陳 捷，陸 云

(1.上海外高橋發(fā)電廠有限責(zé)任公司，上海 200137；2.國(guó)網(wǎng)上海市電力公司電力科學(xué)研究院，上海 200437)

1 高溫高壓蒸汽閥門(mén)密封面的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，超超臨界火電機(jī)組整體技術(shù)基本都引進(jìn)國(guó)外技術(shù)，由國(guó)內(nèi)大型供應(yīng)商進(jìn)行組裝。但是汽輪機(jī)的關(guān)鍵部件都采用全進(jìn)口，尤其是主汽門(mén)、調(diào)門(mén)、高旁等閥頭與閥座整個(gè)系統(tǒng)，該部件的密封性能決定機(jī)組經(jīng)濟(jì)性和安全性。為了保證密封面良好的密封性，通常在密封面堆焊硬度較高耐磨層，常用的堆焊材料為司太立合金14(Stellite)。

上海市并網(wǎng)發(fā)電廠900 MW以上機(jī)組有6臺(tái)，660 MW超超臨界機(jī)組有2臺(tái)，機(jī)組均存在密封面開(kāi)裂的現(xiàn)象(見(jiàn)圖1、圖2)。密封面硬質(zhì)合金一旦碎裂或脫落，直接沖入汽缸，造成汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子重大的損壞，該設(shè)備缺陷給電力生產(chǎn)企業(yè)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)損失與安全隱患[1-3]。

圖2 高主B閥座裂紋

某發(fā)電廠8號(hào)、9號(hào)兩臺(tái)機(jī)組自2010年投產(chǎn)至今，高低旁主閥已多次發(fā)生由于密封面缺陷造成的蒸汽內(nèi)漏情況，造成出口溫度急劇上升，投運(yùn)大量減溫水，機(jī)組的熱效率降低，煤耗上升(增加2～3克煤耗)，經(jīng)濟(jì)性差。某超超臨界900 MW發(fā)電機(jī)組的在長(zhǎng)周期運(yùn)行過(guò)程中，曾發(fā)生中壓調(diào)門(mén)密封面整體脫落，導(dǎo)致高中壓轉(zhuǎn)子整體受損，尤其轉(zhuǎn)子動(dòng)葉片表面受到不同程度的損傷。同樣的問(wèn)題亦頻繁發(fā)生，主汽門(mén)的內(nèi)漏問(wèn)題一直存在。

同時(shí)，此類問(wèn)題已形成“家族性”共性問(wèn)題，幾乎涵蓋所有的發(fā)電機(jī)組，尤其以上汽西門(mén)子超超臨界機(jī)組主汽、調(diào)門(mén)、再熱主汽、調(diào)門(mén)以及CCI高低旁主閥的閥座缺陷問(wèn)題尤為突出。如采用國(guó)外的在線修復(fù)技術(shù)，費(fèi)用高、周期長(zhǎng)、焊接質(zhì)量得不到保證，因此電力企業(yè)自主研發(fā)高溫高壓閥門(mén)在線修復(fù)與檢測(cè)技術(shù)已勢(shì)在必行。

2 密封面修復(fù)技術(shù)的難點(diǎn)

2.1 現(xiàn)場(chǎng)焊接

從閥門(mén)的特征和修復(fù)要求可以看出，高溫高壓蒸汽管道閥門(mén)閥座密封面的修復(fù)技術(shù)涉及到新材料、新裝備、新工藝，其過(guò)程非常復(fù)雜，目前常用的修理辦法是將整個(gè)汽缸缸體采用機(jī)械辦法與管道割離，大型卡車運(yùn)送至維修地點(diǎn)，在大型工廠間內(nèi)進(jìn)行修復(fù)后，再將部件焊接歸位。這種方法不僅耗費(fèi)大量時(shí)間與資金，而且不能從根本上解決問(wèn)題，達(dá)不到理想的效果?，F(xiàn)有的在線檢修幾乎全部依賴國(guó)外修復(fù)設(shè)備,由于外國(guó)對(duì)技術(shù)進(jìn)行壟斷，維修費(fèi)用極高，并且效果均不理想,一般在機(jī)組投運(yùn)后短周期內(nèi)，就會(huì)出現(xiàn)重復(fù)性缺陷[4-5]。

