超超临界发电机组SUPER304H焊接过程控制探讨论文

超超临界发电机组SUPER304H焊接过程控制探讨[摘要] super304h是一种新型的奥氏体不锈钢，目前已广泛应用于高参数、大容量的超超临界机组。

针对此材料的特点，分析了焊接过程中容易出现的各种缺陷及产生缺陷的原因，提出了焊接过程中需重点控制的事项。

[关键词] super304h焊接缺陷过程控制
1.引言
高参数、大容量超超临界发电机组因其具有较高的热效率和较低的污染物排放而备受青睐，而制造高参数、大容量超超临界锅炉必须要解决相应的材料问题。

super304h是住友钢铁公司开发的一种高温强度高、耐氧化、能长期服役、经济的奥氏体不锈钢，目前已在大容量超超临界机组锅炉中已经得到广泛的应用。

super304h 由于进入国内时间较晚，国内焊工对其性能了解不足，焊接质量一直难以达到较高的水平，由此带来了返修困难、工期延误、成本大量增加等问题。

以下对super304h焊接时容易出现缺陷及相应的过程控制措施进行探讨。

2.焊接时出现的缺陷及原因分析
2.1super304h焊接时主要出现的缺陷为未熔合、气孔、内凹、未焊透、根部成型不佳等，统计如表1。

2.2原因分析
2.2.1 施工人员
施工人员对于super304h材料接触较少，对其材料性能不了解，
没有熟练掌握其焊接特性。

2.2.2焊接母材
super304h钢是一种改良高碳18cr-8ni类不锈钢而开发出的新型奥氏体耐热钢。

与传统的tp304h类钢相比，其主要合金化措施是在材料中加入了大约3%铜，以及少量的铌和氮元素，使该钢在服役时产生微细弥散、沉淀与奥氏体内的富铜相，并与其互相密合[1]；该富铜相与nbc、nbn、nbcrn和m23c6一起产生极佳的强化作用。

同时该钢提高了碳的含量范围；其它的微合金化还包括微量的铝和硼元素的加入。

该钢不含贵重的mo、w等贵重元素且其许用应力较目前常用的sa213tp347h高约20%[1]，在锅炉上的应用能减薄钢管壁厚，降低锅炉制造成本。

其主要成分见表2[1]。

由于其cr、ni含量都较高，金属的流动性变差，增加了焊接时的难度。

2.2.3 焊接耗材
所使用的焊接材料（焊材、氩气）没有达到标准的要求。

2.2.4 焊接工艺
焊接工艺的正确性及是否能够得到彻底执行是保证super304h 焊接质量的关键，影响super304h焊接质量的工艺因素很多，如焊前清理、对口间隙、过程中清理检查、层间温度、充氩方式、焊接顺序等，任何过程都有可能影响焊接的最终质量。

2.2.5 环境
施工环境对焊接质量也会产生较大影响，如风、雨、雪、湿度
等。

3.控制措施
3.1人员控制
施工前对所有施工人员应进行详细的技术交底，介绍材料的特性、施工要求、注意事项等，焊工必须按照相关规定的要求取得相应的资质证书且在有效期内。

焊工在正式施焊前必须经过岗前练习和上岗考试，练习时使用super304h管材，进行各种位置的焊接练习，当练习焊口的合格率达到95%以上时进行上岗考试，考试合格后方可进入施工现场进行施焊。

