耐热钢(T23钢)焊接及热处理工艺工法

1、耐热钢（T23钢）焊接及热处理工艺工法（内蒙古第一电力建设工程有限责任公司 包头 王俊明1 吕燕邦2 014030）摘要：在火电建设中，焊接技术是一项重要的安装工艺，它直接关系到工程质量、建设速度以及投产以后的安全运行。本文通过具体实例，对新型耐热钢焊接性能及热处理工艺进行阐述和分析，从而说明焊接在安装生产中的重要性。关键词：火电；耐热钢；焊接工艺；热处理1.前言电力是国民经济的基础产业之一，是国家历来发展的重点工业。电力工业的发展对提高我国的综合国力和人民生活水平起到了极为重要的作用。在火电建设中，焊接工作是一项重要的安装工艺，它直接关系到工程质量、建设速度以及投产以后的安全运行。随着今后火

2、电建设将以高效率、低污染的超临界（SC）和超超临界（USC）机组为主，建设上述机组的关键性技术是锅炉蒸汽压力及温度等参数提高后所需采用的锅炉用新型耐热钢的材料使用性能和焊接技术等问题。这将再次体现焊接工作在火电建设中的重要性，然而也给从事焊接技术工作者带来了机遇和挑战。2.工法特点2.1 T23钢材是在2.25Cr-1Mo钢的基础上，通过降低碳含量和添加W、V、Nb、B等元素而获得的材料。“W”在其中起加强固溶强化的作用，“B”起着微合金化个弥散析出强化作用。2.2 锅炉容量增大，为了提高效率，希望增大受热面积，为此减小管径，这样就使水冷壁变成更大更薄的结构，如果仍采用传统的铁素体贝氏体耐热钢

3、，焊后就需要进行焊后热处理，对这种大而薄的平面形构件实施热处理不仅难度很大，而且受热后极易产生扭曲变形，且这种扭曲变形是极难矫正的。因此，从工艺要求出发，需要采用焊后可以不进行热处理的钢材来制作。2.3 ASME标准允许T23小径管不进行焊后热处理，理由是： T23小径管焊后最大硬度小于等于300HV，明显比T22的低，不进行焊后热处理发生裂纹的可能性很小。 即使不进行焊后热处理，焊接接头也有足够的塑性和韧度，尤其是完全采用GTAW方法焊接的接头。 不进行焊后热处理，焊接接头的蠕变断裂强度值还是分布在母材蠕变断裂强度值范围内。3.适用范围3.1由于其蠕变断裂强度比较高，可降低管道和受热面管子的

4、壁厚，减轻管道重量和运行热应力，有利于节约钢材和大大提高电站锅炉的安全使用寿命以及降低制造投资费用。3.2根据这类钢材的特性，其更具备在工作温度和高温强度要求都比较高、抗蒸汽和烟气腐蚀环境下工作的能力，更适用于制造高温、高压条件下工作的超临界、超超临界电站锅炉的模式水冷壁、过热器、再热器、集汽联箱和管道上。3.3推荐的工作温度可达575。3.4本工法适用于设计有SA213-T23耐热钢的所有型号的锅炉耐热钢焊接及焊后热处理工艺，对SA213-T24、P23、P24也具有很大的参考价值。4.工艺原理4.1 作业程序焊前准备焊接过程焊接检验质量验收资料整理4.2 作业方法4.2.1焊前准备4.2.

5、1.1 焊工资格：技术员验证参加该项目施焊的焊工合格证书，焊工必须具备DL/T679-1999焊工考试规程类合格证书。4.2.1.2 工具准备：焊工上岗前将手工电弧焊及钨极氩弧焊所用的电焊把、氩弧焊把、角向磨光机、钢丝刷、扁铲、手锤、面罩等准备齐全。4.2.1.3 技术交底：施焊前技术员对所有参与该项目焊接的焊工进行技术交底，并办理签证。4.2.1.4 签发焊材：焊工经交底后，在焊材领用单上填写相关内容，然后由技术员审核签字。4.2.1.5 领用焊材：焊工持经审核的焊材领用单到材料库领取焊材，材料库管理员要认真审核后发放焊材，焊材发放要正确，记录齐全规范。焊工将领用的焊条放入80-100的保温

6、筒内，随用随取，剩余焊材及时退库，以免错用焊材。4.2.1.6光谱复查：在施焊前对合金管材焊口附近进行100%的光谱检查，光谱检查结果与图纸标注材质一致，方可焊接。4.2.2 焊接过程4.2.2.1 坡口制作：坡口形式为“V”型，坡口角度为30°-35°，间隙为1-3mm，钝边为1-2mm；对口时将坡口两侧10-15mm范围内的油漆、铁锈、氧化物打磨干净露出金属光泽。锅炉受热面焊口，其中心线距离管子弯曲起点或集箱外壁不以及支吊架边缘得小于70 mm，两个对接焊口间距离不得小于150 mm。4.2.2.2打底选用焊材蒂森公司开发的钨极氩弧焊焊丝牌号为UnionCr2 W V（

