论文部分内容阅读
摘 要：由于T23这类新型钢在520～570℃过热器使用温度范围内具有良好的抗蠕变特性，因此成为了大型火电机组过热器钢管的选择对象。为满足电力系统在600MW以上机组锅炉安装中的需要，对大批量生产中应用的T23小口径钢管的焊接工艺及操作技术进行了焊接工艺的试验，形成了一套严格及详细的焊接工艺及操作技术规范.对焊工提高焊接T23小口径钢管的操作技术亦有很大的参考价值。
关键词：T23；小口径钢管；焊接工艺；操作技术
中图分类号：TG441 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）32-0237-02
T23综合性能良好，在520～570℃过热器使用温度范围内具有良好的抗蠕变特性，可用于制造大型亚临界电站锅炉金属壁温不超过600℃的过热器和再热器；在550℃高温下具有非常高的抗蠕变性能以及焊后保持较低硬度的特性，也作为了超临界锅炉水冷壁的首选材料。由于T23小口径钢管的焊接是我们珙县发电厂一期工程2×600MW亚临界W火焰机组锅炉安装焊接中首次现场施焊，为满足本工程焊接工艺的需求以及公司后续工程的需要，我们对T23小口径钢管的焊接进行了先期的探索和试验，并形成了一套完整的焊接工艺及操作技术规范。
1 焊接性分析
1.1 T23钢的特点
T23（HCM2S）是日本住友金属株式会社研制成功的低合金贝氏体型耐热钢，近年由ASME Code Case2199-1确认批准，列入ASME SA213，牌号定为T23。与我国70年代研制的G102（12Cr2MoWVTiB）相比较，其含碳量从0.08～0.15%降至0.04～0.10%，Mo含量从0.50～0.65%降至0.05～0.30%，W含量从0.30～0.55%升至1.45～1.75%，使材料的焊接性能得到了改进。
其化学成份见表1。
1.2 T23钢的焊接特点分析
T23钢力学性能和金相组织稳定。由于该钢含碳量低，故有良好的焊接性能。
1.3 T23小口径钢焊接的特点
T23小口径钢管（即管子外径≤76mm）多用于锅炉受热面过热器或再热器。焊接时，由于其外径很小，曲率很大，其中水平管焊接位置为全位置，即在一个圆周范围内涵盖仰、立、平焊三个位置，而且现场管子之间间隙很小（珙电一期工程T23小口径管用于屏式过热器，管子间隙为8.9mm），对焊工的操作技术要求很高。
2 焊接工艺评定
2.1 焊接工艺评定用母材及焊材
我们选用东方锅炉厂所供规格为？准57×8mm的T23钢管进行试验。
根据当时国内市场上能购买到的焊接材料，我们选择的氩弧焊焊丝为英国Metrode公司生产的2CrWV（AWSA5.28 ER90S-G），规格？准2.4mm；电焊条选择的是日本神户制刚生产的CM-2CW，规格？准2.6mm。
2.2 焊接工艺评定项目的确定
根据焊接工艺评定规程DL/T868的规定：
45°固定焊适用于管状焊件的所有位置。
为满足工程实际的需要，我们进行了水平固定全氩焊和45°固定氩电联焊两项工艺评定。
2.3 焊接坡口
焊接坡口采用V型坡口，尺寸如图1所示。
焊前坡口及周围20mm范围内清除水、油、锈等污物，并露出金属光泽，以严格控制扩散氢的含量。
2.4 焊机的选择
焊机选用我公司目前工程上的主力焊机：成都熊谷电焊机厂生产的ZX7-400型逆变焊机。
2.5 氩气保护
