TP304和TP347H薄壁管焊接中几个问题的分析和解决

TP304和TP347H薄壁管焊接中几个问题的分析和解决

谢岁伟

谢岁伟（福建省锅炉压力容器检验所）

摘要：TP304H和TP347H薄壁管均是18-8系的奥氏体不锈钢，广泛应用于亚临界、超临界等机组的高再、高过、定位管等高温高压部件上，提高TP304H和TP347H两种钢的现场焊接质量水平对电厂的整体质量提高有着重要的意义。

关键词：18-8系薄壁管不锈钢焊接

引言

TP304H、TP347是美国钢种，查阅ASTM213标准，TP30H、TP347H两种钢材的主要化学成分分别见表1。

根据两种钢的Cr，Ni元素的含量，可以看出TP304H和TP347H与我们常用的奥氏体不锈钢18-8(1Cr18Ni9型)成分基本一样，金相分析表明其组织和1Cr18Ni9也是一样的。

1施焊中遇到的问题

在现场实际焊接工作过程中，我们发现TP304H、TP347H薄壁管焊接易出现以下问题：

1.1焊缝根部易出现类似未焊透状的根部缺陷。在正式现场焊接之前，我们曾组织了Ⅰ类高压焊工进行了模拟现场的代样管焊接工作。经代样管焊缝检查，没有发现致命的根部缺陷，当时采用的焊丝是H1Cr19Ni9Nb。后来在现场焊接时，焊接接头经X射线探伤，发现多只接头的根部都有整圈或大半圈的未焊透缺陷，结果全部返工。把焊接接头锯开后检查发现，这种所谓的未焊透缺陷其实是合金元素的氧化、烧损而造成的。焊缝根部可见明显的“起皮”现象，而且外观上显得金属组织非常疏松。此外，焊工在焊接过程中发现根部焊接时有明显的夹渣物存在。

1.2易出现层间未熔合的缺陷。由于该合金钢含大量Ni、Cr等合金元素，合金元素被氧化而在熔池表面形成高熔点的氧化膜(如NiO的熔点为2090，而Ni的熔点为1446)，易造成层问未熔合的缺陷等，此外，在焊接此类钢材时易产生热裂纹等缺陷。

2焊接工艺、参数及解决方案：

经过现场多次实践，我们采用以下方法对现场焊接质量进行控制：

2.1根据DL5007-92《电力建设施工及验收技术规范》的规定，承压管道壁厚δ≤16mm时，采用V形坡口对接焊，由于TP304H、TP347H钢管一般是汽水管道，我们均采用手工钨极氩弧焊打底方法进行焊接。

2.2一般情况下，从化学成分和常温机械性能上比较，选用A107（或A102）焊条比较适当，也可选用A137（或A132）焊条用于手工电弧焊。但根据国内一些文献记录，选用A107或A137焊条不能满足焊接部件的高温高压时的力学性能要求，因此焊丝采用H0Cr19Ni9Nb等超低碳焊丝。手工电弧焊时焊条选用A307或A302焊条。

2.3氩弧焊焊接现场必须要有可靠的防风、防雨雪措施，以免影响氩气的保护效果。焊件在组装前应将焊口表面及两侧10~15mm范围内的母材内、外壁的油、漆、垢、锈等清理干净，直至发出金属光泽。这一点对TP304H、TP347H的焊接质量尤为重要，因为油、漆、垢、锈等清理不干净容易导致焊接热裂纹的产生。

2.4TP304H、TP347H钢在手工钨极氩弧焊打底（根部焊接）时，焊缝背面要充氩保护，以保证背面成形良好和防止合金元素的氧化、烧损。前面提到的“未焊透”现象经过分析和焊接工艺评定结果比较，很可能就是因为充氩保护不完全，合金元素严重氧化烧损造成的。充氩保护时，焊缝内壁采用可熔纸（如卫生纸、皱纹纸等）紧攥成纸团，塞在坡口两侧距离100~150mm的管子内，使这形成小的气室，然后仅在该小气室内充氩，这样利于保护焊缝根部和节约氩气。采用φ1.0~φ3.0mm的微细金属管（最好是细铜管，便于焊接）焊接在氩气皮带的输出接头上，然后将微细金属管通过焊缝对口的间隙伸进管内，打开氩气开关，将氩气的输出调到5~7/min，对焊缝根部进行充氩保护。

2.5TP304H、TP347H等类型的奥氏体不锈耐热钢的导热系数小而线膨胀系数大，在自由状态下焊接时易产生焊接变形，如在焊接时定位焊缝数量、长度不够或不牢固，就可能因焊接变形而导致坡口间隙缩小，严重时甚至没有间隙。这也是造成TP304H、TP347H管焊接时经常出现未焊透的一个主要原因。因此，在定位焊时，不能按照常规只点焊两点，而最好沿管四周均匀点缝4~5点，每点长度5~10mm，这样才能保证焊接过程中对口间隙不会因焊接拘束应力而变小。

2.6焊缝为多层多道焊，打底焊时焊枪与工件的角度为65~70°，焊丝与工件的角度为10~15°，中间的盖面层焊时焊枪与工件的角度为70~80°，焊丝与工件的角度为10~15°。喷嘴与焊件的距离以10~20mm为宜，钨极伸出长度以3~5mm为宜。常用的焊接工艺参数见表3。每层焊接结束后，焊工用钢丝刷将表面的氧化层刷掉再焊接下一层，防止出现层间未熔合。

3结论

通过采用上述的方法，并在焊工培训考核中心进行了这两种钢材的焊接工艺评定，结果较为理想，解决了上述焊接过程中出现的主要问题。将上述工艺在工程施工中使用，也取得了较为满意的结果。

参考文献：

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[2]岳增武，胡新芳，王光东，庄宗峰.TP304H钢鳍片管再热器焊接裂纹分析.华北电力技术.NO6.2004.

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