焊接参数对电站锅炉奥氏体钢小口径管焊接接头性能的影响_王萍.pdf

焊接参数对电站锅炉奥氏体钢小口径管焊接接头性能的影响王 萍，刁旺战，徐祥久，（哈尔滨锅炉厂有限责任公司，黑龙江 哈尔滨；高效清洁燃煤电站锅炉国家重点实验室（哈尔滨锅炉厂有限责任公司），黑龙江 哈尔滨）摘 要：本文选取超临界、超超临界电站锅炉受热面小口径管中 、两种典型的奥氏体同种钢及异种钢焊接接头进行了手工钨极氩弧焊常规焊接参数与非常规焊接参数的对比试验。试验结果显示，采用非常规参数的对接焊接接头在常温冲击韧性、断口检查、金相检验中出现了多种问题，而且由于 无损检测的局限性，对小口径管对接焊缝中的未熔合等缺陷很难检出，造成电厂运行中的隐患。因此，奥氏体钢及其异种钢的手工钨极氩弧焊须合理选取焊接工艺参数，以获得良好的常温性能及内在质量，从而保证高温运行寿命。关键词：电站锅炉；奥氏体钢；小口径管；焊接参数中图分类号：文献标识码：文章编号：（），（，；（），）：，：；收稿日期：作者简介：王萍（），女，高工，在高效清洁燃煤电站锅炉国家重点实验室（哈尔滨锅炉厂有限责任公司）从事焊接工艺工作。引言文献 中介绍了电站锅炉受热面部件中、小口径管的手工钨极氩弧焊对接焊接接头，在采用不同的焊接参数进行系列对比试验后，其无损检测结果、标准的力学性能试验、破坏性的断口检查、宏微观检验、硬度试验等方面的差异，本文沿用上述实验方法，针对超临界、超超临界电站锅炉常用的 、两类典型焊接接头进行评估，为实际操作的焊接参数选用提供依据。试验项目选取超临界、超超临界锅炉受热面部件常用的小口径管 、第 期锅 炉 制 造 年 月 两类典型焊接接头，分别进行手工钨极氩弧焊对接焊接试验。每种焊接接头分别选用两种焊接参数进行对比试验，焊接工艺见表。表 焊接工艺原材料预热温度电流 电压 层间温度焊层数 常规参数 对比参数 见注 常规参数 对比参数 见注注：对比参数未控制层间温度。）按 承压设备焊接工艺评定及 火力发电厂金属技术监督规程、火力发电厂焊接技术规程要求，对试验焊接接头分别取样进行拉力、横向弯曲、室温冲击韧性及硬度试验。）其它性能试验：金相检验及断口检查。为了进一步确定焊缝的内部质量，依据 锅炉受压元件焊接接头金相和断口检验方法对试验焊接接头进行断口检查，裂纹、未熔合为不允许缺陷。管子对接接头断口试样的制备步骤：车加工去掉焊缝余高在焊缝宽度中部加工出深度的沟槽将管子沿纵向等分剖开在试验机上将试样一次压断，这样有利于保证断口试样断面的完整性和有效性。试验结果及分析 对接 试验结果）外观成形。从图 可见，常规参数焊缝表面基本呈现金属光泽，而对比参数焊缝表面氧化严重。（a）对比参数（b）常规参数图 焊缝外观）探伤结果。对比参数、常规参数每组各 个焊接接头，按照 承压设备无损检测进行 射线探伤，结果均合格。）断口检查。从每组试样中抽取 个进行断口检查，对比参数试样断口存在未熔合、夹渣等缺陷，而常规参数断口试样断面整齐、均匀、致密。）常温力学性能，见表 所示。小结从上述试验结果可见，手工钨极氩弧焊对接接头对比参数试样与常规参数试样，两者常温拉力、弯曲、冲击韧性试验结果差别不大，对比参数试样的 侧母材及热影响区硬度略高于常规参数。表 焊接接头常温力学性能拉力要求：结果断裂位置弯曲，室温冲击韧性要求：焊缝热影响区硬度 母材焊缝热影响区对比参数 母材 母材合格常规参数 母材 母材合格注：冲击试样尺寸 锅 炉 制 造 总第 期 对比参数试样存在以下问题：外观成形不佳，焊道表面氧化严重，断口检查不合格，存在未熔合、夹渣；金相检查中发现 侧热影响区的粗晶区宽度增加到 倍以上，侧热影响区出现明显粗晶区。对接 试验结果）外观成形。从图 可见，常规参数焊缝表面呈现金属光泽，而对比参数焊缝表面氧化严重。图 焊缝外观 ）探伤。对比参数、常规参数每组各 个试样，按照 承压设备无损检测进行 射线探伤，结果均合格。）断口检查。从每组试样中抽取 个进行断口检查，对比参数试样中发现未熔合、夹渣，而常规参数试样断面整齐、均匀、致密。）常温力学性能。对比参数焊接接头侧弯试验中有一个试样断裂，断面可见气孔、未熔合、夹渣缺陷，见图。图 对比参数试样弯曲试验表 焊接接头常温力学性能拉力要求：结果断裂位置弯曲，室温冲击韧性要求：焊缝热影响区硬度 母材焊缝热影响区对比参数焊缝母材 个断裂常规参数母材焊缝合格注：冲击试样尺寸 ）金相检查。采用光学显微镜对焊接接头进行金相检查，在对比参数焊缝中发现了层间片状夹渣，见图。