火电厂导汽管弯头法兰与内套管异种钢焊接工艺分析

火电厂导汽管弯头法兰与内套管异种钢焊接工艺分析

赵子领

大唐淮北发电厂 安徽省淮北市 235000

【摘要】

火电厂的生产效率取决于各种生产设备的正常运行，弯头法兰与高压风管内套管的异种钢焊接是火电厂重要的焊接工艺，工艺包括焊前准备、焊接工艺和试验方法。良好的焊接工艺能保证高压导气管安全稳定运行。

【关键词】导汽管；内套管；异种钢焊接；焊接工艺

1弯头法兰与内套管异种钢焊接性分析

首先，两种材料的焊接性能应该得到充分的考虑，1cr11mov和zg15cr2mo1的化学成份有许多不同，而此种情况下力学性能的差异是显而易见的，由此推测出其余性能也应该有较大差别。在此前提下，应该分析出各自的焊接性来进行焊接准备的基础工作。

1cr11mov 为马氏体不锈钢，铬含量大于10% ，线膨胀系数小，减震性能好，热强度和耐腐蚀性能优异，该钢适用于工作在540°以下的燃气轮机叶片、皮带、阀杆和蒸汽轮机叶片，当此钢在焊接的时候，性能会受限制，所以应该采用与钢号成分相近的焊条（如铬117）在焊前预热到350℃左右，铬的含量应控制在10当焊缝金属碳含量在0.1% (质量分数)时。0%～10.5%(质量分数)是为了防止焊缝金属产生过多的铁素体。

而外国的大公司一般都会选用ZG15Cr2Mo这种钢材来减少铸造缺陷，比起V钢，ZG15Cr2Mo1更具可焊性，Zg15cr2mo1是一种综合性能和工艺性能良好的珠光体热强铸钢，本实用新型适用于工作温度不超过570°c 的汽轮机缸体、阀壳等，而当Ceq≤0．45% 时钢焊接性良好，但在在冷却速度过快的情况下焊接后容易产生冷裂纹。Zg15cr2mo1由于焊后热处理的二次析出形成了致密的碳化物析出，也具有再热裂纹倾向，在焊接过程中，要控制好各层之间的温度，并利用低温焊接热量有效地避免热裂纹的产生。

2焊接材料及热处理温度的选择

由于两种母材的合金元素含量不同，焊接接头的焊缝和熔合区受合金元素稀释和碳迁移等因素的影响，物理性能和化学性能也会有所不同，容易导致缺陷和性能降低。因此，正确地选择焊接材料是必要的，不同的温暖也会导致材料的各种问题，应该在选择好材料的情况下充分考虑其温度对焊接的影响。

因为ZG15Cr2Mo1与1Cr11MoV的焊接是异种钢焊接，采用低匹配原则符合电力标准，焊接型号为e r90s-b3，电极型号为 e6015-b3，马氏体钢和珠光体钢在焊前和焊后热处理时需进行预热，预热温度在150ー350°c 之间。为防止碳化物析出和裂纹的产生，预热温度应高于250°c，因其母材均为非奥氏体不锈钢，其温度应该高于预热温度下限并且低于 400℃，Zg15cr2mo1和1cr11mov 焊接时，预热温度为250ー300°c，夹层温度为250ー350°c，焊后热处理温度为690°c ± 10°c，连续焊接3h。

3 焊前准备

3.1焊接材质的复核与焊接材料的准备

为了顺利进行焊接准备，焊接前应用便携式直读光谱仪对焊接的内套管和弯头法兰进行检查，应选择直径2.4 mm 的90s-b3焊丝和直径4mm 的 e6015-b3焊条，焊条应重新检验合格，焊条在350ー400°c 温度下烘干2h，在100ー200°c 温度下烘干保温。在焊接过程中使用方便，且不符合焊条的技术要求是禁止的。

3.2管路下沉及系统污染防止措施

为防止蒸汽导管下沉，在切割蒸汽导管前，采用三套5吨链条将蒸汽导管法兰下部径向固定，此外，为了防止蒸汽导管内污染，在将堵板填入法兰密封后应拧紧法兰螺栓，在切割管道前还应拆下弯头法兰螺栓。拆卸弯头法兰后，密封法兰以防止异物落入法兰。

