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涉水检测：不锈钢厚壁管全位置焊接工艺

文章录入：卫生安全检测评价网文章来源：压力容器人添加时间：2022-3-29

对火力发电厂常用的奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti厚壁管全位置焊进行分析。
1、焊接性分析
1.1 1Cr18Ni9Ti 不锈钢Ф133mm×11mm 大管水平固定全位置对接接头，焊接难度较高，对焊接接头质量要求很高，内表面要求成形良好，凸起适中，不内凹，焊后要求PT、RT检验。
1.2 1Cr18Ni9Ti 不锈钢热膨胀率、导电率均与碳钢及低合金钢差别较大，且熔池流动性差，成形较差，特别在全位置焊接时更突出。
2、焊接方法及焊前准备
2.1 焊接方法
材质为1Cr18Ni9Ti，管件规格为Ф133mm×11 mm，采用手工钨极氩弧焊打底，CO2气体保护焊填充及盖面焊，立向上的水平固定全位置焊接。
2.2 焊前准备
2.2.1清理油、污物，将坡口面及周围10 mm内修磨出金属光泽。
2.2.2检查水、电、气路是否畅通，设备及附件应状态良好。
2.2.3按尺寸进行装配，定位焊采用肋板固定，也可采用坡口内定位焊，但必须注意定位焊质量。
3、TIG焊工艺
3.1 焊接参数
采用Ф2.5 mm的Wce-20钨极，钨极伸出长度4～6 mm，不预热，喷嘴直径Ф12 mm，选用TCS-308L直径Ф2.5mm的焊丝，焊接电流80～90A，电弧电压12～14V，氩气流量9～12L/min，Ar纯度99.99% 。
3.2 操作方法
3.2.1管子对接水平固定焊缝是全位置焊接。因此焊接难度较大，为防止仰焊内部焊缝内凹，打底层采用仰焊部位内填丝，立、平焊部位外填丝法进行施焊。
3.2.2引弧前应先在管内充氩气将管内空气置换干净后再进行焊接，焊接过程中焊丝不能与钨极接触或直接深入电弧的弧柱区，否则造成焊缝夹钨和破坏电弧稳定，焊丝端部不得抽离保护区，以避免氧化，影响质量。
3.2.3无论什么位置的焊接，钨极都要垂直于管子的轴心，这样能更好地控制熔池的大小，而且可使喷嘴均匀地保护熔池不被氧化。
3.2.4焊接时钨极端部离焊件距离2 mm左右，焊丝要顺着坡口沿着管子的切点送到熔池的前端，利用熔池的高温将焊丝熔化。电弧引燃后，在坡口一端预热，待金属熔化后立即送第一滴焊丝熔化金属，然后电弧摆到坡口另一端，给送第二滴焊丝熔化金属，使二滴铁水连接形成焊缝的根基，然后电弧作横向摆动，两边稍作停留，焊丝均匀地、断续地送进熔池向前施焊。
3.2.5在填丝过程中切勿扰乱氩气气流，停弧时注意氩气保护熔池，防止焊缝氧化。焊后半圈时，电弧熔化前半圈仰焊部位，待出现熔孔时给送焊丝，前两滴可以多给点焊丝，避免接头内凹，过后按正常焊接。
3.2.6收尾处打磨成斜坡状，焊至斜坡时，暂停给丝，用电弧把斜坡处熔化成熔孔，最后收口。注意焊到后半圈剩一小半时应减小内部保护气体流量到3 L/min，以防止气压过大而使焊缝内凹。
3.3 常见缺陷的产生原因及预防
3.3.1未焊透：焊接电流小，根部间隙小，焊接速度过快、焊枪角度不正常等均易产生未焊透的缺陷。根部间隙一定不能小于3.5 mm，合适的焊接电流和正确调整焊枪角度就可避免产生未焊透。
3.3.2氧化严重：打底焊时，管内充氩装置未能起到良好的保护作用，焊缝背面将氧化；焊接过程中对熔池及焊丝端头保护不良，或焊丝表面有氧化杂质也将会氧化严重。充氩装置尽可能与管子对严，不能留有间隙，管子的间隙用耐高温锡油纸贴上，避免焊缝氧化。
3.3.3夹渣、夹钨：焊接过程中，若焊丝端头在高温过程中脱离了氩气保护区，在空气中被氧化，当再次焊接时被氧化的焊丝端头未清理，又送入熔池中，在断口试验中判为夹渣；若钨极长度伸出量过大，焊枪动作不稳定，钨极与焊丝或钨极与熔池相碰后，又未终止焊接，从而造成夹钨。因管子是圆的，焊枪、送丝角度要随时变化，所以手法一定要稳、准，就能避免夹渣、夹钨的现象。
3.3.4内凹：装配间隙小，焊接过程中焊枪摆动幅度大，致使电弧热量不能集中于根部，产生了背面焊缝低于试件表面的内凹现象。电弧热量尽量集中于根部，仰焊部位多给点焊丝可避免内凹。
4、CO2气体保护焊焊接工艺
4.1操作方法
4.1.1焊前注意喷嘴，导电嘴是否清理干净，气体流量的大小是否合适，清理打底层表面，控制层间温度。
4.1.2因填充、盖面层用CO2气体保护焊，焊丝伸出长度的长短对焊接过程的稳定性影响较大，焊丝伸出长度越长，焊丝电阻值增大，焊丝过热而成段熔化，结果焊接过程不稳定，金属飞溅严重，焊缝成形不良，对熔池的保护不好；焊丝伸出长度过短，则焊接电流增大，喷嘴与工件的距离缩短，焊接视线不清，焊道成形不良，同时若焊丝伸出长度过短，还会使喷嘴过热，造成飞溅物粘住或堵塞喷嘴，从而影响气体流量。
4.1.3焊接时，焊枪角度要跟管子轴线垂直，因为管子是圆的，所以焊枪角度要随时变化，这样才能保证焊缝质量，避免焊缝产生气孔、夹渣等现象。焊接时采用小月牙形摆动，两侧稍作停留稳弧，中间速度稍快，这样可以避免焊出的焊缝凸起、不平整；上、下接头都要越过中心线5～10 mm，后半圈填充、盖面仰焊接头时，可把前半圈引弧焊接位置磨一个缓坡，使后半圈接头时不致于产生缺陷；填充时，要注意坡口边缘不要被电弧擦伤，以备盖面层焊接。盖面时，应在坡口边缘稍作停顿，以保证熔池与坡口更好地熔合，焊接过程中，焊枪的摆动幅度和频率要相适应，以保证盖面层焊缝表面尺寸和边缘熔合整齐。

