H／12Cr1MoV异种钢焊接工艺
[摘要] 本文介绍了某电厂检修中锅炉屏式再热器的更换，对SA213-TP347H／12Cr1MoV异种钢焊接所遇到的问题以及所采取的改进措施和方法。因为焊接是影响工程质量的关键，为提高工程质量，创造了良好的社会效益和经济效益，希望能为以后类似工程提供一些很好的借鉴。
[关键词]薄壁管异种钢单面焊双面成型焊接工艺
前言
工程简介
电厂锅炉检修中，对锅炉原有屏式再热器进行局部更换成SA213-TP347H材质的屏管与集箱连接小管（材质为12Gr1MoV）相连接，屏式再热器管屏一共有54排每排20根管，每排间距300mm，管子间距15mm，焊口位置在穿顶棚管250mm处，规格为57.5×4.5。在这管子密集焊接空间位置狭窄，每根管间焊口的填充和盖面都存在焊接‘盲区’、焊缝背面易过烧及氧化等不利因素增加了焊接施工的难度，对于这种焊接性能相对较差的异种钢的焊接，要保证质量需要有可行的焊接工艺和焊接方法。
一、钢材的焊接性分析
1.SA213-TP347H钢为奥氏体不锈钢、12Cr1MoV钢为珠光体耐热钢，其化学成分和机械性
能如下表一～表二。表一
表二
12Cr1MoV钢和SA213-TP347H钢都具有优良的高温化学稳定性和足够的高温强度，且SA213-TP347H钢有很强的抗高温腐蚀能力，由于金相组织和合金成分的不同的异种钢在焊接时会出现以下问题：
1，由于12Cr1MoV钢的碳含量高于SA213-TP347H钢和其它元素含量差异，焊接接头在高温条件下会在焊缝的熔合区中出现碳扩散现象。
2.由于两种钢材线膨胀系数不同，使焊缝和熔合区附近产生附加拉应力，很容易引起焊接裂纹。
3.而SA213-TP347H钢属于奥氏体不锈钢，焊接时存在450～850℃晶间腐蚀倾向。由以上问题会导致焊缝的早期失效，所以需要选择合理的焊接工艺措施、焊接工艺参数和相匹配的焊接材料来克服和抑制以上问题从而获得满意焊接接头。二.焊接方法和焊材
电厂建设中，薄壁小管焊接通常采用手工钨极氩弧焊的方法焊接，采用手工钨极氩弧焊打底，手工钨极氩弧焊填充盖面。
通过焊接性的分析，选择超低碳、含有稳定碳元素的合金元素Nb或Ti和线膨胀系数接近于珠光体耐热钢的镍基合金型材料是（珠光体耐热钢/奥氏体不锈钢）这类异种钢焊接最理想的焊接材料，目的能抑制焊缝的熔合区中碳的扩散，改变焊接接头的应力分布。从而改善了焊缝及熔合区的组织和性能，焊材由业主提供的ERNiCr-3，规格为φ2.4。焊材化学成分和机械性能.如表
（三）。
表三
三.难点分析和相应措施
由于屏式再热器管口的管壁较薄，壁厚为4.5mm，管子密集度大，焊口管与管之间仅为15mm，给施焊带来了很大的困难，在接头位置很容易产生过烧、未熔合、气孔等缺陷。在平时安装中类似该部件都是作为攻关难点来焊接的，这就要求我们必须找出缺陷产生的原因，并选用合适规范，以确保此次检修的焊接质量。
1.困难分析
通过大家分析后一致认为容易产生缺陷的主要原因是屏式再热器管口之间的距离较小（仅15mm），管排与管排之间太密集（仅可将头的前部探入），从而导致了焊接“盲区”，在该处的焊接头容易产生过烧和未熔合，如图
（一）所示
在正常氩弧焊时，钨极伸出瓷嘴3-5mm氩气保护状态为最好。但为了让电弧作用到管口间隙
最小的焊接“盲区”，只有将钨棒比正常情况下多伸出2mm左右，这样会使氩气对电弧熔化区域的保护减弱，从而易产生气孔。再者，由于管壁薄，过烧、气孔、未熔合等缺陷容易超标，也是薄壁管口焊接质量不高的一个重要原因。如果在两管之间“盲区”的接头处产生超标缺陷，给焊口返修带来很大的困难。
2.相应措施
