电站用奥氏体不锈钢焊接

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1、电站用奥氏体不锈钢焊接 1、前言    随着火力发电站参数的不断提搞，奥氏体不锈纲在电站传统领域，如化学系统管道、热工仪表管、热交换器管等系统广泛应用的同时，还在锅炉高温过热器和高温再热器管中得到广泛应用，由此而引出的奥氏体不锈钢管的焊接问题，在电站设备安装和检修中是累见不鲜，人们往往由于对奥氏体不锈钢的认识不足，对其焊接性能不甚了解，造成一些焊接缺陷，导致具有寿命优势的奥氏体不锈钢管早期失效。2、电站常用奥氏体不锈钢    奥氏体不锈钢是在铬含量为18%的铁素体型不锈钢中加入Ni、Mn、N等奥氏体形成元素而获得的钢种系列，在电站管道中常用的有18-8型（TP304）、18-12型（TP3

2、47、TP316）、25-20型（TP310）等。它之所以在电站管道应用较广，是因为奥氏体不锈钢具有优良的耐腐蚀性能，有比铁素体/珠光体钢更好的抗高温氧化性能，同时还有优良高温热强性能。但由于奥氏体不锈钢的物理性能与低碳钢和低合金钢相比有很大差异，如奥氏体不锈钢的导热率只有低碳钢的三分之一，线膨胀系数比低碳钢高约50%，有晶间腐蚀倾向，成本高等，所以，奥氏体不锈钢在锅炉受热面管上未被大量使用，同时也因为这些不足，给焊接工作带来了一些不利影响。3、奥氏体不锈钢的焊接性能    奥氏体不锈钢比其他不锈钢更容易焊接，不因温度变化发生相变，对氢脆不敏感，在焊态下奥氏体不锈钢接头也有较好的塑性和韧性

3、。焊接的主要问题：易产生焊接热裂纹、脆化、晶间腐蚀、应力腐蚀、表面氧化，此外，因其导热性能差、线膨胀系数大，所以焊接应力和焊接变形较大。3.1焊接热裂纹    奥氏体不锈钢较一般结构钢易产生焊接热裂纹，焊缝的金相组织、化学成分和焊接应力是导致焊接接头产生热裂纹的主要原因。奥氏体稳定性好，对硫、磷等杂质敏感，且与一些极限溶解度小的元素，如铝、硅、钛、铌等，易形成低熔点共晶体，使金属的实际凝固点温度下降，从而増大结晶温度区间；奥氏体导热率低、线膨胀系数大，在焊接过程中易形成较大的焊接拉应力；单相奥氏体焊缝易形成方向性强的粗大柱状组织，有利于上述杂质和元素的偏析，从而形成连续的晶间液态夹层。这些

4、因素表明单相奥氏体不锈钢焊接接头呈现较大的热裂纹敏感性。    合金成分和金相组织是产生热裂纹的“内因”，焊接应力是引起热裂纹的重要的“外因”，奥氏体钢导热率低，线膨胀系数大，在焊接热循环的作用下，焊缝在凝固过程中易形成较大的焊接内应力，为热裂纹的产生创造了力学条件。焊接工艺是产生热裂纹的另一个“外因”，为了避免焊缝枝晶粗大，以致增大偏析，应尽量采用小的热输入量、不预热、降低层间温度，另外，合理的坡口设计和焊接顺序、减少接头拘束力，都有利于降低焊接应力，防止焊接热裂纹。3.2晶间腐蚀    奥氏体不锈钢焊接接头晶间可能发生在焊缝区、熔合区，也可能发生在热影响区的敏化区（600~1000℃）

5、。在焊缝区，多层多道焊的前一层焊接热影响区达到敏化温度的区域，在晶界容易析出铬的碳化物，形成贫铬的晶粒边界，若该区域正好露在焊缝表面，并与腐蚀介质接触，则会发生晶间腐蚀，防止焊缝区晶间腐蚀方法包括选用超低碳的焊接材料和含有Ti、Nb等稳定化元素的焊接材料，调整焊缝成分，使奥氏体焊缝中获得少量的δ相，利用δ相散布在奥氏体晶粒边界上来阻隔形成连续的贫铬层。热影响区的敏化区晶间腐蚀产生的原因也晶界容易析出铬的碳化物，形成贫铬的晶粒边界所致，可以通过采取低的焊接线能量，快速通过敏化温度区的方式来避免产生热影响区晶间腐蚀。熔合区的晶间腐蚀通常只发生在含有Ti、Nb合金的奥氏体不锈钢中，主要原因也是在

6、晶界M23C6沉淀而形成贫铬层所致，可以采用超低碳焊材、小的焊接线能量来避免熔合区的晶间腐蚀。3.3应力腐蚀    奥氏体不锈钢焊接接头对应力腐蚀比较敏感，因为它的导热率小、线膨胀系数大，焊后存在较大的焊接残余应力，为应力腐蚀开裂创造了必要条件。减少焊接残余应力的影响，对电站不锈钢管道或构件而言，退火处理是不可取的，只能通过工艺手段加以控制，如采用窄坡口、小的线能量、控制层间温度、对称施焊等。3.4焊接接头的脆化    前面说过，为了避免镍含量较低（Ni<15%）的奥氏体不锈钢产生焊接热裂纹，通常希望通过选择焊材来使焊缝出现少量的δ相，当δ相较多时，就会出现脆化现象，这主要是由于焊缝中的δ

7、相在高温下析出而脆化，为了确保焊缝的塑性和韧性，研究表明，长期在高温状态下工作的奥氏体不锈钢焊缝中所含的δ相的体积比应小于5%。3.5焊接接头表面氧化    奥氏体不锈钢接头中有多种合金元素，在焊接过程中，如果对熔池及高温成型区保护不好，将引起合金元素的氧化，铬等合金元素的氧化使焊缝表面出现贫铬区，加剧焊缝晶间腐蚀，由于表面合金氧化物很脆，运行过程中易脱落，严重影响表面成型，在应力的作用下很容易发生应力腐蚀。4、奥氏体不