锅炉过热器用07Cr18Ni11Nb钢的焊接工艺及分析段江丽 张浩远 赵鹏辉 刘百让  【摘要】介绍了锅炉过热器用07Cr18Ni11Nb钢的焊接性以及进行工艺试验的情况，对试验结果以及锅炉中此种材质的蛇形管焊接工艺进行了分析，并通过施工实践证明了工艺的可行性，希望对锅炉制造各单位同类型钢种的焊接提供一定的借鉴。 关键词：锅炉过热器；焊接工艺；焊接性 1. 概述我公司生产的某75t/h发电用生物质链条炉，其高温过热器蛇形管计算烟气温度774℃，工质温度485℃，设计壁温524℃，采用07Cr18Ni11Nb材质，以达到耐高温腐蚀且经济的效果。本文对该蛇形管的焊接工艺评定试验进行了简单的阐述与分析，按本试验方案中的焊接工艺进行生产的产品，经检测符合相关要求，为以后进行相关材料、相关结构的焊接工作积累了经验。 2. 蛇形管的工艺要求产品高温过热器蛇形管管子规格为φ38mm×3.5mm，管子的弯曲半径为40mm及80mm。各焊缝按GB/T16507.5—2013《水管锅炉 第5部分 制造》进行，对接焊缝按NB/T47013.2—2015《承压设备无损检测 第2部分 射线检测》的规定执行。射线检测技术等级不低于AB级，对接接头焊接质量不低于Ⅱ级。水压试验压力11.0MPa，保压时间至少为10～20s，不得有渗水漏水现象，水压试后不得有明显残余变形。 3. 焊接性分析07Cr18Ni11Nb钢的化学成分和力学性能如表1、表2所示。 07Cr18Ni11Nb钢为奥氏体耐酸耐热不锈钢，在氧化性、中性以及弱还原性介质中均具有良好的耐蚀性、抗蠕变性和抗高温氧化性能。其热加工性能较佳，常温具有低的屈强比，伸长率、断面收缩率和冲击吸收能量很高。与低碳钢相比，奥氏体锈钢具有较高的电阻和强度，因此需要较低的焊接电流。与其他不锈钢相比，07Cr18Ni11Nb钢的焊接是比较容易的，但其导热系数小、线膨胀系数大，因此在焊接局部加热和冷却条件下，焊接接头部位的高温停留时间较长，焊缝金属及近缝区在高温承受较高的拉伸应力与拉伸应变时具有较高的热裂纹敏感性，在焊缝及近缝区都有产生热裂纹的可能。 表1 钢管的化学成分（GB5310—2008）（质量分数）（%）  牌号C Si Mn Cr Mo V Ni Nb P S 07Cr18Ni11Nb 0.04～0.10≤0.075≤2.00 17.00～19.00——9.00～13.00 8C～1.10≤0.030≤0.015 表2 钢管的力学性能（GB5310－2008） 
4. 焊接方法采用手工钨极氩弧焊。在选择焊接方法时，要根据不锈钢母材的焊接性、焊接接头力学性能、使用性能、耐腐蚀性能的综合要求来确定。当焊接接头的耐蚀性要求高时，由于钨极氩弧焊等惰性气体保护焊具有明显的优势；且钨极氩弧焊具有低氢、工艺适应性强、易于实现单面焊双面成形的优点。由于钨极氩弧焊具有热输入小，焊接质量优的特点，所以特别适用于薄板和薄壁管件的焊接。考虑到焊接时可能造成背面氧化，背面也必须进行充氩气保护。 5. 焊接材料的选择对于奥氏体不锈钢的焊接，通常采用同材质焊接材料。在选择焊接材料时，为了保证焊缝金属的耐应力腐蚀性能，通常采用超合金的焊接材料，即焊缝金属中的耐蚀合金元素（Cr、Mo、Ni等）含量高于母材。 对于锅炉过热器管，对焊缝的要求主要是具有较好的力学性能与热强性能，本文中产品高温过热器管采用了07Cr18Ni11Nb奥氏体耐酸钢，还要求焊缝金属有耐腐蚀性能。 H08Cr20Ni10Nb焊丝通过添加Nb来稳定碳化铬，提高钢的抗晶间腐蚀能力，是焊接奥氏不锈钢常用较常用的氩弧焊焊丝，具有较为良好的焊接性，其合金成分与07Cr18Ni11Nb相近但耐蚀合金元素含量又稍高于母材，从理论上讲是焊接07Cr18Ni11Nb钢的合适焊材。