CN117206641A - T92管与TP310HCbN管的焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了T92管与TP310HCbN管的焊接方法，步骤如下：（1）加工坡口并打磨；（2）将两种管对接组配并向管内通入高纯氩气；（3）将T92管预热至100～150℃；（4）采用手工钨极氩弧焊进行多层多道焊接；层间温度控制在100～300℃；焊接时的焊接电流为100～150A，焊接电压为9～13V，焊接速度为10～15cm/min，氩气流量为10～15L/min；（5）用岩棉包覆焊缝；（6）以150℃/h的升温速度将焊接在一起的T92管与TP310HCbN管从室温升温至740～760℃，保温30分钟～1小时后，再以150℃/h的降温速度降至室温。本发明具有焊后外观成形美观且焊后性能好的优点。
Description
技术领域
本发明火力发电超超临界锅炉技术领域，具体涉及T92管与TP310HCbN管的焊接方法。
背景技术
随着国内高参数、大容量的超超临界机组的不断建设，新型耐热钢在超超临界机组新建机组中广泛应用。目前应用的新型耐热钢有：SA-213T92、SA-213P92、SA-213T122，SA-213P122，新型奥氏体耐热钢Super304H、TP347HFG、SA-213TP310HCbN等。
SA-213T92新型耐热钢在T91基础上中加入了B、W、Cb等合金元素，适当降低了Mo含量，形成以W为主的W-Mo的复合固溶强化，从而增强了材料的高温抗蠕变强度，提高了抗氧化性。
SA-213TP310HCbN钢是在TP310钢的基础上添加N、Nb元素，利用弥散析出微细的Nb的金属间化合物NbCrN和Nb的碳、氮化合物以及M23C6碳化物进行强化，从而提高了高温蠕变强度。
在超超临界机组制造过程中，SA-213T92钢（简称T92）与SA-213TP310HCbN钢（简称TP310HCbN）因在锅炉的服役温度区间不同，常常需要将两种材料进行异种钢焊接，形成超超临界机组中重要的异种钢接头。
目前，SA-213T92钢与SA-213TP310HCbN钢的焊接存在以下技术问题：
1）两种材料的相（马氏体、奥氏体）差异较大，焊接难度较大；
2）SA-213T92钢中的微量元素较多，具有淬硬倾向，容易产生冷裂纹和再热裂纹，该钢的冷裂纹是延迟裂纹，产生冷裂纹的要素有：淬硬组织、扩散氢、焊接应力，在焊接过程中焊缝根部易氧化，并由于W是铁素体形成元素，焊缝的冲击韧性有所下降；
3）SA-213TP310HCbN钢在焊接过程中焊缝根部易氧化，同时又容易产生热裂纹，尤其容易发生在焊缝收尾部位和弧坑处。
因目前所使用的焊接方法焊后得到的SA-213T92钢与SA-213TP310HCbN钢的异种钢焊接接头易产生冷裂纹、再热裂纹与热裂纹，使得该异种钢接头更容易发生早期失效，成为火电机组运行的薄弱环节，严重时会导致爆管事故，从而带来一定的安全风险。
发明内容
本发明的目的是提供一种焊后外观成形美观且焊后性能好的T92管与TP310HCbN管的焊接方法。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：T92管与TP310HCbN管的焊接方法，包括以下步骤：
（1）焊前准备：将T92管、以及TP310HCbN管的待焊接管端加工出坡口，并对各坡口进行打磨至露出金属光泽；
（2）焊前组配：将T92管的坡口端与TP310HCbN管的坡口端相对接组配，并使T92管与TP310HCbN管之间的焊缝间隙为2～3mm；然后持续向T92管及TP310HCbN管内通入高纯氩气；
（3）焊前预热：将T92管预热至100～150℃；
（4）焊接：采用手工钨极氩弧焊对T92管与TP310HCbN管的坡口对接处进行多层多道焊接；焊材采用镍基焊材，每层焊接接头应错开12～16mm；焊接时的层间温度控制在100～300℃；焊接时的焊接电流为100～150A，焊接电压为9～13V，焊接速度为10～15cm/min，氩气流量为10～15L/min；
