奧氏體不銹鋼Super304H(A213-S30432 )焊接工藝

1、奧氏體不銹鋼Super304H(A213-S30432)焊接工藝1.1Super304H的化學成分Super304H鋼是一種改良自高碳18Cr-8Ni(TP304H)類不銹鋼而開發(fā)出的新型奧氏體耐熱鋼。與傳統(tǒng)的TP304H類鋼種相比，其主要的合金化措施是在材料中加入了大約3%的銅、0.4%的鈮以及少量的氮元素，同時提高了碳的含量范圍；其它的微合金化還包括微量的鋁和硼元素的加入。在高溫服役條件下，Super304H鋼的顯微組織中會析出非常細小并彌散分布于奧氏體基底中的碳化物、碳-氮化物，如M23C6、Nb(C,N)和NbCrN等。1.2Super304H的力學性能這些彌散分布的析出相的共同作用，

2、使材料的力學性能，特別是高溫蠕變性能得到了顯著的提高。大量的性能試驗表明該鋼的組織和力學性能穩(wěn)定，而且價格便宜，是超超臨界鍋爐過熱器、再熱器的首選材料。表1列出了Super304H鋼母材金屬的成分范圍，表2為該鋼種的常溫拉伸性能和最高硬度，表3是在475°C725°C溫度范圍內(nèi)材料的最大許用應力。2Super304H鋼的焊接性能分析2.1晶間腐蝕傾向晶間腐蝕是奧氏體耐熱鋼一種極其危險的破壞形式。在碳質(zhì)量分數(shù)高于0.02%的奧氏體不銹鋼中，碳與鉻能生成碳化物(Cr23C6)。這些碳化物高溫淬火時呈固溶態(tài)溶于奧氏體中，鉻呈均勻分布，使合金各部分鉻質(zhì)量分數(shù)均在鈍化所需值，即12%

3、Cr以上。如果加熱到敏化溫度范圍(500850°C)內(nèi)，晶界上就會形成敏化組織即晶界上析出的連續(xù)的、網(wǎng)狀的碳化物(Cr23C6),鉻便從晶粒邊界的固溶體中分離出來。該情況下碳化鉻和晶粒呈陰極，貧鉻區(qū)呈陽極，迅速被侵蝕。2.2應力腐蝕裂紋傾向應力腐蝕裂紋是應力和腐蝕聯(lián)合作用引起的一種低應力脆性裂紋。奧氏體不銹鋼線膨脹系數(shù)大，導熱性差，在結(jié)構(gòu)復雜、剛度較大的情況下，焊接變性受到約束，焊后構(gòu)件特別是焊接接頭存在較大的焊接殘余應力，而奧氏體不銹鋼存在晶間腐蝕和介質(zhì)的全腐蝕，滿足了產(chǎn)生應力腐蝕裂紋充要條件，從而使奧氏體不銹鋼產(chǎn)生應力腐蝕裂紋的傾向大。當晶內(nèi)強度小于晶界強度時，裂紋往往以穿晶擴展

4、為主，反之以沿晶擴展為主。但當應力較低時，而晶界產(chǎn)生腐蝕，那么即使晶內(nèi)強度小于晶界強度，也會產(chǎn)生沿晶裂紋。2.3熱裂紋傾向熱裂紋主要有結(jié)晶裂紋和液化裂紋兩種形式，結(jié)晶裂紋是結(jié)晶后期，由于低熔點共晶形成液態(tài)薄膜消弱了晶粒間的聯(lián)系，在拉應力作用下發(fā)生開裂的裂紋；液化裂紋是指近縫區(qū)或多層間部位在熱循環(huán)的作用下金屬重新熔化，在拉伸力的作用下，沿奧氏體晶界開裂的裂紋。2.4疲勞裂紋傾向由于機組的頻繁啟停，容易在設(shè)備的高應力區(qū)域出現(xiàn)疲勞裂紋，此裂紋很難被發(fā)現(xiàn)，危害性極強。焊接接頭存在缺陷(氣孔、夾渣、夾鎢、未熔合)的區(qū)域附近容易出現(xiàn)此裂紋。3工程應用焊接實例我公司承建的遼寧鐵嶺二期2X660MW火電機組，

