謝軍虎 林紹斌

(二重(德陽)重型裝備有限公司，四川618000)

汽缸、閥體鑄件是熱電站發(fā)電設(shè)備中的傳熱和能量轉(zhuǎn)化設(shè)備，在高溫、高壓下工作，廣泛應(yīng)用于火電、核電領(lǐng)域。在閥體、汽缸鑄件制造過程中，有很多異種材料對接焊的情況，由于異種材料的化學(xué)、物理特性，如線膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率、組織、熔點、力學(xué)性能等方面存在著差異，其焊接難度也明顯增大。由于承壓設(shè)備存在爆炸風(fēng)險，所以為保證焊縫質(zhì)量，焊接時須采取特殊的工藝措施。以某核電高壓外缸為例，缸體上需組焊8個?160 mm×15 mm的06Cr18Ni11Ti奧氏體不銹鋼管，汽缸本體材料為G17CrMo9-10，填充材料為ERNiCrFe-3焊絲，三種材料物料、化學(xué)特性差異較大，焊接難度極大，需要研究掌握其焊接工藝。

1 材料特性及生產(chǎn)難點

G17CrMo9-10屬于珠光體耐熱鋼，不僅有很好的抗氧化性和熱強性，還有較好的耐硫腐蝕和耐氫腐蝕性，以及較好的工藝性和物理性能，具有較高的蠕變斷裂強度和松弛穩(wěn)定性，但持久塑性相當(dāng)?shù)?，缺口敏感性較大。

由于珠光體耐熱鋼比碳鋼含有更多的合金元素，因此淬硬性較大，為此，焊后狀態(tài)的焊接接頭塑性及韌性較差，不利于實際應(yīng)用，所以焊前需要進行預(yù)熱，焊后進行去應(yīng)力退火熱處理。

鎳基耐熱合金具有耐各種腐蝕介質(zhì)的抗腐蝕性能，同時具有良好的高低溫力學(xué)性能，其顯微組織為奧氏體，在固態(tài)下沒有相變，鎳基合金在焊接時具有以下特點：

(1)對焊接面的清潔度有較高要求；

(2)熱裂紋敏感性較強；

(3)鋼液粘稠、流動性差，且焊接時熔深偏淺；

(4)對焊接熱輸入范圍有嚴(yán)格要求，小幅度超出就會帶來熱裂紋和粗晶風(fēng)險；

(5)焊接時保護不當(dāng)或焊縫過熱易被氧化。

奧氏體不銹鋼導(dǎo)熱性較差，線膨脹系數(shù)和電導(dǎo)率較小，焊接時存在的主要問題有焊縫金屬的熱裂紋、焊接熱影響區(qū)晶界上碳化鉻的析出以及焊接接頭脆化等問題。焊接時應(yīng)嚴(yán)格控制焊接熱輸入，且焊前無須預(yù)熱。

焊接時因為結(jié)構(gòu)原因，無法進行焊縫背面清根，要求焊接時單邊焊雙邊成型，保證背面焊縫與坡口良好熔合，對操作的要求較高。

焊后要求對焊縫進行RT檢測，對這種結(jié)構(gòu)的焊接質(zhì)量要求是比較嚴(yán)的。

由于奧氏體材料易變形，為了控制焊接時管口變形，一方面采用對稱施焊的方式，使焊縫應(yīng)力均勻分布；另一方面增加管壁厚，將原壁厚由7 mm增加到15 mm；此外在管口外圓裝防變形夾具。

2 焊接工藝評定

根據(jù)相關(guān)要求按照ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范IX標(biāo)準(zhǔn)進行焊接工藝評定試驗。工藝評定試板的對接焊縫焊完后，進行MT、RT檢測，檢查結(jié)果焊縫100%合格，抗拉強度、V型缺口沖擊吸收能量、180度側(cè)彎均能滿足產(chǎn)品技術(shù)要求，證明通過以上工藝措施可以得到滿意的焊縫。

3 焊接工藝的實施

3.1 過渡層的焊接

考慮到G17CrMo9-10淬硬性較大，焊接接頭塑性及韌性較差，為防止焊接裂紋的產(chǎn)生，焊前需進行預(yù)熱，而由于鎳基焊接不需要預(yù)熱，為解決這一矛盾，在G17CrMo9-10坡口一側(cè)堆焊一層過渡層，過渡層焊前對母材進行150℃預(yù)熱(見圖1)，焊后緩冷至常溫打磨焊縫，按ASME標(biāo)準(zhǔn)進行PT檢測，其余焊縫焊接均采用冷焊。

圖2 氬氣保護Figure 2 Argon protection

表1 層溫與焊縫表觀對照表Table 1 Comparison table between layer temperature and weld appearance

3.2 對接焊縫的焊接

由于接管背面很難打磨清根，使用氬弧焊打底焊時要求單面焊雙面成型，為保證背面焊縫不被氧化，在焊接時坡口背面需使用氬氣保護(見圖2)。

3.3 層間溫度的控制

由于鎳基焊材的特性，焊接過程中必須嚴(yán)格控制熱輸入和層間溫度，因此，通過試驗得出層間溫度≤100℃時，焊縫成型最佳(見表1)。

3.4 確保焊接質(zhì)量的工藝技術(shù)措施

由于鎳基焊材存在上述特點，所以在焊接時需要采取特殊的工藝措施來保證焊縫質(zhì)量。

(1)嚴(yán)格清理工件表面的異物，坡口及周邊打磨拋光露出金屬光澤，并用丙酮或PT清洗劑對坡口及周邊進行清洗，清洗后用干凈的棉紗擦拭干凈，減少異物造成的焊縫裂紋和氣孔缺陷。

(2)焊接要求單面焊雙面成型，所以無法確保背面成型良好，可采用熔點更高的材料在焊縫背面做墊圈，輔助背面成型。

(3)氬弧焊焊接時，每焊一層應(yīng)及時采用金屬磨頭打磨，并PT檢測，若有缺陷及時打磨清除。

(4)焊接時盡量采用較小的電流、電壓以及合理的氣體流量。

(5)收弧位置的焊縫應(yīng)采用金屬磨頭打磨去除并PT檢測，避免因弧坑造成裂紋。

4 焊接質(zhì)量的檢驗

4.1 外觀檢查

對焊縫正反面進行目視檢查，未發(fā)現(xiàn)夾渣、咬邊、未熔合、焊縫氧化等缺陷。通過管口直徑檢查，變形量控制在3 mm以內(nèi)，滿足加工要求。

4.2 無損檢測結(jié)果

焊縫按照EN 12517-1:2006標(biāo)準(zhǔn)進行RT檢測，結(jié)果100%合格。

5 結(jié)束語

由于鎳基焊接往往是產(chǎn)品的最后一道工序，也是難道較大的一道工序，若處理不當(dāng)，將直接影響整個產(chǎn)品的質(zhì)量，所以焊接時要求嚴(yán)格控制過程，防止返修。

通過焊接工藝評定試驗，從無損檢測及力學(xué)性能試驗結(jié)果表明，按上述工藝操作完全可以達到產(chǎn)品技術(shù)要求。證明此工藝科學(xué)合理，可以用以指導(dǎo)實際生產(chǎn)。