3.2 材料控制
3.2.1 母材和焊接材料在焊接前需经过验收合格，包括质量证明书、外观检查、光谱分析等。

3.2.2 氩气应具有合格证且满足焊接规定的要求，在使用前应经过复测纯度合格。

3.3 工艺控制
3.3.1 焊前清理
3.3.1.1 管子对口前，坡口表面及坡口每侧10-15mm内外壁的油、漆、垢、锈等清理干净，直至发出金属光泽[2]。

对于super304h 打磨时需特别注意要将金属表面的一层致密的氧化膜去除，打磨时应使用不锈钢专用材料进行，见图1、图2。

3.3.1.2 坡口内及边缘20mm内母材无裂纹、重皮、坡口破损及毛刺等缺陷[2]。

图1 管子内壁清理图2 管子外壁清理
3.3.2 对口间隙
3.3.2.1 对口间隙变大大时，会增加焊接时的难度，容易出现未熔合缺陷。

但是由于super304h焊接的收缩量较大，对口间隙也不能过小，过小同样会出现未熔合甚至未焊透缺陷。

笔者通过现场实验确认，将对口间隙控制在3.2mm~3.8mm之间最为适合，容易保证焊接质量。

3.3.2.2 管子对口时一般应做到内壁平齐。

如有错口，错口值不得超过0.4mm[2]。

3.3.3 点固
点固可以采用搭桥法或打底直接点固法，当采用打底直接点固法进行点固时，应对点固焊缝进行仔细检查，确认无任何可见缺陷后方可进行后续工作。

3.3.4充氩方式
现有两种充氩方式可以采用：
对整根super304h管子进行充氩和在坡口处进行充氩。

3.3.
4.1 整根管子充氩
前期机组的根部保护基本采用整根管路进行充氩的方式在进行，但效果并不理想，容易引起气孔缺陷的产生。

通过分析和现场确认主要是由于管内存在水分或水蒸气引起，在进行整根管路充氩时由于管线较长很难将管内的空气及水蒸气全部排出，在打底过程中空气和水蒸气被带出坡口位置时会大大增加气孔出现的几率。

3.3.
4.2 坡口处进行充氩
可以在坡口两侧使用水溶纸设置密闭气室，使用自制的充氩气针在坡口处进行充氩保护。

这种充氩方式有如下两个比较突出的优点：
（1）大大减小了充氩区域的范围，减少了氩气的使用，提高充氩速度；
（2）由于充氩区域的减小，只要在设置气室前对坡口区域进行压缩空气吹扫，充氩过程中就能够保证充氩区域的氩气纯度，避免由于空气和水蒸气而影响根部打底质量。

3.3.5 焊接工艺参数
不锈钢在焊接过程中存在热裂倾向，应在应特别注意对于焊接热输入及层间温度的控制。

焊接电流是影响焊接质量的关键因素，电流过小不能是母材充分熔化，形成未熔合；电流过大，则容易使焊缝氧化。

经过试验得知，打底电流控制在75~90a，填充盖面电流控制在80~95a之间较为合适（使用镍基焊丝）。

3.3.6 打底顺序
如果按照6点起弧，12点熄弧的方式进行打底焊接，可能会出现在12点位置焊缝成型不良且根部无光泽，因为：由于super304hni 含量较高，熔敷金属的流动性很差，在12点位置进行接头难以保证根部成型；封口时，需拔掉充氩气针，此时12点位置的氩气浓度最低，在此位置收弧对根部质量不利。

为了得到良好的根部焊缝，应该避免在12点位置进行接头或收
弧操作，采用如下的焊接顺序：
焊接时先焊接10~1点（或11~2点）的焊缝，然后从6点位置开始焊接，最后封口在10点（或2点）位置，见图3。

图3打底焊接顺序
3.3.7 接头处理
每一焊接接头前，两层之间的厚度差都比较大，基本上为焊层厚度。

如接头部位不进行打磨，则前端焊缝难以完全熔化从而形成未熔合缺陷，或者在rt检验时接头处出现高低差。

因此接头前可将前一段焊缝的收弧部位磨薄，这样在进行接头焊接时前段焊缝能够与新焊缝熔合，焊接时先厚再薄，使接头位置与焊缝达到同样厚度，从而可以有效的避免未熔合缺陷的产生。

3.3.8 层间温度控制
焊接过程中应对层间温度进行实时测量，确保层间温度不高于规定的上限温度，焊接时可以多道焊口同时焊接已提高劳动效率。

3.4 环境控制
施焊时，如遇以下情况应停止焊接[2]：
gtaw时，风速超过2m/秒并且无防风措施；
焊接电弧1m范围内相对湿度大于90%且无除湿措施；
焊件表面潮湿、覆盖有冰雪或下雨、下雪期间焊工及焊件无保护措施；
3.结束语
通过对以上各方面的技术控制，使得super304h焊接质量得到
了明显的提高，合格率达到了99%以上，且培养了一批合格焊工，加快了工程建设速度，降低了施工成本，取得了明显的社会效益和经济效益。

参考文献：
[1] 孙玉梅，邹小平.super304h不锈钢锅炉管评述[j].锅炉技术，2007,38（1）：52-56.
[2] dl/t869-2004《火力发电厂焊接技术规程》[s].中华人民共和国国家发展和改革委员会，2004.。