目前，國(guó)內(nèi)外多家公司針對(duì)上汽西門(mén)子超超臨界機(jī)組主汽、調(diào)門(mén)、再熱主汽、調(diào)門(mén)等花費(fèi)了巨資并采取了不同的方法正在積極探索解決此類問(wèn)題，但效果均低于產(chǎn)品制造驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。高溫高壓蒸汽管道閥門(mén)閥座密封面的修復(fù)技術(shù)一旦成功，其應(yīng)用范圍更廣，可以覆蓋包括高低旁主閥在內(nèi)通徑大于300 mm的所有高溫高壓蒸汽管道閥門(mén)閥座密封面的修復(fù)，涵蓋所有的發(fā)電機(jī)組，現(xiàn)場(chǎng)解決“家族性”共性問(wèn)題。

2.2 超聲波檢測(cè)

在堆焊完成后，應(yīng)對(duì)該堆焊焊縫進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。從理論上說(shuō)，反射超聲波的面積越大，回波越高，越容易檢出。實(shí)踐表面，對(duì)較厚焊縫的裂紋和未熔合缺陷檢測(cè)，超聲波檢測(cè)確實(shí)比射線照相靈敏，并且其指向性較好。

利用這一特性，堆焊層的超聲波檢測(cè)具有理論上的可行性。在堆焊層完好區(qū)，超聲波直接穿透焊縫進(jìn)入閥門(mén)本體不會(huì)有回波出現(xiàn)，在堆焊層與閥門(mén)本體的未結(jié)合區(qū)則有反射回波(即缺陷波)出現(xiàn)。

在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢測(cè)的過(guò)程中，針對(duì)密封面的堆焊焊縫，應(yīng)考慮以下因素。

(1)對(duì)工件中的缺陷進(jìn)行精確的定性、定量仍需作深入研究。

(2)對(duì)具有復(fù)雜形狀或不規(guī)則外形的工件進(jìn)行超聲檢測(cè)有困難。

(3)缺陷的位置、取向和形狀對(duì)檢測(cè)結(jié)果有一定的影響。

(4)工件材質(zhì)、晶粒度等對(duì)檢測(cè)有較大影響。

(5)常用的手工A型脈沖反射發(fā)檢測(cè)室結(jié)果顯示不直觀，檢測(cè)結(jié)果無(wú)直接見(jiàn)證記錄。

3 密封面堆焊層在線修復(fù)技術(shù)

3.1 高溫高壓蒸汽閥門(mén)密封面在線修復(fù)成套裝備

高溫高壓蒸汽閥門(mén)在現(xiàn)場(chǎng)維修過(guò)程中，現(xiàn)有設(shè)備無(wú)法直接堆焊硬質(zhì)合金，只能采取堆焊ERNiCrMo-3(鎳基)對(duì)其進(jìn)行修復(fù)。然而，鎳基堆焊層的硬度現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果僅有HB180—HB200左右，無(wú)法滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定HRC 35～40，不能保證其表面耐磨性能和耐沖刷性能。因此，開(kāi)發(fā)自動(dòng)化程度高，堆焊稀釋率低的方法與裝備是目前亟待解決的問(wèn)題。

