0概述
钢厂轧制的线材成卷后需要进行无氧化退火，退火炉的制造工艺是由德国洛伊公司设计，负责设备制造。退火炉的内罩材质为RA合金，由美国罗莱合金公司生产，该材料属于奥氏体耐高温合金，工作温度~℃。在高温下加热罩要保温一段时间后，经强风冷却下来吊装换位，设备的工作条件恶劣。技术要求内罩的纵环缝必须是全焊透焊缝，焊后进行≥20%射线探伤，因此，焊接质量的好坏很大程度上决定了设备的使用寿命及工作状态。
1焊接性分析
RA合金是含Ni-Cr奥氏体耐热合金，具有优良的耐高温抗氧化特性，且有非常好的抗高温蠕变性能，其化学成分和力学性能见表1。
由于RA合金Ni含量较高，又工作在冷热交变的条件下，所以对该材料的焊接要提出特殊要求。
1.1焊接特殊性
RA合金热膨胀系数大，热导率小，焊接时熔池中的铁液流动性差，必须控制好熔池与母材的充分熔合，并减少缺陷的产生。而且焊接时熔池较浅，这也是由该合金的物理性能所决定的，实践证明，窄而小的坡口通过加大焊接电流并不能显著增加熔深,这就要求在焊前准备时将坡口考虑好。
1.2焊接热裂纹
RA合金焊接时具有较高的热裂敏感性，这与材料中Ni含量较高有关，焊接时，Ni能与许多元素形成低熔点共晶，存在于晶界或弧坑中，在焊接收缩应力作用下形成裂纹,所以焊接时要特别注意对热输入和道间温度的控制。冷却速度越快越好，这样能有效地控制热裂纹的产生。
1.3焊缝的要求
本设备长时间在℃以上的工况条件下工作，而且冷热交变频繁，焊缝会氧化变薄，所以要求焊缝要焊透，熔敷金属要致密，焊缝要饱满。角焊缝的焊缝表面应是凸起的，不应是凹陷的，因为表面凹陷的角焊缝不适用于耐高温合金，在加热和冷却过程中容易在焊缝中间开裂。
1.4焊道清理
焊前，坡口两侧要清理干净，杜绝一切粉尘物遗留在坡口内，需采用压缩空气吹净，同时层间焊后的熔渣及飞溅物也应清理干净，以防止产生夹渣、未熔合等缺陷。使用的扁铲、钢丝刷应是不锈钢制成的，避免采用打磨过碳钢的砂轮打磨RA合金，以防止铁离子污染。
2焊接方法
为了保证在高温下焊缝的强度，控制焊接接头的组织和性能，对于有特殊要求的奥氏体材料，焊接时应选择焊接热输入相对小的GTAW和SMAW的焊接方法。对于该设备，直径mm，壁厚为6mm，若全部采用GTAW的焊接方法显然是太慢了，时间不允许，而且GMAW焊接热输入仍偏大。对于在极高工作温度下使用的材料，焊缝最好采用焊条电弧焊，因为焊条电弧焊的焊接热输人较小，焊缝饱满，焊后不容易开裂。
3焊材的选择
焊材的选择应尽可能地与母材相匹配，这是个基本原则。为了保证焊接接头具有与母材相近的高温抗蠕变和抗氧化性能，要求焊缝金属中的Cr和Ni的含量不能低于母材的，但是在焊接材料中要严格控制Mo的含量，因为Mo的加人将会缩小钢中的奥氏体相区，使奥氏体中出现铁素体相，为此，在高温和低温中使用的奥氏体钢应限制焊缝中Mo的含量。另外，焊材中还应含有一定量的Mn，以提高高温时焊缝抗开裂性能。
再有，根据美国罗莱合金公司焊接技术指导文献中的要求，美国AWS标准的E-16焊条虽然与RA合金相匹配，但该焊条中的Mn含量较低，其不宜在℃以上的退火炉的焊件上使用。最终本设备RA合金选用了美国罗莱合金公司生产的RA-04-15焊条，该焊条的化学成分见表2。