为了制定最有效的措施，我们进行了一个现场环境相似的模拟焊接试验，采用相同材质、规格的管子以及相同的位置，做好准备工作，在两根管子的背面堵上保温材料或防火布，和管口里面150mm处用水溶性纸或面巾纸堵住，使两管之间不至有空气流动，管子里充氩气保护。以三层焊完焊口（即打底、填充和盖面），由于位置的限制必须采用头戴皮面罩，将钨极必须比正常伸出多2mm（约6-7mm）才能完成“盲区”位置接头的焊接，为得到良好的氩气保护，我们调整焊枪的角度及采用特定的焊接顺序，进行多次试焊，直到得出理想的结果。最后确定了可在实际焊接中运用相应措施。如图
（二）:
四.焊接过程 1.焊前准备
㈠.焊机选用V300-1型林肯逆变焊机，焊机性能优良。
㈡.焊材选用氩弧焊丝ERNiCr3，除去表面的油垢等脏物。选用氩气作保护气体，氩气纯度≥99.95%。
㈢.坡口制备
①.对口间隙控制2.5-3.0mm，钝边0-0.5mm，60～70度V型坡口详见图
（三）；
②.坡口及其内外管壁两侧10-15mm范围内用角磨机将锈、油垢和氧化物等杂物清理
干净，直至露出金属光泽；
③.对口装配应避免损坏坡口，不得强行对口，严禁在焊缝坡口外弧，严禁在管子上焊接与支撑物。
五
.焊接工艺措施
1.要求钳工认真对口、钝边、间隙、错口等应符合规范的要求。
2.为保证质量，屏式再热器所有管口均选用全氩焊接工艺。根据广东火电工程总公司提供的工艺卡要求如下表
（一）：
注：a.氩气流量8～10L/min，背面氩气流量8～10L/min；
b.层间温度小于100℃。
3.在焊接方面，采取以下措施：焊口组对前首先将水溶性纸或面巾纸揉成适当的团状在管口两侧焊口壁内150mm处堵住，间隙处使用医用胶布封住，使管壁内形成一个气室。
4.将球针做成U型，氩气通过球针从焊口间隙的正面位置充入，在整个焊接过程中，一边焊接一边往管口里面充氩气保证根部有足够的氩气保护作用。对焊口充氩气一分钟左右后，从“盲区”位置进行打底（即12点钟过一点开始），在对盲区焊接时将起头尽量越过盲区的中心点，让下一次接头时方便些，在打底完前正面位置预留一个小孔（约六分之一焊缝）作为氩气入口和观察孔。如图
（四）：
5，用笔型小手电对根层焊缝再作仔细检查，检查是否有焊接缺陷，如果发现有焊接缺陷应该马上处理，为了避免焊接温度过高可以两至三个焊口同时进行打底，盖面是要继续对焊口充氩气约一分钟，再进行层间填充或盖面。第二、第三层焊到离预留的孔15mm处收弧（焊接顺序与打底相同），把冲气针拉出，再把第一层小孔焊上，然后尽快回到第二、第三层将其焊完，以免里面的氩气跑掉而失去保护作用。注意每一次收弧时应该填满弧坑使熔池逐渐缩小并将电弧逐渐移向焊缝边缘5mm处熄弧，电弧熄灭后应该保持对收弧处供气延迟保护10秒钟，注意打底焊接时，当焊接到点固焊位置时，为保证根层焊接质量，须将点固焊焊缝用磨角机磨去。
6．焊接完成后认真进行自检，发现有咬边或表面气孔等缺陷马上进行处理，如需补焊的则应及时进行补焊。
八.结束语
通过以上的焊接方法对沙角C电厂1#炉屏式再热器检验1080个焊口的RT探伤一次合格率达到了99.6 %，取得了良好的效果。只有科学的制度,工艺规范，并严格遵照执行，才能获得满意的焊接接头。我们认识到现场施工会遇到各种各样的问题，只要合理运用焊接工艺和方法，采用有效的措施，并加强对焊工优良作风的培养，增强质量意识，才能提高工程焊接质量。
九.致谢
焊接工程公司焊接工程师郑电文对本文的修改提供了宝贵意见，仅此致谢。十.参考文献和编制依据 1.《技师论文撰写与答辩》广东省职业技能鉴定指导中心 编 2.W3.8V3-110焊接工艺卡 3.锅炉屏式再热器检修作业指导书
4.《高级电焊工技术》机械工业职业技能鉴定指导中心 编
