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1、SUPER304H新型奥氏体耐热钢的焊接工艺研究,超超临界机组新型钢焊接技术介绍,2007-11-27,为提高电站机组热效率、降低煤耗和发电成本，减少SO2、CO2等污染气体的排放量，世界各国均以发展大容量、高效率的超临界甚至超超临界机组为主要方向，以适应环境保护和节约能源的要求。超超临界机组是当代火力发电厂的共同发展趋势，锅炉是火电机组的关键设备，其蒸汽参数达到26.25MPa、600，这就要求开发出耐高温性能更好的耐热钢，目前，世界先进国家普遍采用的是新型细晶强韧化铁素体耐热钢和新型细晶奥氏体耐热钢，SUPER304H就属于新型细晶奥氏体耐热钢，主要应用于超超临界锅炉高温过热器、高温再热器
2、等重要部件。,一、概况,2007-11-27,SUPER304H是一种新型奥氏体型耐热钢，现主要应用于超超临界机组锅炉高温过热器和高温再热器等重要部件。该钢焊接时主要问题是焊接热裂纹和晶间腐蚀，通过焊接工艺评定获得的试验数据，制定出了该钢种的焊接工艺。为我公司即将开始的海门、潮州以及即将兴建的台山、惠来、平海等1000MW超超临界机组受热面管子的焊接做好了充分的技术准备。,二、课题研究必要性,2007-11-27,SUPER304H钢是日本在TP304H钢中添加了3%Cu、0.4%Nb和一定量的N开发出的新型钢种，该钢种具有极高的蠕变断裂强度，在600650下的许用应力比TP304H高30%，
3、而且组织性能和力学性能稳定，是超超临界锅炉过热器、再热器的首选材料。SUPER304H钢的化学成分：,2007-11-27,三、SUPER304H钢成份及特点,SUPER304H钢的常温成分：,2007-11-27,三、SUPER304H钢成份及特点,SUPER304H钢的化学成分，在钢中加入适量的铜和铌，是为了提高其持久强度、持久塑性、韧性和抗腐蚀性；而对高温抗拉强度有较大影响的氮含量上限控制在0.12%，主要是考虑到运行温度下长期时效后塑性下降。,2007-11-27,四、SUPER304H焊接工艺难点分析,1，焊缝热裂纹问题。,2007-11-27,四、SUPER304H焊接工艺难点分析
4、,2，晶间腐蚀问题。,这是奥低体不锈钢最危险的一种破坏形式。但是奥氏体不锈钢不是任何时候都会产生晶间腐蚀，它与钢的加热温度和加热时间有关，产生晶间腐蚀的温度为450850（敏化温度），尤其以650最为危险。,2007-11-27,五、焊接工艺措施的确定,实践证明，焊缝组织中铁素体含量在23%时，就足以防止产生热裂纹，但是过多的铁素体将使焊缝变脆，反而不利，通常铁素体含量应控制在5%以内。,针对SUPER304H焊接工艺难点，参考国内外有关资料，拟采取以下焊接工艺措施以获得优质焊接接头。1、采用含有Ti和Nb添加剂的焊材，可有效避免焊接热裂纹的产生。,2007-11-27,五、焊接工艺措施的确定
5、,焊接工艺：采用含有Ti和Nb添加剂的焊材，在焊接工艺上，采用碱性焊条，小电流、快速焊，收弧时尽量填满弧坑以及采用氩弧焊等都可以避免热裂纹的产生。,2、防止晶间腐蚀的措施。,2007-11-27,五、焊接工艺措施的确定,2、防止晶间腐蚀的措施。,2007-11-27,五、焊接工艺措施的确定,基本参数母材牌号：SUPER304H；规格：48.267.9mm；焊接位置：6G；焊接方法：钨极氩弧焊；焊丝：YT-304H（2.4mm）；坡口型式：V型；,2007-11-27,六、工艺方案的制定,注意事项为保证根部质量，防止氧化，氩弧焊打底前先进行管内充氩气保护；为了防止焊接接头在敏化温度范围内停留时间