（5）焊后保温缓冷：用岩棉包覆焊缝，保温缓冷至室温后取走岩棉；
（6）焊后热处理：以150℃/h的升温速度将焊接在一起的T92管与TP310HCbN管从室温升温至740～760℃，保温30分钟～1小时后，再以150℃/h的降温速度降至室温，完成焊接。
进一步地，前述的T92管与TP310HCbN管的焊接方法，其中：在步骤（2）中，向T92管及TP310HCbN管内通入高纯氩气时，氩气流量控制在6～8L/min。
进一步地，前述的T92管与TP310HCbN管的焊接方法，其中：在步骤（4）中，焊接时采用的镍基焊材型号为ERNiCr-3,φ2.4mm：焊接时的层间温度控制在200～250℃。
进一步地，前述的T92管与TP310HCbN管的焊接方法，其中：在步骤（4）中，焊接时，共焊接三层，盖面层收弧时应将熔池填满，以避免出现弧坑裂纹。
通过上述技术方案的实施，本发明的有益效果是：焊后的T92管/TP310HCbN管焊接接头外观成型美观，抗拉强度高，能有效防止T92管冷裂纹及再热裂纹的产生、以及防止TP310HCbN管热裂纹的产生，保证了产品质量。
附图说明
图1为本发明所述的T92管与TP310HCbN管的焊接方法中T92管与TP310HCbN管的组配位置及焊接层数示意图。
图中：1、T92管；2、TP310HCbN管；h、焊缝间隙。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
如图1所示，T92管与TP310HCbN管的焊接方法，包括以下步骤：
（1）焊前准备：先用管子规格为Φ51×7mm的T92管1及TP310HCbN管2，将T92管1、以及TP310HCbN管2的待焊接管端加工出坡口，坡口倒角30°，并对各坡口进行打磨至露出金属光泽；
（2）焊前组配：将T92管的坡口端与TP310HCbN管的坡口端相对接组配，并使T92管与TP310HCbN管之间的焊缝间隙h为2～3mm；然后持续向T92管及TP310HCbN管内通入高纯氩气，通入氩气不仅可以排除管内空气，保护熔池，还可保护焊缝根部被氧化，利于根部成型；
在本实施例中，向T92管及TP310HCbN管内通入高纯氩气时，氩气流量控制在6～8L/min，流量过小，气体保护不好，焊缝背面易氧化；流量过大，焊接时产生涡流带入空气，保护效果也不好，同时会引起焊缝的根部内凹等缺陷而影响焊接质量，所以氩气流量控制在6～8L/min，要注意应将管内空气排干净后才能焊接；
（3）焊前预热：将T92管预热至100～150℃；采取焊前焊前预热，可以除去空气及T92管上的水汽，减少氢原子来源；
（4）焊接：采用手工钨极氩弧焊对T92管与TP310HCbN管的坡口对接处进行多层多道焊接；焊材采用镍基焊材，镍基焊材型号为ERNiCr-3,φ2.4mm，使焊缝奥氏体化，提高焊缝的韧性；共焊接三层，盖面层收弧时应将熔池填满，以避免出现弧坑裂纹；每层焊接接头应错开12～16mm；焊接时的层间温度控制在200～250℃；焊接时的焊接电流为100～150A，焊接电压为9～13V，焊接速度为10～15cm/min，氩气流量为10～15L/min；
焊接时，如果焊接速度太快，会导致冷却速度快，易形成淬火组织；如果焊接速度过慢，会使热影响区变宽，晶粒度变粗大；焊接速度过快或过慢，都会促使冷裂纹的产生，所以焊接时必须将焊接速度控制在10～15cm/min；
（5）焊后保温缓冷：用岩棉包覆焊缝，保温缓冷至室温后取走岩棉；焊后保温缓冷，不仅可以改善焊接接头的进行组织，降低热影响区的硬度和脆性，加速焊缝中氢向外扩散，起到减少焊接应力的作用；
（6）焊后热处理：以150℃/h的升温速度将焊接在一起的T92管与TP310HCbN管从室温升温至740～760℃，保温30分钟～1小时后，再以150℃/h的降温速度降至室温，完成焊接；及时进行焊后热处理，能减少或消除焊接残余应力，从而改善接头的组织和性能；焊后热处理温度740-760℃，既能保证焊缝硬度，又避免T92管产生再热裂纹。
