[发明专利]高镍铁基奥氏体不锈钢膜式壁管屏角焊缝焊接方法

说明书

本发明提供了一种高镍铁基奥氏体不锈钢膜式壁管屏角焊缝焊接方法，该方法中，管子与扁钢之间的角焊缝采用熔化极气保焊或/和埋弧焊方法多条焊缝同时焊接，焊材采用镍基焊材，管子和扁钢中至少一种的材质为高镍铁基奥氏体不锈钢，高镍铁基奥氏体不锈钢材质的主要化学成分满足以下条件：Cr：19～26%，Ni：19～28%，Fe：≥50%；若管子和扁钢中有一种的材质为非高镍铁基奥氏体不锈钢，则非高镍奥氏体不锈钢主要化学成分满足以下条件：Cr：16～24%，Ni：8～14%，Fe≥50%；镍基焊材或焊材熔敷金属的主要化学成分满足以下条件：Ni≥50%，Cr≤28%，Fe≤12%，本发明极大降低了膜式壁管屏角焊缝热裂纹率，也有利于预防膜式壁管屏在高温服役过程中管子被拉裂的风险。

技术领域

本发明涉及一种膜式壁管屏角焊缝的焊接。

背景技术

首先申明，为行文简化需要，本说明书中未予单独说明的关于钢材或焊材的成分描述，均为按质量百分数的百分比例。

在循环流化床锅炉中为了预防烟气高速流动对管子的磨损，锅炉过热器和再热器需要采用膜式壁管屏形式（即管子+扁钢形成管屏的形式），其结构参见说明书附图的图1和图2。由于膜式壁管屏中管子数量多，长度大，焊缝焊接量很大，因此焊接过程中产生的焊接应力较高。尤其当采用机动焊或自动焊且多条焊缝同时焊接时，焊缝受相邻管子的约束，导致焊缝应力很高，一旦管屏材料的裂纹敏感性较大时，很容易产生焊接裂纹。

随着电站锅炉参数的提高，锅炉受热面管屏的材料等级也在不断提升，目前膜式壁管屏已经用到马氏体不锈钢和304奥氏体不锈钢，后续随着锅炉参数的进一步提高，膜式壁管屏会用到更高等级的铁基奥氏体不锈钢，比如SA-213TP310HCbN、310S等。由于这类不锈钢镍含量高（Ni含量一般在19～28%，注：表示Ni的质量百分含量为19%～28%，下同），组织为纯奥氏体，其焊接热裂纹倾向大，在拘束度高的膜式壁管屏焊接时焊接热裂纹将增大，尤其在多条焊缝同时焊接的膜式壁管屏，由于焊缝拘束度高、焊接热量大，热裂纹十分容易产生，此问题将会成为制约高镍含量的铁基奥氏体不锈钢膜式壁管屏制造的一大障碍。此外，由于锅炉膜式壁管屏在运行过程中，管子内为蒸汽，管外为炉膛或烟道的高温烟气，管外温度高于管子温度，若角焊缝采用与管子同材质的奥氏体不锈钢焊材，则焊缝和管子的热膨胀系数相同，在管外温度更高的情况下，焊缝的热膨胀量更大，在高温运行时，管子受拉应力，且运行过程中管内压力高，在外壁焊缝拉引力和管内压力共同作用下，容易导致管子侧产生裂纹。

目前奥氏体不锈钢模式壁管屏制造方面，世界上仅18-8型（即Cr含量在16～20%，Ni含量在8～13%）不锈钢有锅炉膜式壁管屏制造技术，其焊接工艺选用与母材相匹配的焊材（即Cr、Ni含量与母材相当的焊材）进行焊接，例如，SA-213TP304（或SA-213TP347H）管子+06Cr19Ni10扁钢，焊材采用308型或347型的不锈钢焊材，该技术已比较成熟。但如果针对高镍奥氏体不锈钢（其Cr含量在19～26%，Ni含量在19～28%）的膜式壁管屏，在熔化极气体保护焊或埋弧焊采用多条焊缝同时焊接的条件下，若仍然采用与母材相匹配的焊材，如310型焊材，则由于焊缝金属为纯奥氏体组织，产生裂纹的几率会非常高，如果采用低匹配（即采用308型或347型的不锈钢焊材），则焊缝金属由于受母材稀释，也会使焊缝中局部区域产生纯奥氏体组织，从而大大增加热裂纹敏感性。此外，高Ni奥氏体不锈钢适用于温度更高的环境，在温度更高的条件下，采用与管子同材质的焊缝时，焊缝的热膨胀量更大，管子在运行时受到焊缝的拉应力会更大。

综上，针对高镍奥氏体不锈钢膜式壁管屏角焊缝焊接，现有技术存在以下的不足：（1）管子与扁钢角焊缝采用熔化极气保焊或埋弧焊方法焊接时很容易产生热裂纹；（2）在锅炉高温服役时，由于焊缝温度高于管子温度，导致焊缝热膨胀量更大，存在管子产生裂纹的风险。

发明内容