600MW超臨界機組高壓給水管道(WB36)焊接

韓光海

(神華國能寶清煤電化有限公司，黑龍江 寶清 155600)

某發電廠擴建工程安裝兩臺國產600MW超臨界燃煤發電機組，其中高壓給水管道使用了WB36 鋼，規格為355mm×45mm，工作壓力29MPa，工作溫度283℃。施工安裝時采用德國蒂森SHschwarz3KNi焊條，在維修過程中焊條用完，改用國產焊條代替。實踐證明，采用國產757Ni或707Ni焊條，既能滿足使用要求又能保證焊接質量。

一、WB36的成分和力學性能

WB36(15NiCuMoNb5)是為德國梯生鋼廠、曼內斯曼鋼廠和日本住友金屬株式會社生產的Ni-Cu-Mo低合金鋼，主要用于壓力容器和電站鍋爐。該鋼具有較高的強度和優良的耐高溫、耐腐蝕性能，室溫抗拉強度可達610MPa以上，屈服強度≥440MPa，同時還具有良好的焊接性能，用于壁溫≤500℃，大口徑(76～660mm)鍋爐厚壁鋼管、集箱及汽包壓力容器等，其化學成分和力學性能見表1、表2。

表1 WB36鋼化學成分 %

表2 WB36鋼力學性能

二、WB36鋼材焊接性

WB36鋼屬低合金高強度鋼中的低碳調質鋼，其焊接性取決于它的化學成分，焊接該鋼主要從兩方面考慮：是否產生各種裂紋和是否在焊接熱影響區產生脆化。.

1.熱裂紋與冷裂紋

WB36鋼含碳量較低，因此對SP雜質控制得較嚴。在正常情況下，這種鋼不會產生熱裂紋，在此基礎上，通過加入多種提高淬透性的合金元素，可保證獲得強度高、韌性好的低碳馬氏體和部分下貝氏體的混合組織，所以，開始轉變溫度Ms點較高，如果在該溫度下冷卻較慢，生成的馬氏體還能再進行一次“自回火”處理。因此，只要工藝合理，保證馬氏體轉變時的冷卻速度，可以減少冷裂紋的產生。為此，焊接過程中采用焊接預熱，焊接后熱處理和調節線能量，來延伸冷卻時間，避免冷裂紋的產生。

2.熱影響區的液化裂紋

WB36鋼中含有一定量的Ni，使熱影響區液化裂紋敏感性增強，但由于SP含量比較低，因此影響區的液化裂紋敏感性不大，如采用小能量的手工電弧焊，同時控制熔池形狀，減小凹度，就可以有效地防止熱影響區的液化裂紋的產生。

3.再熱裂紋

WB36鋼由于含有Ni、Cu、Nb、Mo沉淀強化元素，在焊后消除應力熱處理或焊后再次高溫加熱的過程中，熱影響區的粗晶區可能產生再熱裂紋。為此要選用小線能量的手工電弧焊，控制熱影響區的預熱溫度配合后熱，再選用高韌性的焊條，可以有效地防止再熱裂紋的產生。

4.熱影響區的過熱區脆化

WB36鋼屬于低碳合金鋼，通過提高淬硬性來保證其高強度和高韌性。該鋼種有一個最佳的冷卻時間t8/5。焊接WB36鋼，如果t8/5太小，過熱區粗大奧氏體全部轉變成粗大馬氏體，使韌性下降；如果t8/5太大，除奧氏體晶粒粗化引起的脆化外，還能產生上貝氏體和M-A組元引起的脆化。由于WB36鋼具有很好的韌性，只要嚴格控制焊接預熱溫度和線能量，選擇含有一定量Ni的焊條，就可避免焊接熱影響區的脆化。

三、WB36鋼焊接工藝特點

1.焊接方法和焊接材料的選擇

WB36鋼是在調質狀態下使用，應盡量限制熱量對母材的影響，因此要選擇線能量較小的焊接方法。根據鋼種力學性能和化學成分，我們選擇了國產結757Ni焊條，采用直流反接進行施焊。

2.焊接工藝參數(表3)

表3 焊接工藝參數

(1)預熱主要防止裂紋的產生，焊接預熱溫度：150～200℃。(2)采用鎢極氬弧焊打底，使用φ2.5mm的H08Mn2Mo焊絲，電弧焊條(結757Ni)蓋面，采用多層多道焊，層間溫度≤250℃，焊后熱處理。(3)焊后去氫熱處理溫度：250～300℃，保溫2～3h。(4)焊后消除應力 熱處理溫 度：580～620℃，每25mm保溫1h。

四、焊后試驗分析及結論

1.焊條金屬的化學成分及力學性能

國產焊條化學式見表4，焊接接頭力學性能見表5。

德國SH.schwarz3KNi焊條焊接接頭力學性能見表6、表7。

表4 %

表5

表6 %

表7

通過對比，選擇結757Ni焊條能夠滿足使用要求。

五、結論

本文通過對WB36鋼的試驗制定的焊接工藝是合理的，選用結757Ni焊條焊接，焊接接頭的綜合性能好，尤其是較高的韌性抗拉裂性，完全符合標準要求。

[1]周振平等.焊接冶金與金屬焊接性[M].北京機械工業出版社，1992.

[2]張佩良.火力發電廠金屬管子材料及高合鋼焊接[M].中國電力出版社，2003.

[3]國電雙鴨山發電有限公司600MV汽機檢修規程，2007.