【摘 要】汽缸裂紋修補(bǔ)需慎重對待，如處理不好會導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展，或裂紋反復(fù)出現(xiàn)，使得汽缸無法使用。修補(bǔ)時(shí)要仔細(xì)分析缸體材質(zhì)、結(jié)構(gòu)應(yīng)力、焊接工藝等，確保裂紋修補(bǔ)成功。

【關(guān)鍵詞】汽輪機(jī)；缸體；裂紋；修補(bǔ)

0.引言

汽輪機(jī)缸體壁厚極大、缸體內(nèi)外壁均為變截面和曲面設(shè)計(jì)，型線不規(guī)則，在鑄造過程中，局部位置存在應(yīng)力過大、組織疏松等缺陷。運(yùn)行中因熱應(yīng)力變化，使得缺陷位置產(chǎn)生裂紋。缸體材質(zhì)為珠光體類熱強(qiáng)鑄鋼，塑性小可焊性較差，焊接難度較大易產(chǎn)生裂紋。裂紋缺陷對機(jī)組的安全運(yùn)行存在極大威脅，及時(shí)修復(fù)這些缺陷，對保障機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義。

該工藝的現(xiàn)場實(shí)施難點(diǎn)在于采用進(jìn)行嚴(yán)格的焊接工藝控制，防止焊接過程中產(chǎn)生熱裂紋和缸體變形。處理裂縫時(shí)制定工藝要準(zhǔn)確，如有失誤會使裂縫擴(kuò)展，情況嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致缸體報(bào)廢。

1.缸體裂縫情況

達(dá)拉特發(fā)電廠#4機(jī)330mw汽輪機(jī)是北京汽輪機(jī)廠與法國阿爾斯通公司合作生產(chǎn)的機(jī)組，型號：T2A-330-30-2F-1080。大修解體時(shí)發(fā)現(xiàn)中壓內(nèi)缸進(jìn)汽側(cè)內(nèi)壁有三條裂縫，連續(xù)長度11cm。裂縫如下圖一。

圖一 缸體裂紋狀態(tài)

為保證汽缸在以后能夠安全運(yùn)行，我們準(zhǔn)備對裂縫進(jìn)行焊接處理。處理時(shí)，先在缸體內(nèi)壁裂縫上開挖溝槽，打磨消除裂紋，開挖后發(fā)現(xiàn)溝槽深40mm、長110mm、寬30mm。缸壁的厚度為120mm，裂縫深度占缸壁厚度的三分之一。著色檢查，溝槽附近的金屬組織有疏松現(xiàn)象，在修復(fù)過程中這里極易產(chǎn)生新的裂紋，制定焊接工藝時(shí)主要防止焊道金屬在冷卻收縮時(shí)產(chǎn)生過大拉應(yīng)力，在焊縫周圍出現(xiàn)焊接裂紋，影響汽缸使用安全。

2.缸體裂紋形成原因

因缸體材質(zhì)是珠光體類熱強(qiáng)鑄鋼，塑性比較低，斷面收縮率Ψ小于30[1]，在大型不規(guī)則鑄件中易產(chǎn)生裂紋。運(yùn)行過程中，汽缸溫度冷熱變化劇烈，也會促使裂紋生成，尤其在內(nèi)缸內(nèi)避表面更容易出現(xiàn)。

2.1缸體鑄造過程中應(yīng)力形成原因

汽缸是大型鑄造部件，汽缸壁較厚[2]，如圖二，在鑄造冷卻或熱處理冷卻過程中，如冷卻速度不均勻。尤其外壁冷卻速度快于內(nèi)壁冷卻速度，外壁冷卻凝固后內(nèi)壁才開始冷卻收縮，在內(nèi)壁層會形成極大的拉應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)當(dāng)時(shí)就會出現(xiàn)裂紋。汽缸凹陷部位產(chǎn)生的缺陷多數(shù)是因鑄件鑄造冷卻速度不均勻引起的，圖三是一機(jī)組內(nèi)缸凹陷部位熱應(yīng)力裂紋的著色圖。

圖二 汽缸壁刨面圖

圖三 汽缸凹陷部位裂紋著色圖

2.2運(yùn)行中缸體裂紋形成原因

當(dāng)機(jī)組蒸汽溫度發(fā)生大幅度變化時(shí)，汽缸的內(nèi)外壁溫度變化也較大，汽缸表面層熱應(yīng)力變化很大，因汽缸材料塑性差，在鑄造時(shí)存在應(yīng)力偏大的區(qū)域就會出現(xiàn)熱疲勞裂紋。運(yùn)行中，隨著表面熱應(yīng)力的波動和交變，會促使裂紋擴(kuò)展，逐漸形成危及設(shè)備安全的隱患。

