分段冷补焊在大型铸钢件缺陷处理中的应用

czcxq0408 · 发表于 2007-7-6 17:41:49

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分段冷补焊在大型铸钢件缺陷处理中的应用
摘要：电力系统中部分大型铸钢件裂纹补焊，因补焊坡口的形状、位置等原因，无法一次完成敷焊层焊接，通过现场实际应用研究，认为采用分段冷补焊工艺同样可以完成大型铸钢件的修复工作。
关键词：大型铸钢件；焊接工艺；冷补焊；镍基焊条

在火电厂发电设备中大量使用的耐热铸钢件，由于结构设计、制造和运行等原因，可能会产生裂纹，有些裂纹深度甚至超过工件壁厚的一半以上。这些裂纹的存在，严重影响着机组的安全运行。对于裂纹的补焊，由于热焊方法热处理工艺实施困难且容易导致工件变形等原因，近年来在工程中已很少采用。在裂纹的冷补焊工艺方法中，较成熟且经常采用的为镍基奥氏体焊条冷补焊工艺，这是因为其熔敷金属的线膨胀系数更接近于被焊的珠光体材料，同时在焊接过程中，焊缝金属和母材的结合在靠近熔合线的地方不易形成脆性的马氏体层。
镍基焊条冷补焊工艺在焊接过程中主要分为预热状态下的敷焊层（打底层）焊接和常温状态下的填充层焊接2部分。通常情况下，整个敷焊层焊接完成后，立即保温缓冷，至室温后再进行填充层的焊接。若补焊坡口的形状、位置等不允许一次完成敷焊层焊接，可采用分段（多次）进行敷焊层和填充层焊接工艺完成大型铸钢件的修复工作，下面以石家庄热电厂#15机主汽门裂纹补焊为例，分析分段（多次）进行敷焊层和填充层焊接的镍基焊条冷补焊工艺。
1缺陷情况
石家庄热电厂#15机为南京汽轮机厂生产的B25-8.83/0.98型汽轮机，至今已运行4.8 万h，主汽门材料为ZG15Cr1Mo1V。在2001年10月的大修中发现，汽轮机自动主汽门结合面的螺栓孔之间存在2条裂纹，如图1所示，主汽门内侧裂纹深度约30 mm，裂纹从内向外贯穿整个缸体厚度，在裂纹的近末端还有一条较短的裂纹，长度约35 mm。

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2补焊工艺初步制定
基于该裂纹所处的位置和裂纹的大小，决定采用冷焊的方法进行补焊，具体工艺如下：
a. 清除裂纹。用机械方法将裂纹挖除干净，形成U型焊接坡口，坡口根部的最小圆角半径为5 mm。如果裂纹延伸至螺栓孔，则要将螺栓孔清理干净，补焊螺栓孔，最后再加工螺栓孔。
b. 用丙酮将施焊部位及其周围50 mm范围内的油污杂质清理干净。
c. 用大号烤把将坡口及其周围加热到200～250 ℃，进行第一次敷焊层焊接。缓冷到室温后开始填充层焊接。
d. 焊接。焊接材料：采用φ2.5 mm和φ3.2 mm的NiCrFe-3型镍基焊条，焊前经200～250 ℃2 h的烘烤，用干燥的保温筒盛装，运至补焊现场。焊接设备：直流焊机，反接。焊接电流：2.5 mm焊条为60～80A，3.2 mm焊条70～90 A。焊接电压：25～30 V。施焊人员：选电力系统具有合金大管焊接合格证的焊工1～2名。
e. 施焊时要求小电流短焊道。焊道长度不超过50 mm，焊条不摆动，层间温度不超过70 ℃，每道焊道焊后立即进行锤击。在焊接过程中如发现焊接缺陷，立即进行修磨处理。
f. 焊后检验。在温度冷却到室温后对补焊区域进行打磨，然后进行着色探伤检查，无表面焊接缺陷为合格。
3实际补焊过程
3.1缺陷挖除及坡口修磨
使用机械方法打磨掉裂纹后，仍存在原始铸造疏松缺陷，继续挖至约70 mm深，坡口底部缺陷消失，两侧仍存在少量局部疏松，考虑到坡口两侧距螺栓孔距离有限，若完全挖净疏松，势必破坏螺栓孔，而现场补焊并加工螺栓孔很难实现，经研究决定，不再扩宽坡口。经修磨，最终坡口型式如图2所示，平均宽度28 mm，最深70 mm。

czcxq0408 · 发表于 2007-7-6 17:42:35

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3.2焊前准备' A! y: O6 c8 `. @) T2 i
严格按照制定的工艺要求，对坡口及其周围进行清理。焊条按要求烘干并存放在保温筒中待用。将主汽门门体包裹保温材料。准备好锤击及清除飞溅需要使用的扁铲等用具、焊接机具以及大号烤把等。持证焊工按要求先进行模拟试焊练习。
" G& S+ _/ V" Z3 Q o2 s' m. ?3.3分段补焊
: N2 q" j: |9 H% t- b9 ?镍基焊条冷补焊施焊分敷焊层的焊接和填充层的焊接2个步骤进行。即在预热的条件下，先完成焊条熔敷金属与门体之间的异种金属焊接，然后缓冷至室温，再进行焊条熔敷金属与敷焊层之间同种金属的焊接。由于实际坡口窄而深，无法一次完成敷焊层的焊接，所以敷焊层与填充层的焊接分4步进行，如图3所示。
敷焊层的焊接预热温度控制在200 ℃左右并保温，使用φ2.5 mm焊条，焊接电流70 A左右，焊条不摆动，每条焊道长度不超过50 mm。每次熔敷层焊接完毕，检查有无缺陷，缓冷至室温时才可进行填充层的焊接。填充层焊接时要注意层间温度不超过70℃，焊道交错布置，接头错开，每道焊道焊后立即进行锤击消除应力，清除飞溅、死角。φ2.5 mm与φ3.2 mm焊条可交替使用，避免热输入量过高。焊接过程中，每道焊缝焊完之后焊工应及时进行外观检查，特别注意弧坑处产生的细小热裂纹，发现缺陷应及时处理，方可继续进行焊接。焊后照片如图4所示。

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4焊后检验1 y# l7 m* \3 n6 U( g# y, O3 u
焊后经缓冷至室温后进行表面打磨，然后进行着色探伤，经检验补焊区未见缺陷痕迹，大型铸钢件分段冷补焊工艺成功，目前,该主汽门仍安全运行。
5结论% ~6 [" c( q8 ]8 L: O- q8 v
大型铸钢件镍基焊条冷补焊，对于窄而深的坡口或因焊接位置所限，敷焊层无法一次焊完的区域，可采用分段冷补焊工艺依次进行敷焊及填充层的焊接，但反复加热次数不宜太多。补焊过程中锤击非常重要，可有效地减低应力，避免因窄而深坡口的较大拘束，使焊缝产生裂纹等缺陷。
大型铸钢件的冷补焊，从坡口打磨、焊前预热到实施补焊的全过程要严格控制温度范围、焊接线能量、表面锤击以及焊接顺序等每道工序，不可操之过急，这样才能确保补焊工作顺利完成

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