摘 要：本文介紹了低溫預熱加冷焊修復2#機組中壓自動主汽門閥體裂紋的全過程，針對缺陷的實際情況選擇處理方案，采用合理、有效的工藝措施，得到了較理想的結(jié)果，為現(xiàn)場大型鑄鋼件補焊修復裂紋提供了實踐經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：分段冷補焊；主汽門；裂紋

中圖分類號：TG44 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）18-0214-02

前 言

金川集團有限公司熱電廠#2汽機是哈爾濱汽輪機廠2006年生產(chǎn)的C/N-130-150MW抽凝式機組，于2007年底投產(chǎn)。該機組為亞臨界、單軸、雙缸、雙排汽、高中壓合缸、低壓雙分流、一次中間再熱、反動、凝汽式汽輪機。中壓調(diào)門其裂紋處門體厚度為80mm，在機組運行時所承受的額定壓力為3.8MPa，溫度540℃。

在2010年6月進行年修過程中，對機組進行了金屬監(jiān)督檢驗工作，MT檢測過程中發(fā)現(xiàn)A側(cè)中壓自動主汽門[1]靠進汽側(cè)R處的閥體外壁有一條長約100mm的線性顯示尤為明顯，懷疑為表面裂紋。經(jīng)打磨除此處外其他MT檢測缺陷已消除，故要求每打磨2mm都進行一次MT檢測，直至打磨深度達10mm時，肉眼已明顯看到，裂紋沿閥體外壁縱向分布，由內(nèi)向外擴展，通過測量裂紋長約165mm。

由于此閥門屬于大型鑄件，壁厚不勻，裂紋深度無法準確判斷。為了消除此安全隱患，保證機組的安全運行，特委托哈汽廠家制定了嚴格的焊接工藝措施，選派得力高壓焊工現(xiàn)場對該裂紋進行了補焊修復，焊接后經(jīng)MT、PT檢測合格，現(xiàn)已使用一年多，效果良好，未發(fā)現(xiàn)異常。

1 閥體材質(zhì)焊接性分析

中壓自動主汽門材質(zhì)為ZG15Cr1Mo1V，均屬于珠光體耐熱鋼。其化學成分見表1。

按國際焊接學會推薦的碳當量計算公式，計算ZG15Cr1Mo1V鋼的碳當量ω（C）eq為0.69～0.98%。可見該鋼的焊接性較差，焊接前需要進行預熱，而且在焊接過程中應(yīng)嚴格控制道間溫度，焊后必須及時進行高溫回火處理。

1.1 焊后閥體的變形

ZG15Cr1MoV鋼導熱系數(shù)小，熱膨脹系數(shù)大，且該閥體壁厚最后達85mm，在焊接的熱循環(huán)作用下，會造成較大的變形和殘余應(yīng)力。引起閥門變形的原因是預熱、焊接和焊后熱處理對閥門不均勻的加熱，有可能導致閥門密封不嚴、開啟不靈活、嚴重時導致閥門失效。焊接引起的變形是無法避免的，只能在焊接工藝方面采取適當措施加以控制。裂紋的存在有巨大的危險性。

1.2 脆 裂

ZG15Cr1MoV鋼的可焊性差，焊后易在焊縫和近焊區(qū)形成塑形差的組織，結(jié)構(gòu)的剛性又較大，如果工藝上不注意，就可能在焊后發(fā)生脆裂。

由于補焊區(qū)域空間狹小，裂紋挖除困難，并且無法用電加熱進行焊后高溫回火處理。針對以上問題，采用低氫型Ni307A焊條進行補焊。

2 對裂紋區(qū)的表面進行宏觀檢查

為了把閥體裂紋的數(shù)量、長度、始點、終點全面檢查清楚，將裂紋周圍至少100mm范圍內(nèi)全部打磨，用含15%的硝酸，85%的酒精溶液對表面進行腐蝕后，用5倍放大鏡進行宏觀檢查，將全部裂紋進行標記。

3 焊前準備

3.1 鏟除裂紋

裂紋的徹底挖除是補焊成功的先決條件，如果裂紋挖除不干凈，將留下隱患，就會導致繼續(xù)開裂。此外，焊縫的破口尺寸過大或過小，都會影響補焊質(zhì)量。坡口過大使焊縫填充金屬量增加，焊縫熱輸入增加，擴大了焊縫熱影響區(qū)，焊后殘余應(yīng)力大；坡口尺寸過小，影響焊接過程中的操作，產(chǎn)生熔合不良或坡口未融合等缺陷。