6、过长而产生晶间腐蚀，并防止接头过热而产生热裂纹，焊接时要采用小电流、快速焊、短弧多道焊。焊接时尽量不作横向摆动。严格监控焊接过程中的层间温度，焊接过程中用手提式测温仪进行温度监控，确保层间温度不超过100。每层焊后用水快速冷却。,2007-11-27,六、工艺方案的制定,焊工应具备奥氏体不锈钢管考试合格项目，并经使用YT-304H焊丝进行焊前练习，已掌握焊材、母材及焊机的性能与焊接工艺规范。焊前用角向磨光机打磨管件坡口附近及其内外壁1520mm并见金属光泽，如有油污，可用丙酮或酒精等有机溶剂擦拭，但不要用钢丝刷或砂布进行清理。焊丝的选择：奥氏体不锈钢的焊接，常采用同材质焊接材料，因此，选择日本
7、日铁住溶接工业株式会社生产的YT-304H（2.4mm）焊丝，其化学成分见下表。,2007-11-27,焊前准备,试件对口钝边、间隙尺寸见图1所示。在对口根部定位焊，定位焊后应检查焊点质量，如有缺陷应立即清除，重新进行定位焊。定位焊后管子两侧及坡口周围用胶布封堵做成气室，上侧先预留一个小孔，氩气从下面充入管内，先用胶布把坡口周围封住，充氩气1分钟后，通过观察打火机熄灭情况判断保护效果，满足要求后方可施焊。定位焊及正常施焊过程中不得在管子表面试电流，随便引弧。,2007-11-27,对口装配及定位焊,为防止根层焊缝金属氧化，氩弧焊打底和第一层填充时管内均需充氩气保护，氩气流量为512 L/min
8、。施焊过程中氩气的流量为812 L/min。氩弧焊时各层的焊接规范参数见表4。表4：焊接规范参数,2007-11-27,焊接操作工艺,外观检查：表面无缺陷，外观检查符合DL/T868标准要求。射线探伤：检验标准为DL/T821-2002，未发现缺陷，质量等级为I级片。力学性能检验,2007-11-27,焊后检验,2007-11-27,力学性能取样部位,1，拉伸试样2、3，侧弯试样4，冲击试样5，金相试样,根据GB 2651-1989进行拉伸试验，试验结果如表5所示：,2007-11-27,拉伸试验,根据GB 2653-1989进行面弯和背弯试验，试验结果如表6所示,2007-11-27,面弯与
9、背弯试验,根据GB/T 17394-1998进行布氏硬度（HBS）试验，试验结果见表7,2007-11-27,硬度试验,微观金相结论：最终焊接接头得到奥氏体+铁素体组织，符合要求。,2007-11-27,微观金相检验,母材图(奥氏体组织),熔合线(奥氏体+铁素体组织),热影响区(奥氏体+细小铁素体组织),针对SUPER304H钢的成份、特点及焊接中需注意的事项，通过制定焊接工艺操作方案，严格按要求进行焊接工艺评定，试件的所有试验结果均符合要求，说明制定的工艺评定参数是合理的，工艺评定获得圆满成功。我们认为对于SUPER304H钢的焊接，关键在于操作中特别要注意以下几项，严格按要求进行焊接，就可
10、获得优质的焊接接头。1、选择与母材相配备，并含有一定量的铌的焊接材料是避免产生晶间腐蚀和热裂纹的重要措施。2、焊接操作中采用小电流、快焊速、短弧多道焊工艺措施，焊接过程中不作横向摆动。3、为保证根部质量，焊口背面应采取充氩气保护的措施。4、严格控制层间温度，焊接过程中用手提式测温仪进行温度监控，确保层间温度不超过100，每层焊后用水快速冷却，是防止产生晶间腐蚀的关键一环。,2007-11-27,结论,1、新型耐热钢焊接杨富、章应霖、任永宁、李为民 中国电力出版社。2、Takao Kan and others.Properties and experiences of a new austenitic stainless steel SUPER304H（0.1C-18Cr-9Ni-3Cu-Nb-N）for boiler tube application.日本住友技术交流资料，2001。3、焊工工艺学机械工业出版社。4、焊接工艺伍广主编 化学工业出版社。,2007-11-27,参考文献,