7、ER90S-G），主要用于小口径管对接焊，焊丝化学成分如下：化 学 成 分CMnPSSiCrMoTi0.080.540.030.010.52.140.08n.sVWNbBNNi0.211.580.0310.0020.0110.04焊接参数如下：焊丝牌号：UnionCr2 W V（ER90S-G）焊丝直径：2.4焊接电流：100-150A焊接电压：9-14V预热温度：室温层间温度：150未进行焊接预热和焊后热处理热处理的熔敷金属强度和冲击韧性都比较高，室温冲击韧性值可以达到200J，最高硬度为270HV。采用740保温2小时焊后热处理之后的冲击韧性仍然比较高，但是强度明显降低。所以采用Union

8、Cr2 W V焊丝进行小口径管手工钨极氩弧焊时，无需进行焊接预热和焊后热处理，焊接接头的机械性能完全满足水冷壁、过热器、再热器的焊接技术要求（冲击韧性值47J和最高硬度350HV）。对于大口径管手工钨极氩弧焊的打底焊（管径超过101.6mm），建议预100-150焊接，焊口必须进行740保温2-6小时的焊后热处理。4.2.2.3点固焊：强制对口可拒绝点焊，点固焊时采用氩弧焊对称点固，以减小变形。焊点长度为5-10mm，厚度不小于3mm；点焊后，检查焊点质量和对口质量，如有缺陷或焊口折口现象，应及时处理后方可进行下道工序。点固焊所用的焊材及焊接工艺与正式焊相同。壁厚6mm的合金钢管子在负温下焊接

9、时，预热温度可适当提高30-50，SA213-T23预热温度不得低于室温（20）；壁厚6mm的合金钢管子在负温下焊接时，可适当预热。预热宽度从焊口中心开始，每侧不小于管件厚度的三倍，管件厚度大于35mm的焊接接头预热时的升降温速度可按：（250×25/壁厚）/h计算，且不大于300/h。降温时，300以下可不控制。4.2.2.4 打底焊：采用氩弧焊进行打底焊，焊层厚度不小于3mm；打底焊后，应及时检查焊缝质量，发现焊接缺陷应及时处理。4.2.2.5填充选用焊材焊接参数如下：焊条牌号：Thyssen Cr2WV（E9018-G）焊条直径：3.2焊接电流：90-140A焊接电压：22-2

10、6V预热温度：150-200层间温度：250手工焊条电弧焊的焊态冲击韧性比较低，如有冲击韧性要求，应进行焊后热处理。经过740保温2-6小时焊后热处理之后，强度及硬度降低，冲击韧性明显提高，可以达到150-160J。4.2.2.6填充、盖面焊：打底焊缝经检查后，及时进行次层焊接，焊缝不得停留隔夜。填充盖面焊采用手工电弧焊，焊道的单层厚度不大于所用焊条直径加2mm，摆动宽度不大于所用焊条直径的4倍，施焊中，应特别注意接头和收弧的质量，收弧时应将熔池填满，多层多道焊接头应错开。焊接接头力学性能试验焊后热处理b （Mpa）焊锋冲击试验（J）室温600020不做57735067、120、71平均值86

11、125、224、299平均216不做570376标准要求5104.2.3 焊接质量检验4.2.3.1 焊缝外观质量标准：焊缝类别属于类，焊缝余高0-2mm，焊缝余高差2mm；焊缝宽度每侧增宽2mm，焊缝宽度比坡口增宽4mm；裂纹、根部未焊透、气孔、夹渣、未熔合不允许；根部内凹1.5mm根部凸出2mm。焊缝错口外壁0.1且1mm；焊缝接头良好，过渡圆滑，焊道匀直4.2.3.2 焊缝自检：焊缝完成后焊工进行100的自检，用磨光机、钢丝刷、扁铲认真清理，并在焊缝边缘打上焊工本人的钢印，做永久性标记，然后做好自检记录。4.2.3.3 无损检验：经外观检查合格后，需热处理的焊口及时进行热处理，保证当天焊

12、口当天热处理。热处理完毕，经审核曲线符合要求后，技术员填写无损检验委托单委托金属试验室进行无损检验，将检验结果及时反馈给班组，对不合格的焊口及时处理，返修工艺与正式焊相同。受热面管排焊接完成后应对焊缝做不小于10%的光谱抽检复查。已热处理的焊口，如果曲线合格，可免做硬度测试。4.2.3.4焊缝综合评定：质检人员对结束的分项工程做焊接接头表面质量评定及统计无损检验一次合格率，评定结果应如实填写。依据自检记录表和评定表及金属实验室检验报告填写验收申请单申请质检部门验收。4.2.4 质检科验收质检科接到验收申请单对该分项工程进行抽查，对不合格的焊口以书面形式下发质量问题通知单通知施工班组返修。验收合