H08Cr20Ni10Nb焊丝的成分如表3所示。 6. 焊前预热和焊后热处理奥氏体不锈钢一般不需预热及后热，如没有应力腐蚀或结构尺寸稳定性等特别要求时，也不需要焊后热处理，但为了防止焊接热裂纹的发生和热影响区的晶粒长大以及碳化物析出，保证焊接接头的塑韧性及耐蚀性，应严格控制焊接热输入，并控制较低的层间温度。 7. 坡口形式和尺寸根据气体保护焊的推荐坡口（GB/T985.1—2008），基于熔合比等因素的考虑，采用带钝边V形坡口，钝边为1mm，坡口角度60°±5°。 8. 焊接工艺评定试验结果焊接工艺评定试件类型及尺寸如表4所示，焊接时将试件两端用硬纸密封，以保证背面充氩保护。定位焊及打底焊后，应及时进行焊缝检查，合格后继续进行焊接。评定用焊接参数如表5所示 。 评定试件射线探伤按J B/ T47013—2015.2进行，符合Ⅰ级标准。按规范将试件进行力学性能及微观金相检测。拉伸试验结果如表6所示，弯曲试验结果如表7所示。评定微观金相无裂纹、过烧、疏松和超标的异常组织。 9. 产品工艺及要点产品工艺流程：切割法下料→机械加工坡口→焊接准备→充氩→氩弧焊定位焊及焊接→射线探伤。 表3 焊丝的化学成分(YB/T5092—2005)（质量分数） （%） 
表4 评定试件类型及尺寸  母材材质规格/mm×mm接头尺寸备注07Cr18Ni11Nb φ38×3.5 表5 评定焊接参数  焊接层次焊接电流电弧电压/V焊接方法焊材牌号及直径/mm 种类,极性焊接电流/A正面背面Ar气流量/L∙min-1焊接速度/cm∙mim-1层间温度/℃正面1层GTAW H08Cr20Ni10Nb φ2.5 58～83 121正面2层GTAW H08Cr20Ni10Nb φ2.5 DC EN 85～95 11～14 7～9 5～7 DC EN 85～95 11～14 7～9 5～7 表6 评定拉伸试验  试样编号试样宽度/mm断裂部位和特征T1 12.3 3.3 40.59 27 665焊缝T2 12.3 3.3 40.59 26 640焊缝试样厚度/mm横截面积/mm2最大载荷/kN抗拉强度/MPa 表7 评定弯曲试验  试样编号试样类型试样厚度/mm弯心直径/mm弯曲角度（°）试验结果B1面弯3.5 14 180合格B2面弯3.5 14 180合格B3背弯3.5 14 180合格B4背弯3.5 14 180合格 操作要点：施焊前应检查坡口形状、尺寸及清洁度，对焊管口端面应与中心线垂直。焊口组对前，应打磨焊缝两侧20mm范围内至金属光泽。 焊前应在管内充氩保护，将管子两侧密封。充氩时，应在感觉氩气从焊缝间隙轻微返出时方可施焊，也可用打火机测试氩气是否充满。 产品蛇形管焊接工艺与评定时完全相同。定位焊时的焊接材料、焊接工艺应与正式施焊时相同，并由焊工本人进行。定位焊后要检查、对接间隙是否合适以及是否有缺陷，层间接头应错开。 10.结语对奥氏体不锈钢07Cr18Ni11Nb的焊接，通过焊接工艺评定，选用合适的焊接方法和焊接材料，焊接过程中严格控制层间温度，背面充氩保护，确定了合适的焊接参数并应用于生产。实际产品过热器管系焊缝外观质量优良，无损检测及水压试验结果都符合产品要求，取得了令人满意的结果。 作者简介：段江丽等，郑州锅炉股份有限公司。 |
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牌号C Si Mn Cr Ni Cu Mo Nb P S H08Cr20Ni10Nb≤0.08 0.30～0.65 1.00～2.50 19.00～21.50 9.00～11.00≤0.75≤0.75 10C～1.00≤0.030≤0.030
依据NB/T47014—2011，TSG G0001—2012标准规定，进行试件焊接、试样检验、测定性能