5、鍋爐末級再熱器材質(zhì)為Super304H，規(guī)格為660x4mm。3.1焊接方法根據(jù)上述Super304H鋼的焊接特點，采用線能量集中的手工鎢極氬弧焊工藝（GTAW）打底和蓋面，根層內(nèi)壁充氬氣保護的焊接方法進行焊接。3.2焊材選用經(jīng)過焊接工藝評定，我公司采用617合金類鎳基合金材料焊接Super304H鋼。617類鎳基合金焊材不僅具有良好的焊接工藝性能和抗焊接熱裂紋性能，焊縫金屬常溫力學性能，尤其是強度充分滿足母材的要求。其化學成分及力學性能見表4、表5。3.3 焊接工藝參數(shù)通過焊接工藝評定,我公司采用焊接工藝參數(shù)見表6。3.4 焊接要求：1）坡口形式應按設(shè)計圖紙規(guī)定加工，單"V”型，坡

6、口角度為30°35°，鈍邊0.51mm,間隙23mm。2）坡口的制備應以機械加工的方法進行。鋼件表面不允許暴露在火焰加工處，以免被碳污染降低耐腐蝕能力。3）焊接施工前，應仔細檢查焊口對接質(zhì)量，坡口內(nèi)及邊緣20mm內(nèi)母材是否有裂紋或重皮，坡口是否符合圖紙要求，經(jīng)檢查合格后方可進行施工。4）由于奧氏體不銹鋼焊接收縮變形大，應加強夾緊裝置和定位焊，以防止在焊接過程中產(chǎn)生變形和附加應力。5）手工鎢極氬弧焊打底時，焊縫背面要充氬保護，保證背面成型良好且防止合金元素的氧化燒損?，F(xiàn)場充氬采用多層可溶紙封堵做成氣室，用8mmxlmm的銅管，銅管前端鑿平封死且成楔子狀，并在上面打eimm1.

7、5mm的梅花狀密集小孔（越密越多越好，以有利于充氬效果保護）。6）焊前不須預熱。刀打底焊層厚度不宜太薄，一般不小于2mm。打底層焊縫焊完經(jīng)檢查后，應及時進行次層焊縫的焊接。8）焊接過程中層間溫度嚴格控制在100°C以內(nèi)，盡量減少焊接接頭在450850°C停留時間。敏化區(qū)溫度的停留時間過長，會引起晶間腐蝕。9）焊接過程中若出現(xiàn)氣孔、裂紋或夾鎢等缺陷要徹底清除缺陷，重新施焊，嚴禁用重復熔化焊道的方法來消除缺陷。10）焊后不需要進行熱處理。3.5現(xiàn)場焊接出現(xiàn)問題及解決措施3.5.1現(xiàn)場焊接問題在現(xiàn)場施工過程中，主要出現(xiàn)以下三個問題：外觀質(zhì)量較差，顏色不好，有氧化現(xiàn)象。產(chǎn)生原因分析

8、：不銹鋼焊接時，如果層間溫度較高，表面金屬被氧化，從而顏色較暗。焊接完畢后，焊道尚未冷卻，即停止氬氣保護，造成焊道表面氧化。2）裂紋缺陷，尤其是因其它缺陷返修后更易出現(xiàn)。產(chǎn)生原因分析：裂紋是由于焊縫金屬是樹枝狀奧氏體組織，晶界處易形成低熔點共晶體從而有較強的熱裂敏感性，焊工操作時未嚴格執(zhí)行焊接工藝，為了克服熔池的流動性差而擅自提高焊接電流和過高的層間溫度造成的；焊縫局部返修時，往往是連續(xù)一次性焊完，加上局部應力集中，低熔點共晶體液化形成裂紋。3.5.2缺陷的預防措施。嚴格按照給定的焊接電流與速度操作，注意控制焊接熱輸入及層間溫度。焊接電壓要適中，電壓過小對電弧吹力較小，同樣影響母材的熔化，而且電壓對對電弧有約束力，可以使電弧穿透力增強。這樣有利于層間溫度的控制，從而減少焊縫的氧化。層間溫度最好冷卻到80C以下（手能摸上去不感覺到燙）再焊下一層，這是避免氧化及熱裂紋的有效措施。4結(jié)論綜上所述可知，Super304H鋼合金含量較高、熔池鐵水流動性差、現(xiàn)場焊接位置困難等特點因此，焊接這種材料時，對焊接規(guī)范、焊工操作技能