PDF《焊接学报》

收稿日期 电站锅炉用HR3C 新型奥氏体耐热钢的激光焊接吴世凯

1 , 杨武雄

1 , 肖荣诗

1 , 亓安芳

2 , 李忠杰

2 (1.

北京工业大学 激光工程研究院 , 北京

100124 ;

2. 上海锅炉厂有限公司 , 上海 200245) 摘要:超(超)临界电站锅炉用新型铁素体、 奥氏体耐热钢对传统焊接技术提出了挑 战.激光焊接技术作为一种可靠高效的先进焊接方法 ,为此类钢的焊接提供了经济可 行的解决办法.采用窄间隙激光填丝焊接技术 ,研究了10 mm 厚HR3C 新型奥氏体耐热 钢管的激光焊接性 ,并对接头显微组织及高温持久强度进行了分析 . 试验采用

3 500 W Slab CO2 激光器 ,填充焊丝为 T - HR3C.结果表明 ,通过优化激光焊接工艺参数 ,可以 获得 X射线探伤和渗透检验合格的焊接接头 ;

焊缝具有明显的沿中心对称形态 ,以细 小的柱状晶为主 ,混夹着少量细小的等轴晶 ;

热影响区晶粒没有明显长大 ,焊缝与母材 的显微硬度相当 ,没有明显的软化区;

焊态下的激光焊接接头高温持久强度较固溶处理 的热丝 TIG焊接头有明显提高 . 关键词 : 激光焊接;

电站锅炉;

HR3C 奥氏体耐热钢;

显微组织 ;

高温持久强度 中图分类号 : TG456.7 文献标识码 : A 文章编号 :

0253 - 360X(2008)

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04 吴世凯

0 序言为缓解全球能源紧张及环境污染问题 ,发展洁 净煤发电技术是未来的发展趋势.而国内的一次能 源结构决定以燃煤发电为主 ,在众多的洁净煤发电 技术中最现实可行的途径就是发展超(超) 临界发电 技术 ,通过提高蒸气温度和压力 ,机组的热效率可大 幅度地提高 ,供电煤耗大幅度下降.面对高的蒸气 温度和压力 ,传统的耐热钢已不能满足使用要求 ,目 前世界先进国家普遍采用的是新型细晶强韧化铁素 体耐热钢 ( T23 ,T24 ,T91Π P91 ,T92Π P92 ,T122Π P122 和E911) 和新型奥氏体耐热钢 (Super304H ,TP347HFG 和HR3C) [1 ,2] . 目前 ,针对这些钢种的焊接主要采用埋弧自动 焊、 全位置自动 TIG 焊、 混合气体半自动焊、 热丝 TIG焊、 瞬间液相扩散焊等方法 [

1 ,3] .这些钢种焊接 时 ,其焊缝金属及热影响区( HAZ) 性能严重劣化及 奥氏体Π铁素体型异种钢接头的早期失效等问题对 传统焊接技术提出了挑战 [4 ] .这是由于焊缝金属没 有控轧和形变热处理的机会 ,晶粒不可能由此获得 细化 ,同时供货状态优良的母材受到焊接热循环影 响 ,接头性能劣化难以克服.研究结果表明 ,这种劣 化的程度随焊接热输入的增大而加剧 [ ] .激光焊接 具有能量密度高、 焊接速度快、 热输入小、 焊接热影 响区小、 焊缝晶粒细小、 接头强度好等优点 [5 ] ,为此 类钢常规焊接时存在的焊缝韧性劣化倾向及 HAZ 蠕变强度下降等问题提供了经济可行的解决办法. HR3C(TP310NbN) 是TP310(25 20) 耐热钢的改 良钢种 ,通过添加元素 Nb 和N,利用弥散析出微细 的金属间化合物 NbCrN 和Nb 中的碳、 氮化合物以 及M23 C6 碳化物进行强化.这种钢的综合力学性能 优良 ,是蒸气温度为

620 ℃ 的超 (超) 临界锅炉过热 器和再热器的首选材料 [1 ,4] .作者采用了窄间隙激 光填丝焊接技术 ,通过工艺参数优化 ,完成了 HR3C 奥氏体耐热钢管的激光焊接工艺试验.研究了激光 焊接接头的组织和性能 ,并对比了激光焊接接头与 热丝 TIG焊接头在