根据对T23钢焊接特点的分析，焊接时不用背部充氩保护。但是在焊工练习过程中我们发现焊道根部有轻微氧化现象出现，通过对焊接参数的调整也未能克服。我们對T23钢管化学成分表再次进行分析，发现虽然其含Cr量<3%，但是其合金总含量≈5%。所以我们决定在焊接时将试管封堵。①避免了穿堂风；②可以利用焊接时的氩气在背部形成气室，从而起到保护作用，避免了根部氧化现象。
2.6 预热温度和层间温度的控制
根据对T23钢焊接特点的分析，焊接前不作预热，将焊接层间温度控制在300℃以内。
2.7 焊接工艺顺序及参数
2.7.1 水平固定管全氩焊接工艺评定（WsBⅡ-38）
根据相关资料和工艺评定前焊工练习所掌握数据，拟定以下焊接工艺顺序及参数：
（1）装配点焊，位置在时钟12点，长度约8～10mm。
（2）管口两端封堵。焊接前焊枪在坡口引弧处略停顿3～5s。
（3）焊接时焊机采用直流正接及小的焊接线能量，焊接电流为95～105A，电压为14～16V，焊接速度为5～6cm/min；焊接4层6道。
（4）焊接位置为全位置，从时钟6点仰位位置起弧，并从两侧向上爬坡施焊，焊工操作顺序见图2。
（5）按DL/T868之规定，焊接完成后作外观、100%χ-射线探伤、抗拉和弯曲试验。
2.7.2 45°固定管氩电联焊焊接工艺评定（Ws/DsBⅡ-39J），编号CD2/167
基本同2.7.1之要求。在电焊盖面时焊机采用直流反接及小的线能量焊接。焊接电流为75～78A，电压为24～28V，焊接速度为9～10cm/min；焊接4层6道。
2.8 操作技术要领
（1）焊工施焊前，必须严格按上述2.3节的要求控制焊接坡口间隙.过大或过小间隙对焊缝根部成形都不利。
（2）焊前预热，预热温度150℃，采用火焰加热的方法。
（3）由于T23含有很多的合金元素，焊接时产生较多的熔渣，每次熄弧后，必须打磨熄弧处，以减少杂质聚集。同时，每一焊层完成后，都要对其表面清渣打磨，从而减少了熔渣和杂质对次层焊缝表面成形的影响，使焊缝表面达到圆滑过渡的优良外观。 （4）由于T23熔融金属总合金含量较高，流动性差，且焊接位置为全位置（位置图见图2），因此，焊工需严格按下述要求操作：①在时钟6点位置，焊缝处于仰位，熔滴下挂，操作不当时，内侧焊缝极易产生内凹。因此焊工操作时，应采用电流上限，利用电弧的吹力托住熔滴进行焊缝成形，避免焊缝产生内凹；②从时钟6点向时钟9点和3点过渡区位置，处于仰位向立位过渡区，熔滴下挂，操作不当时，内侧焊缝易产生内凹。因此焊工操作时，应采用电流上限，施焊中充分利用微弧电流调节焊接熔池形状，利用电弧的吹力托住熔滴进行焊缝成形，避免焊缝产生内凹；③在时钟12点及附近位置，焊缝处于平位，熔滴下挂，内侧焊缝极易下挂并产生焊瘤；因此焊工操作时，应采用电流下限，施焊中充分利用微弧电流调节焊接熔池形状，利用熔滴重力进行焊缝成形，避免焊缝内侧产生焊瘤。
（5）焊后热处理，热处理温度为730+10℃，保温时间0.75h。
2.9 焊接工艺评定试验结果
所有焊缝成形良好；所有焊缝经100%χ-射线探伤，按DL/T821-2004标准全部Ⅱ级合格；焊接接头机械性能，如表4～5所示。
2.10 焊接工艺评定结论
（1）焊接T23小口径钢管，选用焊丝及焊条是匹配的。
（2）采用合适的焊接工艺（包括管端封堵、层间温度的控制、焊接工艺参数的选择等）是T23小口径钢管获得优质焊接接头的关键。
（3）掌握T23小口径钢管操作技术（如控制坡口间隙、焊接电流合理调节等）是焊工焊制优质焊接接头的重要前提。