鏟除裂紋的方法如下：

（1）將裂紋進行標記，在裂紋的始點和終點各鉆一個？準8～？準10mm的止裂孔，以防止挖鏟裂紋時在外力作用下導致裂紋擴大。

（2）用機械方法清除缺陷，著色檢查確保缺陷消除。

（3）坡口內(nèi)無尖角、毛刺、坡口底部圓滑過渡，坡口邊緣50mm內(nèi)露出金屬光澤。

3.2 焊接坡口的制作

在挖裂紋的同時就要考慮坡口的形狀大小，既要挖掉裂紋又保證破口尺寸，無尖角、死角，以利于施焊，必要時用電磨頭修理。為了能有效地控制焊接應(yīng)力和減少焊接工作量，決定采用U形坡口，盡量減少母材的熔合比，以減少焊接殘余應(yīng)力，減少裂紋的產(chǎn)生，坡口根部的最小圓角半徑為5mm，坡口形式及尺寸如圖1所示。

3.3 焊機的選用

選用ZX7-400逆變式弧焊機。

3.4 施焊人員

選相關(guān)行業(yè)或者電力系統(tǒng)具有合金大管焊接合格證的高壓焊工2名。

3.5 焊接材料的選擇

焊縫必須具有一定的抗熱疲勞性能、抗氧化性和熱穩(wěn)定性，本次修復選用Ni307A焊條相當于型號GB/T：ENiCrFe-3，符合閥體冷焊工藝。

4 焊接工藝

4.1 工藝特點

應(yīng)用鎳及鎳合金焊條補焊時，焊縫金屬在焊接熱循環(huán)的作用下不發(fā)生形變，其塑形很好，焊接過程不需要預熱和焊后熱處理。施焊工藝簡單，使閥體不受強烈的熱漲作用，對減小形變和降低應(yīng)力是有利的。這類焊條抗裂性能較強，熔敷金屬對氫的溶解度較高，不致產(chǎn)生冷裂問題。

但鎳及鎳合金非常容易被硫和鉛脆化，形成熱裂紋，所以除必須嚴格控制焊條的硫、鉛等含量，焊前應(yīng)進行認真清理。除去表面的油污、水銹、油漆、灰塵等臟物。同時焊接時氣孔敏感性強，操作時采用短弧施焊。且鎳及鎳合金年導熱性差，焊接時容易過熱，引起晶粒粗大，因此焊接操作時應(yīng)選用較小的焊接電流，焊條最好不要橫向擺動，收尾時注意填滿弧坑。

4.2 補焊工藝

（1）用丙酮將施焊部位及其周圍50mm范圍內(nèi)的油、污、雜質(zhì)清理干凈。

（2）焊前焊條在烘干箱加熱250℃恒溫1h，放入焊條保溫桶內(nèi)送至補焊現(xiàn)場隨用隨取。因為焊條電阻大，藥皮易發(fā)紅脫落，變質(zhì)，焊條頭最好剩70mm左右。

（3）焊機直流反接。

（4）用大號烤把將坡口及其周圍加熱到200～250℃，進行第一次敷焊層焊接，緩冷到室溫后開始填充層焊接。

（5）施焊時要求小電流短焊道。采用多層多道焊，每焊一段應(yīng)錘擊焊縫消除應(yīng)力。采用紅外線測溫儀測溫，嚴格控制層溫100℃以下方可焊接下一層。焊道從坡口底部開始，依次向坡口外側(cè)排列。將第一層均勻打磨掉1～2mm，確認無焊接缺陷后，再繼續(xù)焊接。要求焊道成封閉狀，相鄰焊道重合1/3：每焊道都進行錘擊。填滿坡口后，在坡口邊緣再焊一道退火焊道，然后將蓋面層打磨至與母材齊平，與收弧處錯開。熄弧時先把電弧引向坡口中部，填滿弧坑后熄弧，避免迅速熄弧。

（6）用石棉被保溫緩冷3h以上。

5 外觀及表面檢驗

補焊后表面打磨清除熔渣、焊瘤和飛濺物，補焊金屬表面平整，并平滑過渡到母材，進行了PT和MT探傷，經(jīng)檢驗補焊區(qū)未見缺陷痕跡。

6 結(jié)束語

由于中壓自動主汽門按照鑄造工藝制作，往往存在疏松、縮孔等缺陷，這些缺陷在外力的誘發(fā)下，很容易產(chǎn)生裂紋，本文提出的低溫預熱加冷焊修復工藝，在保證焊接質(zhì)量的同時，也降低了勞動強度，具有實用價值，為同類型問題的處理提供借鑒。

參考文獻

[1]馬彥喜.汽輪機缸體及自動主汽門的現(xiàn)場補焊.汽輪機技術(shù)，1992，1.

收稿日期：2018-5-20

作者簡介：張保珍（1982-），女，甘肅天水人，工程師，大學本科，主要從事熱能與動力工程工作。