在本发明中，
1）防止T92冷裂纹产生的措施有：①焊前坡口两侧25mm范围内打磨除去油、铁锈等使其露出金属光泽；②保护气氩气为高纯氩，背保护气也采用高纯氩气，不仅排除空气，保护熔池，还可保护焊缝根部被氧化，利于根部成型；③采取焊前焊前预热100~150℃，可以除去空气及钢管上的水汽，减少氢原子来源，④焊后保温缓冷，不仅可以改善焊接接头的进行组织，降低热影响区的硬度和脆性，加速焊缝中氢向外扩散，起到减少焊接应力的作用；并及时进行焊后热处理，焊后热处理是减少或消除焊接残余应力，改善接头的组织和性能；⑤合适的焊接参数，如果焊接速度太快，会导致冷却速度快，易形成淬火组织；如果焊接速度过慢，会使热影响区变宽，晶粒度变粗大；焊接速度过快或过慢，都会促使冷裂纹的产生，所以焊接时必须将焊接速度控制在10～15cm/min；
2）防止T92管再热裂纹产生的措施有：焊后热处理温度740-760℃，既能保证焊缝硬度，又避免产生再热裂纹。
3）防止TP310HCbN管热裂纹产生的措施有：①采用熔池体积小、焊接线能量小的焊接方法-手工钨极氩弧焊（GTAW）来降低焊接热输入；②在焊接过程中，将层间温度控制在200～250℃。
经本发明焊接得到的T92/TP310HCbN管接头的抗拉强度不低于650MPa，并且弯曲试验、金相均满足相关指标要求。
本发明的优点是：焊后的T92管/TP310HCbN管焊接接头外观成型美观，抗拉强度高，能有效防止T92管冷裂纹及再热裂纹的产生、以及防止TP310HCbN管热裂纹的产生，保证了产品质量。
以上所述仅是本发明的较佳实施例，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明要求保护的范围。
Claims (4)
1.T92管与TP310HCbN管的焊接方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）焊前准备：将T92管、以及TP310HCbN管的待焊接管端加工出坡口，并对各坡口进行打磨至露出金属光泽；
（2）焊前组配：将T92管的坡口端与TP310HCbN管的坡口端相对接组配，并使T92管与TP310HCbN管之间的焊缝间隙为2～3mm；然后持续向T92管及TP310HCbN管内通入高纯氩气；
（3）焊前预热：将T92管预热至100～150℃；
（4）焊接：采用手工钨极氩弧焊对T92管与TP310HCbN管的坡口对接处进行多层多道焊接；焊材采用镍基焊材，每层焊接接头应错开12～16mm；焊接时的层间温度控制在100～300℃；焊接时的焊接电流为100～150A，焊接电压为9～13V，焊接速度为10～15cm/min，氩气流量为10～15L/min；
（5）焊后保温缓冷：用岩棉包覆焊缝，保温缓冷至室温后取走岩棉；
（6）焊后热处理：以150℃/h的升温速度将焊接在一起的T92管与TP310HCbN管从室温升温至740～760℃，保温30分钟～1小时后，再以150℃/h的降温速度降至室温，完成焊接。
2.根据权利要求1所述的T92管与TP310HCbN管的焊接方法，其特征在于：在步骤（2）中，向T92管及TP310HCbN管内通入高纯氩气时，氩气流量控制在6～8L/min。
3.根据权利要求1所述的T92管与TP310HCbN管的焊接方法，其特征在于：在步骤（4）中，焊接时采用的镍基焊材型号为ERNiCr-3,φ2.4mm：焊接时的层间温度控制在200～250℃。
4.根据权利要求1所述的T92管与TP310HCbN管的焊接方法，其特征在于：在步骤（4）中，焊接时，共焊接三层，盖面层收弧时应将熔池填满，以避免出现弧坑裂纹。
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