3 T23小口径钢管焊接工艺及操作技术的现场应用
珙电一期2×600MW机组锅炉安装中，屏式过热器采用了T23钢管。焊口规格为？准51×8mm，实际焊接位置为2G。
3.1 焊前准备
（1）按（DL/T868-2004）规定，焊接前依据焊接工艺评定编制焊接作业指导书。
（2）焊工上岗考核。华电集团选派焊接技师对所有施焊焊工进行上岗考核。考核项目依据现场实际位置定为水平固定、垂直固定。全体焊工根据焊接工艺要求及操作技术要领焊接，经外观检查、RT检验合格和监理工程师确认，绝大部分通过上岗。
3.2 现场焊接
现场焊接工艺要求4层7道（水平固定），4层6道（垂直固定）。氩弧焊进行打底和填充焊，手工电弧焊进行盖面焊。焊接前坡口两側管内壁使用易溶纸堵塞。钳工按工艺要求打磨坡口和对口，焊工验收合格后按项目部T23焊接工艺要求进行焊接。
3.3 验收结果
经外观检查合格后，现场金属试验室对全部焊口进行了100%RT检测，无损检验一次合格率为99.5%。从底片上反映，焊口根部成型美观，Ⅱ级片比例达80%以上。
4 结 语
对T23小口径钢管的焊接工艺及操作技术的研究和总结，并形成完整的施工工艺，对现场T23的焊接提供技术支撑。同时，我们也深感由于施工经验和所掌握的知识、理论有限，我们对T23钢焊接的理解仍停留在较浅层次，所制订工艺仍有待完善；我们真诚渴望能得到各位专家们的指导和帮助，热切希望能与全国同行们进行交流并得到帮助。
参考文献
[1]电厂金属材料.康纪仪水利电力出版社.
[2]《火力发电厂焊接技术规程》（DL/T869-2004）中华人民共和国国家发展和改革委员会.
[3]国家职业资格培训教程《焊工》劳动和社会保障部、中国就业培训技术指导中心组织编写.中国劳动社会保障出版社.
[4]《火力发电厂焊接热处理技术规程》（DL/T819-2002）.中华人民共和国国家经济贸易委员会.
收稿日期：2018-10-10
关键词：T23；小口径钢管；焊接工艺；操作技术
中图分类号：TG441 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）32-0237-02
T23综合性能良好，在520～570℃过热器使用温度范围内具有良好的抗蠕变特性，可用于制造大型亚临界电站锅炉金属壁温不超过600℃的过热器和再热器；在550℃高温下具有非常高的抗蠕变性能以及焊后保持较低硬度的特性，也作为了超临界锅炉水冷壁的首选材料。由于T23小口径钢管的焊接是我们珙县发电厂一期工程2×600MW亚临界W火焰机组锅炉安装焊接中首次现场施焊，为满足本工程焊接工艺的需求以及公司后续工程的需要，我们对T23小口径钢管的焊接进行了先期的探索和试验，并形成了一套完整的焊接工艺及操作技术规范。
1 焊接性分析
1.1 T23钢的特点
T23（HCM2S）是日本住友金属株式会社研制成功的低合金贝氏体型耐热钢，近年由ASME Code Case2199-1确认批准，列入ASME SA213，牌号定为T23。与我国70年代研制的G102（12Cr2MoWVTiB）相比较，其含碳量从0.08～0.15%降至0.04～0.10%，Mo含量从0.50～0.65%降至0.05～0.30%，W含量从0.30～0.55%升至1.45～1.75%，使材料的焊接性能得到了改进。
其化学成份见表1。
1.2 T23钢的焊接特点分析