3.3弯头法兰拆除

拆卸弯头法兰前，测量备用弯头法兰，在高压蒸汽入口管上画出有缺陷的弯头法兰的切割位置线，为了满足最终磨削和装配尺寸的要求，应留出2ー3mm 的磨削余量标注，为了通过机械手段将熔敷金属从原始焊缝中移除，蒸汽入口管上的弯头法兰应在标记的位置(靠近弯头侧)切断。内外套管及其焊缝在焊接过程中不应受到损伤，为了避免掉下来损坏其他设备，拆卸现有弯头法兰后应立即拆卸。

3.4坡口的制备与组对

根据工艺要求，弯头法兰装配完成后，应用假垫片紧固法兰螺栓，然后根据装配尺寸对槽进行磨削。A = 10°~ 15°，b = 1 ~ 2mm，p = 0.5 ~ 2mm，r = 5mm用于u 型坡口焊接，如图1所示，磨削后的沟槽应用磁粉检测，以确保没有脱层或裂纹。

4焊接过程

4.1焊接预热

通过控制温控柜的预热参数，可以减小内外壁温差，上限温度为300°c，下限温度为250°c，保温时间为1h。预热完成后，立即焊接，随时使用红外线测温仪监测材料温度，以防出现温度失常的情况导致焊接失败，当焊接温度低于或高于预热温度时，应停止焊接并控制到预热温度后再继续进行。

4.2 焊接

为了减小焊接操作难度，应该将操作过程在焊接平台上完成，考虑到是全面焊接，焊接坡口应向上，焊接方式为氩弧焊背面，电极电弧焊盖。采用分段对称和跳焊两种方法降低焊接应力，控制焊接变形，背衬后进行氩弧焊接缝渗透测试，测试结果正确后充填。

（1）定位焊

在检查焊缝坡口后，进行定位焊接，其工艺过程参考正式焊接，采用三点定位焊（即在时钟的(12时、 4时、8时三处位置进行定位焊）方式对焊件进行点固焊，焊接长度8 ～12 mm，宽度2 ～3 mm，混匀分布在四周。检查结束后定位焊接，合格后进行下一步工作。

（2）打底焊

焊丝直径2.4 mm，焊接电流80ー120a，电弧电压12ー14v，焊接速度40ー50mm/min 直流电流，氩气流量8ー12l/min，衬底厚度大于或等于3mm。控制燃弧和闭弧的质量，闭弧时从槽口开始充满熔池。为防止焊透、内凹等问题的出现，应该在工序进行到一半时检查焊道的根部质量，如果出现问题，应及时采取纠正措施。

（3）填充和盖面

及时进行焊条电弧焊接，防止材料开裂，选用直径4mm的e6015-b3弧焊焊条，焊接电流控制在130 ~ 190a，电弧电压20 ~ 24v，焊接速度控制在90 ~ 140mm/min。当层间温度不控制在250°c ー350°c 之间时，停止焊接，恢复温度，电极摆动小于电极直径的3倍。焊完后及时清理焊缝，在此过程中，严格控制接头和电弧质量，为防止电弧坑热裂，应缓慢降低电流，不允许在坡口边缘盖焊缝处进行咬边。

（4）消氢处理

焊接完成后，应及时对焊缝进行消氢处理，方法是电阻加热，加热宽度300毫米(焊缝中心每边150毫米) ，保温面积不小于250毫米，岩棉保温。加热温度250ー350°c，自然冷却后需要保温2ー6小时。

5焊后热处理

采用局部电阻加热进行焊后热处理，在焊缝周围均匀布置2个监测热电偶，压力点焊固定热电偶，在焊缝区布置加热器。

6焊后检验

根据《钢质熔化焊对接接头射线摄影及质量分级标准》 ，对焊缝表面进行100% 射线检验合格，焊后热处理24小时后，根据相关标准，对接头进行磁粉探伤和超声波探伤，未发现缺陷，金相检验和接头硬度试验中发现缺陷的重要方法。

7 结语

通过母材焊接性的研究和焊接过程的控制，成功地完成了1Cr11MoV 与 ZG15Cr2Mo1的焊接上述工艺已经投入实际生产，在焊接的几份样品中，均运行良好。1cr11mov 和 zg15cr2mo1的焊接生产是实际生产，可为其它耐热钢的焊接提供指导和参考。

【参考文献】

【1】柴玉成.火电厂导汽管弯头法兰与内套管异种钢焊接工艺[J].机械制造文摘(焊接分册),2018(05):40-43.

【2】赵玉疆,陈丽娟.P91与ZG15Cr2Mo1异种钢焊接工艺[J].焊接,2003(02):23-25.