电站用钢的开发需要很长的周期，国内外实践证明12Cr1MoV、2.25Cr-Mo、TP304、TP347等钢工艺性能良好、运行可靠。但为了提高蒸汽温度和压力，20世纪60年代以后各国纷纷致力于开发使用温度高于580℃低于650℃的钢种。可以说T91/P91钢的开发成功是电站用钢领域内近30年努力的突破。我国于1987年开始引进使用这种钢，10多年来已有一些单位基本掌握了T91/P91钢的焊接工艺，同时也开展了T91与钢102、12Cr1MoV、TP304钢异种钢焊接的研究工作。用T91更换钢102制成的过热器和高温再热器运行的可靠度明显提高。用P91制成的蒸汽管其管壁厚度可成倍地减小。壁厚的减小降低了构件的重量，减小了结构应力和热应力，也减小了制造成本和施工难度。

T91/P91、T92/P92、P23/T23、T122/P122都是属调质状态下使用的回火马氏体钢，又都是在相同的思路下研制开发的，它们具有相似的基本特点。新钢种由于降低了碳和杂质元素的含量，对焊接裂纹的敏感性都明显降低。由于采用这类钢后，可成倍减小构件壁厚，焊接获得完整无裂纹的接头的难度比钢102、T9、X20等也大为降低。尽管如此，接头性能的明显劣化却是焊接这类钢的主要困难。

由这类钢的基本特点可以设想：
1）焊缝由于熔敷金属没有控轧和形变热处理的机会，晶粒不可能由此获得细化，又由于熔敷金属中的Nb、V在凝固冷却过程中难以呈微细的C、N化合物析出，焊缝的韧性会远不如母材。
2）供货状态优良的母材性能受到焊接的高温循环，母材HAZ性能必会明显劣化。
3）这种劣化的程度随焊接热输入的增大而加剧。对T91/P91钢焊接的实践已经证明了这些设想。

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