SA213―T23钢焊接工艺探讨

摘 要：印度KMPCL项目是6×600 MW亚临界燃煤电站，属于山东电建一公司海外项目中装机容量最大的一个工程。每台锅炉受热面范围内的高压焊口达3万多道，其中高过出口的材质为SA213-T23钢，规格为φ51 mm×7 mm，焊口648道；后屏过热器出口材质为SA213-T23，规格为φ51 mm×7.5 mm，焊口360道。

关键词：SA213-T23 焊接工艺 探讨

中图分类号：TK226 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）08（a）-0071-02

该文分析了新型合金钢SA213-T23的焊接性能，对T23钢的焊接工艺进行实践、研究与探讨，结合现场实际情况，使用了新的充氩工艺。依据现场焊接情况和性能试验，并结合后期运行使用，对新工艺进行了实践验证。

1 焊接性能分析

1.1 材料成分

ASME SA213-T23是日本住友金属工业株式会社开发的一种新型耐热钢，其化学成分如表1所示。

1.2 淬硬性

钢材的淬硬性取决于含碳量、合金成分以及合金成分的含量。根据碳当量的计算公式[C]=C+Mn/6+（Ni+Cu）/15 +（Cr+Mo+V）/5，计算出T23的碳当量为0.6384，由碳当量可见T23有一定的淬硬性，而且Cr、Mo、V等合金元素都不同程度地提高了钢材的淬硬性。

1.3 氧化性

有表1可以看出，T23的合金含量介于4.2805～6.296之间，在高温下这些合金元素与氧气发生化学反应，形成合金元素的氧化物，大大降低了金属的力学性能。在焊接过程中，如果焊缝金属在高温状态下停留的时间过长，必将造成焊缝金属氧化。

2 焊接工艺评定试验

2.1 材料机具

钢材SA213-T23，规格为φ63.5 mm ×4 mm。

焊接设备为SKR-400逆变焊机，生产厂家MOGORA（印度公司）。

2.2 焊前准备

对口要求：钢材内外壁两侧15 mm范围内油、垢、锈等清理干净，直至发出金属光泽。坡口间隙在2.5 mm±0.5 mm为宜。

焊接方法：氩弧焊接；焊前检验焊机的使用性能是否良好，焊钳、焊枪有没有破损；钨棒尺寸型号为：2.4 mm铈钨极；背面氩气保护，氩气纯度为99.995%。

焊接材料：焊丝选用ER90S-G，焊丝商业牌号为日本神户制钢的TGS-2CM。

2.3 焊前预热及层间温度控制

焊前用火焰预热法将焊口预热到150 ℃左右，用红外线测温仪测量预热温度是否达标，检测焊口预热温度时至少要抽检该焊口三点不同的地方，以免预热不均匀。焊接过程中层间温度控制在150～250 ℃。

2.4 焊接工艺参数（见表2）

2.5 焊接程序及操作技术要求

由于T23的合金含量高，高温下极易氧化；根据DL/T869-2004《火力发电厂焊接技术规程》中5.3.2规定，我们在焊接前对焊口内壁进行充氩保护。

根据现场实际情况，我们选择了从焊口间隙充氩的方法，首先用水溶纸塞入焊口两端进行封堵，水溶纸距离焊口坡口边缘100 mm左右为宜，并用保温棉将焊口间隙密封，预留10 mm左右间隙，使用特制的鸭嘴形状的充氩装置插入该间隙向管口内充氩。

第一层封底焊时，电流不宜过大，否则容易出现过烧现象。在最后一点的封底焊接时，先向内部充氩几秒钟，然后迅速拔出充氩鸭嘴，立即焊上最后一点根部。

焊接采用多层焊接，焊层不宜太厚，在保证填充金属和母材融合良好的情况下，尽量提高焊接速度，以减少热输入量，降低熔池的温度，避免重新熔化导致焊缝金属的氧化，以及避免焊缝的淬硬性。

熄弧时，应填满弧坑将熔池逐渐缩小并移向焊缝边缘处收弧。熄弧后，应对收弧处的熔池供氩10S进行延时保护，避免产生弧坑裂纹。

2.6 性能试验检验

上述工艺方案焊接试件2个，经外观检验合格后，进行射线探伤，合格后做力学性能试验。按国际标准加工后的试验试件，分别进行拉伸、面弯、背弯等试验，试验后的拉伸应力完全符合标准规定，按规定进行的面弯、背弯等试验也没有发现裂纹。

3 焊接工艺现场实践

3.1 焊前准备

在项目开工前，对已经取得焊工上岗证的优秀焊工进行模拟培训，模拟过程中要严格要求焊工执行上述焊接工艺，模拟现场实际工作位置进行练习，让焊工提前熟悉这个工艺的操作方式和材质的性能。

3.2 焊接过程控制

（1）由于是高空安装焊接，要求焊接开始前做好挡风设施，避免因为外部原因影响焊接质量。

（2）对口时，焊口点固焊长度不小于10 mm，对称两点点固，以免对口产生的应力撕裂焊缝；点固后立即进行根部焊接，如果不能及时焊接，再次焊接时要检查点固位置，并且重新预热。

（3）在现场焊接过程中，从焊口打磨、填塞水溶纸、对口、焊前预热、背面充氩保护到焊接操作，都要严格按照焊接工艺进行，质检人员要严格监督现场施工过程，发现操作过程有违反焊接工艺的情况，及时督促焊工改正。

3.3 检测结果

印度KMPCL工地#3锅炉高过出口及屏过出口SA213-T23管道焊口总数为1008道，探伤一次合格率达到96.5%；#4锅炉焊口一次探伤合格率为98.6%。对缺陷分析发现没有一例根部氧化的情况发生，说明本工艺完全能防止T23合金钢根部在高温下的氧化。

4 焊接工艺总结

T23钢生产的小口径管道一般是连接集箱使用，充氩非常困难；从管道端口充氩，充氩时间过长，据统计管道端口充氩，每个管道需要充氩5～10 min，才能保证氩气充满管道，而使用本工艺充氩仅需0.5 min即可；本工艺仅是管道局部充氩，节省了大量氩气，节约了成本；本焊接工艺从根本上解决了从管道端口充氩困难、时间过长的难题，加快了施工进度。

参考文献

[1] 《火力发电厂焊接技术规程》DL_869-2004――中华人民共和国发展和改革委员会[Z].

[2] 《火力发电厂焊接工艺评定规程》DL_868-2004――中华人民共和国发展和改革委员会[Z].

[3] DL-T 679-1999《焊工技术考核规程》――中华人民共和国发展和改革委员会[Z].

[4] ASME第IX章《焊接和钎焊评定标准》――美国机械工程协会[Z].

[5] 中国机械工程学会焊接学会.焊接手册[Z].