T23钢力学性能和金相组织稳定。由于该钢含碳量低，故有良好的焊接性能。
1.3 T23小口径钢焊接的特点
T23小口径钢管（即管子外径≤76mm）多用于锅炉受热面过热器或再热器。焊接时，由于其外径很小，曲率很大，其中水平管焊接位置为全位置，即在一个圆周范围内涵盖仰、立、平焊三个位置，而且现场管子之间间隙很小（珙电一期工程T23小口径管用于屏式过热器，管子间隙为8.9mm），对焊工的操作技术要求很高。
2 焊接工艺评定
2.1 焊接工艺评定用母材及焊材
我们选用东方锅炉厂所供规格为？准57×8mm的T23钢管进行试验。
根据当时国内市场上能购买到的焊接材料，我们选择的氩弧焊焊丝为英国Metrode公司生产的2CrWV（AWSA5.28 ER90S-G），规格？准2.4mm；电焊条选择的是日本神户制刚生产的CM-2CW，规格？准2.6mm。
2.2 焊接工艺评定项目的确定
根据焊接工艺评定规程DL/T868的规定：
45°固定焊适用于管状焊件的所有位置。
为满足工程实际的需要，我们进行了水平固定全氩焊和45°固定氩电联焊两项工艺评定。
2.3 焊接坡口
焊接坡口采用V型坡口，尺寸如图1所示。
焊前坡口及周围20mm范围内清除水、油、锈等污物，并露出金属光泽，以严格控制扩散氢的含量。
2.4 焊机的选择
焊机选用我公司目前工程上的主力焊机：成都熊谷电焊机厂生产的ZX7-400型逆变焊机。
2.5 氩气保护
根据对T23钢焊接特点的分析，焊接时不用背部充氩保护。但是在焊工练习过程中我们发现焊道根部有轻微氧化现象出现，通过对焊接参数的调整也未能克服。我们對T23钢管化学成分表再次进行分析，发现虽然其含Cr量<3%，但是其合金总含量≈5%。所以我们决定在焊接时将试管封堵。①避免了穿堂风；②可以利用焊接时的氩气在背部形成气室，从而起到保护作用，避免了根部氧化现象。
2.6 预热温度和层间温度的控制
根据对T23钢焊接特点的分析，焊接前不作预热，将焊接层间温度控制在300℃以内。
2.7 焊接工艺顺序及参数
2.7.1 水平固定管全氩焊接工艺评定（WsBⅡ-38）
根据相关资料和工艺评定前焊工练习所掌握数据，拟定以下焊接工艺顺序及参数：
（1）装配点焊，位置在时钟12点，长度约8～10mm。
（2）管口两端封堵。焊接前焊枪在坡口引弧处略停顿3～5s。
（3）焊接时焊机采用直流正接及小的焊接线能量，焊接电流为95～105A，电压为14～16V，焊接速度为5～6cm/min；焊接4层6道。
（4）焊接位置为全位置，从时钟6点仰位位置起弧，并从两侧向上爬坡施焊，焊工操作顺序见图2。
（5）按DL/T868之规定，焊接完成后作外观、100%χ-射线探伤、抗拉和弯曲试验。
2.7.2 45°固定管氩电联焊焊接工艺评定（Ws/DsBⅡ-39J），编号CD2/167
基本同2.7.1之要求。在电焊盖面时焊机采用直流反接及小的线能量焊接。焊接电流为75～78A，电压为24～28V，焊接速度为9～10cm/min；焊接4层6道。
2.8 操作技术要领
（1）焊工施焊前，必须严格按上述2.3节的要求控制焊接坡口间隙.过大或过小间隙对焊缝根部成形都不利。
（2）焊前预热，预热温度150℃，采用火焰加热的方法。