4坡口形式
合理的坡口形式和坡口角度是保证焊接质量和熔透的先决条件，由于该设备直径大、板材薄，组对时预留间隙较为困难，所以选择如图1所示的坡口形式，外侧焊2层，内侧进行砂轮清根后再焊第3层，这样既保证了全焊透，又防止了不稳定的熔深导致产生缺陷，同时，采用双面焊可以大大减小焊接接头的残余应力。
5焊接工艺
5.1焊接工艺参数
根据RA合金的焊接特殊性，为了防止焊接时产生热裂纹，采用了Φ3.2mm的焊条，目的是为了控制焊接热输入。根据焊条直径和坡口形式确定的焊接工艺参数见表3。
5.2施焊要点
(1）焊前采用坡口机加工坡口，然后清除坡口两侧的污物，并涂白垩粉。焊条按规定烘干后放在保温箱内，随用随取。
(2）焊接第1层时焊条不摆动，在焊接外侧第2层和内侧第3层（内侧)时，焊条应适当摆动，但摆动幅度不应大于焊条直径的2倍。
(3）在对产品焊接时焊工要有耐心，欲提高效率而随意增大焊接电流将会给焊缝造成过热的不良影响，使焊接接头力学性能下降，并加大热裂纹的产生几率。
(4)冬季焊接时，工件温度若低于0℃，应适当进行预热，预热温度在10℃左右，同时将坡口周围的冷凝水烤干，以防焊接时产生水蒸气在焊缝中形成气孔。
(5）焊接时要控制道间温度在℃以下，必要时可在焊缝背面进行强制冷却。
6封头焊缝的缺陷分析
设备封头拼板焊接后经封头厂冷旋压成形，而后对焊缝进行%射线探伤，结果发现部分封头拼接的焊缝存在断续的、有规律的小裂纹，裂纹在焊缝中间，长度在5~8mm。针对出现的问题，笔者进行了认真分析，根据奥氏体材料焊缝出现热裂纹的机理，其不应是断续有规律的，故考虑与焊条接头有关，于是用角磨机将裂纹处打磨，磨至深3mm左右时裂纹出现了，再往下磨就没有了，再找一个裂纹处打磨出现同样的结果，这就证实封头上出现的小裂纹是由于焊接熄弧时出现的弧坑裂纹。
6.1弧坑裂纹的产生
弧坑裂纹属热裂纹，是奥氏体钢在焊接熄弧时常出现的一种缺陷，在焊条接头时由于焊接电流偏小，电弧的热量不能将弧坑的裂纹完全熔化并消除，造成剩余的裂纹缺陷被埋在焊缝中，后经封头在冷旋压时由于母材和焊缝都受到一定程度的拉伸，使得埋在焊缝中剩余的裂纹被拉开了，造成射线探伤时发现裂纹缺陷。
6.2纠正措施
将封头上的裂纹处逐一进行返修，并指导焊工在焊每--根焊条结束时不要立即熄弧，一定要填满弧坑或向回焊一个熔池的距离后再熄弧，如有明显的弧坑裂纹，要用砂轮将裂纹磨掉后再接头，同时，要求焊工严格执行焊接工艺。经纠正焊工焊接操作动作后，再焊接简体上和其他的焊缝，进行射线探伤后，未发现弧坑裂纹缺陷。
7结论
(1)对于耐高温合金材料的焊接，除要了解材料的特殊性外，还要注意焊接时坡口周围的洁净，防止将富含铁离子物质的杂质带到焊缝中，以破坏焊缝在高温时的抗氧化性。
(2）对于弧坑裂纹，由于及时采取了有效的控制措施，并纠正焊接时焊工错误的操作动作，取得了很好的效果，在焊接其他焊缝时未再产生弧坑裂纹的缺陷。
(3）在对RA合金焊接的特殊性进行分析后，制订了合理的焊接工艺和施焊要点，成功地完成了退火炉的焊接工作，为今后该类产品的焊接积累了经验。