3.焊接前的工藝選擇

焊接過程中要先將裂紋清除干凈并去除裂紋周邊有缺陷的金屬組織，防止裂紋擴(kuò)展。焊接時(shí)也要防止填充金屬冷卻時(shí)將母體組織拉出裂紋。

根據(jù)缸體材質(zhì)、結(jié)構(gòu)，制定工藝時(shí)要注意以下環(huán)節(jié)：

（1）焊條選擇合適，法國阿爾斯通公司將中壓內(nèi)缸缸體材質(zhì)編號為B64J-V，相當(dāng)于中國的合金鋼ZG17CrMoV5-11。這是一種綜合性能較好的珠光體類熱強(qiáng)鑄鋼，可在570℃以下長期工作，該鋼易產(chǎn)生裂紋，焊接性能較差，焊接時(shí)為了防止焊后出現(xiàn)裂紋，焊接前應(yīng)預(yù)熱和焊后應(yīng)回火處理，回火溫度720℃[5]。焊條選用耐熱鋼焊條R407L，該焊條用于鉻鉬類珠光體耐熱鋼[1]。；（2）裂紋修磨干凈，防止內(nèi)裂紋在焊接和運(yùn)行中擴(kuò)展[4]；（3）焊前、焊后局部加熱，減少焊接應(yīng)力；（4）中間層焊道要用小錐型氣錘全焊道敲擊除應(yīng)力；（5）焊接過程中，焊道焊層盡量減少對母體的拉應(yīng)力，焊道截面如圖四所示，焊道要進(jìn)行多層凹型焊接且圓滑過渡，杜絕采用平直型焊道，免得在冷卻收縮時(shí)對母體產(chǎn)生拉裂紋。

圖四 焊道截面圖

4.焊接工藝的制定

4.1焊前準(zhǔn)備工作

（1）焊條采用R407L，均為φ3.2。焊條在使用前，均應(yīng)按照焊條使用說明進(jìn)行烘干。

（2）修磨裂紋，采用砂輪或旋轉(zhuǎn)銼清除裂紋。經(jīng)著色檢查確保裂紋清除后，方可準(zhǔn)備焊接。

（3）焊接部位局部用烤槍預(yù)熱到150-200℃，烘烤范圍以焊接部位為中心直徑200mm范圍內(nèi)，保證缸體內(nèi)外壁熱透，加熱均勻。

4.2焊接過程注意事項(xiàng)

（1）焊接采用手工電弧焊，用R407L焊條φ3.2進(jìn)行施焊I=90-120A。

（2）采用小電流，多層多焊道，保證層間溫度大于200℃。注意層間清理，清渣要干凈。

（3）采用短弧焊，起落弧位置要錯開，各層間焊道垂直（寬焊道）。

（4）除底層和表層外，每焊接一道，在紅熱狀態(tài)下，對焊道進(jìn)行錘擊除應(yīng)力[3]。

（5）焊接高度高出母材2-4mm。

4.3焊后處理要求

（1）用烤槍在焊道表面及周邊200mm范圍內(nèi)烘烤10分鐘，然后用石棉布包裹緩慢冷卻。 （下轉(zhuǎn)第161頁）

（上接第35頁）（2）打磨焊縫表面與母材圓滑過渡。

（3）焊后檢查：著色檢查，檢查標(biāo)準(zhǔn)JB/T6062-92，二級合格。

5.結(jié)論

按照上述工藝對汽缸裂縫進(jìn)行焊接，焊接質(zhì)量較好，沒有任何焊接缺陷，說明我們制定的汽缸焊接工藝在短裂縫上進(jìn)行焊接是可行的，但這種方法沒有在裂縫較嚴(yán)重的缸體上進(jìn)行焊接實(shí)驗(yàn)，為防止焊接時(shí)缸體因變形或裂紋擴(kuò)展而損壞，借鑒此工藝時(shí)要持審慎的態(tài)度。

【參考文獻(xiàn)】

[1]姜求志，王金瑞，馬士林.火力發(fā)電金屬材料手冊廠[S].北京：中國電力出版社出版，2014：6-7.

[2]席洪藻，王培基，劉恕義.汽輪機(jī)設(shè)備及運(yùn)行[M].北京：水利電力出版社出版，1988：258-290.

[3]國家能源局，DL/T869-2012DL/T753-2001，火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國電力出版社出版，2012：4-10.

[4]國家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會，DL/T753-2001，汽輪機(jī)鑄鋼件補(bǔ)焊技術(shù)條件[S].北京：中國電力出版社出版，2001：3-5.

[5]國家能源局，DL/T819-2010，火力發(fā)電廠焊接熱處理技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國電力出版社出版，2010：7-11.