（3）由于T23含有很多的合金元素，焊接时产生较多的熔渣，每次熄弧后，必须打磨熄弧处，以减少杂质聚集。同时，每一焊层完成后，都要对其表面清渣打磨，从而减少了熔渣和杂质对次层焊缝表面成形的影响，使焊缝表面达到圆滑过渡的优良外观。 （4）由于T23熔融金属总合金含量较高，流动性差，且焊接位置为全位置（位置图见图2），因此，焊工需严格按下述要求操作：①在时钟6点位置，焊缝处于仰位，熔滴下挂，操作不当时，内侧焊缝极易产生内凹。因此焊工操作时，应采用电流上限，利用电弧的吹力托住熔滴进行焊缝成形，避免焊缝产生内凹；②从时钟6点向时钟9点和3点过渡区位置，处于仰位向立位过渡区，熔滴下挂，操作不当时，内侧焊缝易产生内凹。因此焊工操作时，应采用电流上限，施焊中充分利用微弧电流调节焊接熔池形状，利用电弧的吹力托住熔滴进行焊缝成形，避免焊缝产生内凹；③在时钟12点及附近位置，焊缝处于平位，熔滴下挂，内侧焊缝极易下挂并产生焊瘤；因此焊工操作时，应采用电流下限，施焊中充分利用微弧电流调节焊接熔池形状，利用熔滴重力进行焊缝成形，避免焊缝内侧产生焊瘤。
（5）焊后热处理，热处理温度为730+10℃，保温时间0.75h。
2.9 焊接工艺评定试验结果
所有焊缝成形良好；所有焊缝经100%χ-射线探伤，按DL/T821-2004标准全部Ⅱ级合格；焊接接头机械性能，如表4～5所示。
2.10 焊接工艺评定结论
（1）焊接T23小口径钢管，选用焊丝及焊条是匹配的。
（2）采用合适的焊接工艺（包括管端封堵、层间温度的控制、焊接工艺参数的选择等）是T23小口径钢管获得优质焊接接头的关键。
（3）掌握T23小口径钢管操作技术（如控制坡口间隙、焊接电流合理调节等）是焊工焊制优质焊接接头的重要前提。
3 T23小口径钢管焊接工艺及操作技术的现场应用
珙电一期2×600MW机组锅炉安装中，屏式过热器采用了T23钢管。焊口规格为？准51×8mm，实际焊接位置为2G。
3.1 焊前准备
（1）按（DL/T868-2004）规定，焊接前依据焊接工艺评定编制焊接作业指导书。
（2）焊工上岗考核。华电集团选派焊接技师对所有施焊焊工进行上岗考核。考核项目依据现场实际位置定为水平固定、垂直固定。全体焊工根据焊接工艺要求及操作技术要领焊接，经外观检查、RT检验合格和监理工程师确认，绝大部分通过上岗。
3.2 现场焊接
现场焊接工艺要求4层7道（水平固定），4层6道（垂直固定）。氩弧焊进行打底和填充焊，手工电弧焊进行盖面焊。焊接前坡口两側管内壁使用易溶纸堵塞。钳工按工艺要求打磨坡口和对口，焊工验收合格后按项目部T23焊接工艺要求进行焊接。
3.3 验收结果
经外观检查合格后，现场金属试验室对全部焊口进行了100%RT检测，无损检验一次合格率为99.5%。从底片上反映，焊口根部成型美观，Ⅱ级片比例达80%以上。
4 结 语
对T23小口径钢管的焊接工艺及操作技术的研究和总结，并形成完整的施工工艺，对现场T23的焊接提供技术支撑。同时，我们也深感由于施工经验和所掌握的知识、理论有限，我们对T23钢焊接的理解仍停留在较浅层次，所制订工艺仍有待完善；我们真诚渴望能得到各位专家们的指导和帮助，热切希望能与全国同行们进行交流并得到帮助。
参考文献
[1]电厂金属材料.康纪仪水利电力出版社.
[2]《火力发电厂焊接技术规程》（DL/T869-2004）中华人民共和国国家发展和改革委员会.
[3]国家职业资格培训教程《焊工》劳动和社会保障部、中国就业培训技术指导中心组织编写.中国劳动社会保障出版社.
[4]《火力发电厂焊接热处理技术规程》（DL/T819-2002）.中华人民共和国国家经济贸易委员会.
收稿日期：2018-10-10