高镍铁基奥氏体不锈钢膜式壁管屏角焊缝焊接方法技术

本发明专利技术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%，本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
高镍铁基奥氏体不锈钢膜式壁管屏角焊缝焊接方法
本专利技术涉及一种膜式壁管屏角焊缝的焊接。
技术介绍
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。
技术实现思路
为解决高镍奥氏体不锈钢的膜式壁管屏在采用多条焊缝同时焊接时易产生焊接裂纹的问题，以及膜式壁管屏在高温运行时由于热膨胀差引起的管子拉裂的问题，本专利技术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，通过选用特定的焊接材料和方法，起到有效预防焊接热裂纹的问题和避免运行过程中管子受拉应力引起管子开裂的风险。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：高镍铁基奥氏体不锈钢膜式壁管屏角焊缝焊接方法，膜式壁管屏包括通过角焊缝连接的管子和扁钢，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%。多条焊缝同时焊接意为至少两条以上的焊缝同时焊接。管子与扁钢之间的角焊缝采用多把焊枪同时施焊的机动焊或自动焊。管子与扁钢之间的角焊缝采用熔化极气保焊，采用混合气体保护，混合气体配比中Ar气体含量（体积比）不低于90%。管子与扁钢之间的角焊缝采用熔化极气保焊时熔化极气保焊焊丝直径0.8～1.2mm，采用埋弧焊时埋弧焊焊丝直径1.2～2.4mm。本专利技术的有益效果是：有效解决了高镍奥氏体不锈钢膜式壁管屏角焊缝热裂纹率高的问题，裂纹率由改进前的90%以上降低到改进后的接近0%，同时，因改进后焊缝的热膨胀系数低于管子，高温在运行时，避免了由于温差引起的焊缝对管壁的拉应力，从而有利于预防服役过程中受压件管子被拉裂的风险。附图说明图1是膜式壁管屏的横截面示意图。图2是膜式壁管屏的产品结构示意图。图中标记为：1-管子，2-扁钢，3-角焊缝。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。参考图1、图2，本专利技术的高镍铁基奥氏体不锈钢膜式壁管屏角焊缝焊接方法，膜式壁管屏包括通过角焊缝3连接的管子1和扁钢2，管子1与扁钢2之间的角焊缝3采用熔化极气保焊或/和埋弧焊方法焊接，焊材采用镍基焊材，其特征是：管子1和扁钢2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1和扁钢2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按质量分数：Ni≥50%，Cr≤28%，Fe≤12%。针对铁基奥氏体不锈钢（含高镍铁基奥氏体不锈钢）之间焊接，焊材的选择一般均根据母材成分进行选用，即焊材成分与母材相当；当奥氏体不锈钢与铁素体类钢（铁素体类钢指珠光体钢、马氏体钢、贝氏体钢、铁素体钢）异种钢焊接时，为了减小两种材料热膨胀差引起的焊接应力，以及避免熔合区马氏体带过宽以及碳迁移的问题，若运行温度高于420℃时，一般采用镍基焊材。但即便是用于高温运行条件的工件，针对同为奥氏体不锈钢之间的材料焊接时通常也不采用镍基焊材，其原因一方面是镍基焊材的热膨胀系数比奥氏体不锈钢的小，两者并不匹配，在高温运行时会产生热应力；另一方面是化学成分差异大，成分不匹配，故铁基奥氏体不锈钢之间焊接时一般不会采用镍基焊材。除非某种新型铁基奥氏体钢没有开发出匹配的成熟焊材或匹配焊材不易采购时，为了满足母材许用应力这一硬性要求，有时也会退一步牺牲热膨胀系数和化学匹配的合理性而主要根据镍基焊材的许用应力本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.高镍铁基奥氏体不锈钢膜式壁管屏角焊缝焊接方法，膜式壁管屏包括通过角焊缝（3）连接的管子（1）和扁钢（2），管子（1）与扁钢（2）之间的角焊缝（3）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，其特征是：管子（1）和扁钢（2）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（按质量分数）：/nCr：19～26%，Ni：19～28%，Fe：≥50%；/n若管子（1）和扁钢（2）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（按质量分数）：/nCr：16～24%，Ni：8～14%，Fe≥50%；/n镍基焊材或焊材熔敷金属的主要化学成分满足以下条件（按质量分数）：/nNi≥50%，Cr≤28%，Fe≤12%。/n

【技术特征摘要】
1.高镍铁基奥氏体不锈钢膜式壁管屏角焊缝焊接方法，膜式壁管屏包括通过角焊缝（3）连接的管子（1）和扁钢（2），管子（1）与扁钢（2）之间的角焊缝（3）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，其特征是：管子（1）和扁钢（2）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（按质量分数）：
Cr：19～26%，Ni：19～28%，Fe：≥50%；
若管子（1）和扁钢（2）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（按质量分数）：
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（按质量分数）：
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【专利技术属性】
技术研发人员：银润邦，张永光，奚旭，郑周，曾会强，
申请(专利权)人：东方电气集团东方锅炉股份有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51