[发明专利]一种马氏体耐热钢和高温镍基合金的异种金属的焊接方法

说明书

技术领域

本发明属于超超临界机组的异种金属焊接技术领域，具体涉及一种马氏体耐热钢和高温镍基合金的异种金属焊接方法。

背景技术

超超临界机组（Ultra-supercritical USC）作为目前世界最先进的洁净煤发电技术以其高效环保和节能等优势成为我国目前及未来一段时期内火力发电的必然趋势。据不完全统计，我国目前正在建设和规划建设的超超临界(USC)机组有近50台，其容量为600MW和1000MW两个级别，这些机组从2007年起陆续投入运行，我国已经成为目前世界上拥有USC机组最多的国家。发展USC机组的关键技术之一就是新型耐热钢的开发和应用，其中以T92、T91为代表的马氏体耐热钢和以Incoloy800系列合金为代表的高温镍基合金正是应用于1000MW超超临界机组的新型钢材。目前，我国USC机组所用T92、T91钢和Incoloy800系列合金及其焊接材料主要依靠进口，因此国家非常重视新型耐热钢和高温镍基合金技术的研究。

我国USC机组在压力上高于日本，在温度上高于欧洲同类机组，在管道选材方面，目前世界上并无一台相同的机型可供借鉴。同时，我国对马氏体耐热钢和高温镍基合金的异种金属焊接技术的研究远远滞后于欧美和日本，技术资料数据几乎全部依赖钢材的供应商和国外相关技术文献，这在很大程度上制约了我国超超临界机组设计、制造及安全运行。因此，在借鉴国外马氏体耐热钢和高温镍基合金的异种金属焊接经验的基础上，针对我国引进建设的超超临界机组的特点，开展对以T92、T91为代表的马氏体耐热钢和以Incoloy800系列为代表的高温镍基合金的焊接技术的研究是我国近期超超临界机组建设和安全运行的迫切需要。

T92、T91钢是细晶强韧化马氏体耐热钢，比传统铁素体耐热钢具有更高的蠕变断裂强度。Incoloy800系列高温镍基合金是抗高温氧化及抗高温渗碳的镍-铁-铬合金。该合金的镍含量达32％，因而能耐氯化物的应力腐蚀开裂，并对σ相的析出不敏感。该合金具有优良的蠕变断裂强度和耐均匀腐蚀性能。

Incoloy800系列合金具有比传统奥氏体不锈钢具有更高的蠕变断裂强度和抗高温蒸汽氧化性能。在USC锅炉过热器各区域蒸汽温度不同，对所用管材的抗腐蚀性、抗氧化性和高温蠕变性能的要求也不同。因此，在机组过热器管部件中会出现大量的以T92、T91为代表的马氏体耐热钢和以Incoloy800系列合金为代表的高温镍基合金异种金属焊接接头，焊接接头性能的优劣将关系到机组的安全可靠运行。

    过热器管、省煤器管、水冷壁管、再热器管爆漏是影响超超临界机组安全经济运行的主要问题之一，而异种金属焊接接头又是爆漏事故的多发地带，因此马氏体耐热钢和高温镍基合金的异种金属焊接接头的质量和可靠性是决定超超临界电站锅炉能否安全靠运行的重要因素，所以开发以T92、T91为代表的马氏体耐热钢和以Incoloy800系列合金为代表的高温镍基合金异种金属摩擦焊焊接技术，对于我国超超临界机组的技术研发和安全运行将会产生显著的经济效益和社会效益。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种接头质量高、生产效率高、生产成本低、节能环保的马氏体耐热钢和高温镍基合金异种金属焊接方法。 

为实现上述目的，本发明是采用的技术方案是：

一种马氏体耐热钢和高温镍基合金的异种金属焊接方法，包括以下步骤：

1) 按照摩擦焊机的技术要求，分别安装好马氏体耐热钢钢管和高温镍基合金管，摩擦焊机夹具卡紧钢管和合金管，钢管和合金管不产生晃动，使马氏体耐热钢钢管和高温镍基合金管的中心线保持在一条水平线上；

2) 一级加压阶段，转速为1200-1500转/分，摩擦压力为20-50MPa, 摩擦时间为1-3）秒；

3) 二级加压阶段，转速满足1200-1500转/分，摩擦压力为50-100MPa, 摩擦变形量为1-4mm，摩擦时间小于10秒；  

4) 顶锻阶段，顶锻压力为100-200MPa, 顶锻时间为2-4秒；

5) 马氏体耐热钢钢管和高温镍基合金管的焊接接头焊后需进行局部热处理，消除残余应力，热处理参数为：升、降温速度小于等于200℃/h，加热温度950±10℃，保温时间为1-2h。