13、格，质检部门下达焊接综合质量评定结果通知单。4.2.5 资料整理对施工项目焊接资料进行整理、汇编，符合验评标准，按时送交质检部门。5.施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程5.2操作要点5.2.1焊接过程中，管内壁是否进行充氩保护，可视具体情况而定，为保证焊缝根层不致过分氧化和清洁，以采用充氩保护为宜。5.2.2焊道设计：小径薄壁管最应分二层焊接；大径厚壁管应采取多层多道焊接。根层焊道厚度最低不小于3mm，其他各层焊道厚度为焊条直径加2mm。多层多道焊接，其每层每道焊缝摆动幅度为焊条直径的4倍。表面层最后一道焊道在焊缝中间为“退火焊道”（水平固定焊位）。6.材料与设备序号名称规格型号数量备注

14、1电焊机ZX7-4002台2焊丝2.4/A5.28 E90S-G100kg相当于AWS标准3钨极2.5/Wce1kg4氩气20瓶符合GB/T4875规定5面罩4个6氩弧焊枪QQ-85°/150A4套7氩弧表AT-156块8电焊把300A6把9铜芯电焊线50mm2100m210氩弧带60m7.质量控制7.1 质量保证措施7.1.1 思想措施7.1.1.1 在职工中开展思想教育工作，加强“安全为天，质量为本”的宣传，提高职工的质量意识和创国优意识7.1.1.2 结合当前形势加强市场竞争教育，使每个职工树立进取、创新、实干精神。7.1.1.3 解放思想，提倡与国际一流接轨，敢创精品的精神。

15、7.1.2 施工措施7.1.2.1 成立以焊接专责工程师为组长的技术组，并将技术任务分配给每个班组工程师、技术员，明确技术责任。7.1.2.2 对本台机组涉及的新材料、新工艺进行研究，加强图纸会审工作，发现问题或施工图中存在不合理的地方应及时提出修改意见做好充分的技术准备。7.1.2.3 编制焊接专业施工组织设计和作业指导书并形成有效的技术文件。7.1.2.4 焊工培训：坚持焊工持证上岗，对合格证过期的人员及时的组织培训、复试。施焊受热面部件的焊工应在正式施焊前进行不少于两周的焊前练习，确保焊工在正式施焊前技术水平达到一个较高的状态，另外组织职工进行专业理论知识的学习，和本台机组系统知识的学习

16、，做到理论联系实践。7.1.2.5 加强施工过程中对人员、机具、材料、工艺方法和施焊环境的有效控制，建立健全各项规章制度，提高焊接质量的管理水平。7.1.2.6 提高受监管道的焊口质量除按要求进行无损探伤外，必要时与业主和监理单位协商提高焊口的探伤比例。7.1.2.7 严格执行焊口打钢印制度，将焊口（缝）的质量责任落实到每个施焊者，做到不合格的焊口有人可查，提高焊工的责任心。7.1.2.8 把消除焊接质量通病做为检查工作中的一个重点内容。8.安全措施8.1. 施工保证措施8.1.1 建立以专责工程师、技术员、班长为核心的技术保证体系和专职安全员、班组兼职安全员为核心的安全监督保证体系，形成覆盖

17、整个焊接施工责任区各个角落的安全文明施工管理网络。8.2 技术保证措施8.2.1 分项工程施工前必须编制安全施工技术保证措施，并在施工前进行有针对性的安全技术交底，履行签字手续。未进行安全技术交底的项目严禁施工。工程正式开工前，对全体职工进行安全教育并进行考核，合格后才能分配上岗。8.2.2 安全技术措施应明确该项目的危险点、防范措施、明确责任人。8.2.3 严格遵守安全生产章程，安全员随时监督、检查、纠正、教育惩罚。8.2.4 施工人员必须正确使用安全帽、安全带等劳保安全用品。8.2.5 施工中发现不安全因素妥善处理或向上级报告，爱护安全设施，不乱拆乱动。8.2.6 尊重和支持安全监察人员的

18、工作，服从安全监察人员的监督与指导。8.2.7 有权制止他人违章，有权拒绝违章指挥。8.2.8 作业前检查工作场所做好安全措施，以确保不伤害自己，不被他人伤害，不伤害他人。9.环保措施9.1建立环境保护措施，加强宣传教育工作，使职工自觉执行环境保护措施，在工程建设过程中，防止和尽量减少对施工场地和周围环境的影响。9.2根据施工过程中或其他活动中产生的污染气体、污水、废渣、粉尘、放射性物质以及噪声等可能对环境造成的污染和危害，单独编制环境保护措施。9.3工程建设过程中产生的建筑垃圾和生活垃圾，应及时清运到指定的地点，集中处理，防止对环境造成污染。10.效益分析10.1此工法施工工艺简单，易于操作，可保证焊材使用的准确性及机组运行的稳定性，避免质量事故的发生。10.2保证了后续锅炉点火运行所必须的节点计划，保证整个工程顺利运行投产，确保正常的蒸汽及电力供应。11.应用实例11.1工程名称：