从图 焊缝成形可见，对比参数具有大电流、焊接速度快的特点，焊缝金属高温停留时间长，离开氩弧焊枪的气体保护区域后易与空气接触氧化，进而在后续焊道熔敷焊接中形成夹渣。图 对比参数焊缝中的层间片状夹渣（易引发裂纹）小结从上述试验结果可见，手工钨极氩弧焊对接接头对比参数试样与常规参数试样两者硬度试验结果差别不大，而前者常温抗拉强度、冲击韧性下降较多。对比参数试样存在以下问题：外观成形不佳，焊道表面氧化严重，断口检查不合格，存在未熔合、夹渣；个弯曲试样不合格，断面可见夹渣、气孔缺陷；金相检查发现层间片状夹渣，导致层间熔合不良，抗拉强度平均值下降了约，并且运行中易引发裂纹；热影响区的粗晶区宽度比常规参数增加到 倍以上，冲击韧性平均值下降近。对比分析）外观成形。从试样的对比焊接结果来看，对比参数焊接接头的外表面均表现出氧化严重、成形不佳等问题。对比参数的大电流焊接使焊接熔池高温停留时间长，离开焊枪的气体保护区后 第 期 王 萍，等：焊接参数对电站锅炉奥氏体钢小口径管焊接接头性能的影响更易氧化而在层道间形成夹渣；由于小口径管均为曲率较大的坡口面，对比参数的大电流大熔池易使熔融的焊缝金属下淌，导致焊缝的层道间未熔合。另外，对钨极氩弧焊，在焊接过程中焊丝加热端必须处于保护气体中，以避免热的末端氧化和由此造成的焊缝金属的污染。对比参数的大电流快速焊接过程中焊工更容易出现操作不当而使焊丝端部氧化，导致焊缝中出现夹渣等缺陷。）热影响区宽度对焊接接头性能的影响。焊接热影响区是指焊接过程中，材料因受热的影响（但未熔化）而发生金相组织和力学性能变化的区域。热影响区中最薄弱、性能最劣化的区域即是靠近焊缝的过热区（粗晶区）。从试验中的金相检查发现，对比参数焊接接头的粗晶区宽度均有不同程度增加，最大可以达到 倍以上。、同属奥氏体不锈钢，对这类钢来说，控制较低的层间温度可以防止焊接热裂纹的发生和热影响区的晶粒长大以及碳化物析出，保证焊接接头的塑韧性和耐蚀性。）性能。从断口试样形貌看，对比参数焊缝均存在未熔合、夹渣等缺陷，这类缺陷直接导致弯曲试样断裂、拉力试样的强度降低及金相检查中的焊缝层道间片状夹渣。另外，对比参数试样的断口、弯曲等破坏性试验及金相检查中发现的问题在 探伤中很难发现，导致焊接接头综合使用性能的下降及电厂运行中的隐患。结论通过对超临界、超超临界电站锅炉受热面中 、两种典型钨极氩弧焊对接焊接接头常规参数与非常规参数的对比焊接试验，证明奥氏体钢及其异种钢的手工钨极氩弧焊须合理选取焊接工艺参数，以获得良好的常温性能及内在质量，从而保证高温运行寿命。本次试验中的焊接接头均采用了镍基合金焊丝，由于镍基合金的熔深更浅及液态焊缝金属流动性差，在焊接过程中必须严格控制焊接参数的变化，试验结果也证实了上述结论。参考文献 王萍，刁旺战，徐祥久 焊接参数对电站锅炉小口径管焊接接头性能的影响 锅炉制造（）：中国机械工程学会焊接学会 焊接手册 第 册 材料的焊接（第 版）北京：机械工业出版社：中国机械工程学会焊接学会 焊接手册 第 册 材料的焊接（第 版）北京：机械工业出版社：中国机械工程学会焊接学会 焊接手册 第 册 材料的焊接（第 版）北京：机械工业出版社：上接第 页据锅炉房类型，选择合适的监控方式，如集中式锅炉房建议安装微机监控装置，实现远程实时监控供热锅炉运行情况的同时，也能利用相应软件计算供热指标，全方位掌握供热锅炉运行信息，如锅炉的供热量、煤炭消耗量以及供回水温度等重要信息。再基于国家相关规定标准，合理调节额定供热量或者按照实际供暖需求确定供热量，既能有效提高资源利用率，又能保证供热锅炉运行综合效益最大化，从而将节能环保理念在城市集中供热锅炉运行中精准落实。结束语综上所述，城市化进程加快，也积极推动着供暖行业向前发展，同时也面临着资源与能源的消耗量逐渐持续上升的问题。为了积极响应国家可持续发展战略号召，需要加强城市集中供热锅炉运行中节能环保技术的应用，既能实现能源最大化利用，又能有效控制不必要的能源消耗，某种程度上还能为城市环境保护工作开展提供助力。充分发挥节能环保技术优势，灵活运用各种节能环保措施，从而助推供暖行业高质量绿色发展。参考文献 黄岩翔，冉春雨 集中供热锅炉的环保与节能控制研究 环境与发展，（）：杨永福，许浒 基于城市集中供热锅炉运行中的节能环保技术分析 中国设备工程，（）：武世杰 新时期供热锅炉节能环保技术探析 化学工程与装备，（）：锅 炉 制 造 总第 期