HR3C高温短时强度试验解析.doc

HR3C钢采用Thermanit 617和YT-HR3C焊丝 焊接接头高温短时强度性能试验 上海电力建设有限责任公司 林志华 孔雁 徐强 吴明生 摘 要：本文通过对采用配套焊材YT-HR3C和镍基合金Thermanit 617焊材焊接HR3C钢的焊接接头，在四个不同温度条件下的高温短时强度性能对比试验，试验结果表明镍基合金焊材Thermanit 617焊接HR3C钢的焊接接头高温短时强度性能高于YT-HR3C焊材的焊接接头。 关 键 词：HR3C钢 镍基合金焊材 高温短时强度 前言 超超临界（USC）火力发电机组是有效利用能源的一项新技术。目前，USC锅炉受热面中的过热器、再热器处于环境恶劣的条件之下，所用钢材在满足持久强度、蠕变强度要求的同时，还要满足管子外壁抗烟气腐蚀及抗飞灰冲蚀性能、管子内壁抗蒸汽氧化性能，所以采用具有抗烟气腐蚀、抗高温腐蚀和高温蒸汽氧化能力强的高铬镍奥氏体钢HR3C。 1问题由来 现在与HR3C钢相配套的YT-HR3C焊材由日本日铁住金溶接工业株式会社生产，不但价格昂贵而且市场无货，给工程安装焊接造成了很大的影响。为此，选用合理的镍基合金焊材来替代YT-HR3C焊材，在进行了焊接工艺评定的基础上，还针对不同工况温度条件下做了焊接接头高温短时强度试验，为充实焊接工艺评定项目提供数据。 HR3C钢采用由德国伯乐蒂森公司生产的镍基合金焊材Thermanit 617进行的焊接工艺评定，焊接接头的常温机械性能的各项试验数据均满足标准要求，但是对HR3C钢采用镍基焊材Thermanit 617焊接接头的高温短时强度性能仍存在疑虑。因此，我们通过对HR3C钢用配套的焊材YT-HR3C和HR3C钢用镍基焊材Thermanit 617焊接的接头做高温短时强度性能试验并将两者试验数据进行对比，如果后者的数值等同或超过前者，那么为工程上选用镍基合金焊丝焊接HR3C钢提供了一定的依据。 1000MW超超临界锅炉部件，采用HR3C钢的焊口数见表1。 表1 HR3C钢管的焊口 组件名称 材质 规格 数量（只） 焊丝用量约（Kg） 过热器 HR3C Ф48.26×10.16 1672 236 再热器 HR3C Ф60.32×4.66 2112 160 注：以上表内为外高桥电厂三期2×1000MW工程统计数据。 2试验条件和试验方法 2.1试验用材料 试验采用HR3C钢管规格为Ф48.26×10.16，V型坡口对接；焊接材料为YT-HR3C和Thermanit 617，直径Φ2.4；焊接位置为45°斜焊（6G）,两种焊材各焊接四只焊口；焊接方法为手工钨极氩弧焊（GTAW）；焊接设备为逆变焊机（ZX7-400ST）；保护气体高纯氩；钨极型号为Wc-20规格Φ2.5。HR3C钢管及YT-HR3C、 Thermanit 617焊丝的化学成分见表2，HR3C钢和Thermanit 617焊丝的常温机械性能见表3。 材 料 C Cr Ni Mo Nb Mn Si S P N Cu Ti Al Co Fe HR3C 0.06 24.92 20.28 - 0.45 1.19 0.38 0.001 0.018 0.26 - - 0.002 - - YT-HR3C 0.05 27.40 20.35 0.89 0.45 1.58 0.30 0.002 0.001 0.30 0.3 - - - - Thermanit 617 0.05 21.5 余量 9.0 - 0.1 0.1 0.001 0.003 - 0.01 0.5 1.0 11.0 1.0 表2试验用HR3C钢管及YT-HR3C、 Thermanit 617焊丝的化学成分（%） 表3 HR3C钢管和Thermanit 617焊丝的常温机械性能 材料牌号 Rp0.2 (MPa) Rm (MPa) A （%） HR3C（SPEC） ≥300 ≥670 ≥30 Thermanit 617（EN-1597-1 焊态） 450 700 30 注：YT-HR3C焊丝质保书内未提供常温机械性能数据。 2.2焊接工艺 焊接HR3C钢的主要问题是容易出现焊接高温裂纹。为了防止焊缝发生高温裂纹采用如下焊接工艺：（1）采用全钨极氩弧焊，封底焊管内充氩保护。（2）严格控制焊接热输入采用多层多道焊。（3）层间温度控制在不大于100℃。焊口的装配尺寸、焊层焊道分布见图1，焊后焊口外观见图2。 为确保两种焊材所焊接的接头高温短时强度试验数据的可靠性，两种焊材焊接时尽可能采用相同的工艺参数（包括焊接电流、焊层厚度、焊接速度、冷却速度等），焊接工艺参数见表4、5。 表4 Thermanit 617焊丝焊接HR3C钢的工艺参数 焊层 焊道 电流极性 焊丝直径(m