該系統(tǒng)在修復(fù)方案方面,避開(kāi)目前國(guó)內(nèi)廠家大多采用的對(duì)閥門(mén)具有破壞性的分離解體或割除的返廠維修方案，采用在閥門(mén)工作現(xiàn)場(chǎng)對(duì)密封面進(jìn)行維修；在修復(fù)裝備方面，避開(kāi)目前“一種閥門(mén)一個(gè)裝備”的特種修復(fù)裝備，采用更具柔性和智能化的機(jī)器人或?qū)I(yè)設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)修復(fù)；修復(fù)結(jié)果能完全達(dá)到設(shè)計(jì)制造初始要求，修復(fù)后的密封面硬度、耐磨性、高溫性能均等效或高于原始設(shè)計(jì)；解決了現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)的時(shí)效性問(wèn)題，設(shè)計(jì)的裝備能夠快速完成現(xiàn)場(chǎng)的定位安裝，能夠在閥門(mén)腔體內(nèi)快速完成施工工藝；解決了在閥門(mén)腔體內(nèi)施焊、熱處理的協(xié)同性問(wèn)題；通過(guò)蒸汽閥門(mén)密封面缺陷的機(jī)加工消除、耐磨層的自動(dòng)堆焊、堆焊前后的預(yù)熱和高溫回火、堆焊層的高精度機(jī)加工、耐磨層冷態(tài)檢驗(yàn)和高溫性能評(píng)估，來(lái)實(shí)現(xiàn)高溫高壓蒸汽閥門(mén)密封面的現(xiàn)場(chǎng)在線修復(fù)。

3.1.1移動(dòng)式機(jī)器人焊接系統(tǒng)

本試驗(yàn)開(kāi)發(fā)了一種能夠滿足在電廠現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試的移動(dòng)式機(jī)器人焊接系統(tǒng)，由TIG電源、六軸聯(lián)動(dòng)機(jī)器人、送絲機(jī)、焊槍等主要部件組成。在實(shí)際應(yīng)用中，采用了兩臺(tái)雙驅(qū)送絲機(jī)，分別裝載鎳基和鈷基合金或其他組合的兩種焊絲，兩種焊絲經(jīng)過(guò)導(dǎo)絲管分別沿焊槍噴嘴的兩邊輪流送出，熔敷金屬的種類、送絲速度由六軸機(jī)器人控制和切換。在接到焊接指令前，先在TIG電源控制面板上設(shè)定焊接方法和工藝參數(shù)，在機(jī)器人中設(shè)定送絲機(jī)選擇、送絲速度及焊接速度等選項(xiàng)，通過(guò)編譯調(diào)試完成的焊接軌跡，機(jī)器人帶動(dòng)TIG焊槍完成施焊任務(wù)。

送絲機(jī)含有兩個(gè)獨(dú)立的送絲機(jī)構(gòu)，除了在每一個(gè)送絲盤(pán)后裝有一個(gè)較直器外，在TIG焊槍前端還添加了一個(gè)拉絲裝置，保證TIG焊槍旋轉(zhuǎn)時(shí)不阻絲，在焊接時(shí)推拉絲裝置協(xié)同工作，拉絲速度略大于推絲(送絲)速度(約5%)。通過(guò)倍?？刂颇K切換控制選擇需要工作的送絲機(jī)，同時(shí)控制該送絲機(jī)的啟停；實(shí)際施焊過(guò)程中一臺(tái)送絲機(jī)實(shí)現(xiàn)鎳基焊絲填充，另外一臺(tái)送絲機(jī)實(shí)現(xiàn)鈷基焊絲的填充。

TIG焊槍槍管采用了整體多節(jié)從粗到細(xì)的多段過(guò)渡結(jié)構(gòu)，多節(jié)焊槍槍管最多可三節(jié)，最長(zhǎng)可為1.5 m，每節(jié)的粗細(xì)和長(zhǎng)度比例可為6：5：4或5：4：3，這樣可以方便伸縮和控制距離。多節(jié)焊槍槍管采用從粗到細(xì)、長(zhǎng)螺紋接口的過(guò)渡性結(jié)構(gòu)，獲得最佳的焊接時(shí)防抖動(dòng)效果。

耐高溫絕緣槍管不僅可以抵御堆焊硬質(zhì)合金時(shí)的300℃工作環(huán)境溫度，同時(shí)具有耐高電壓的優(yōu)良絕緣性能，滿足深坑堆焊所需的長(zhǎng)度。此外，安裝在機(jī)器人夾持件上的拉絲裝置外殼采用一種了具有絕緣功能的樹(shù)脂或電木材料；同時(shí)，在焊槍與水冷電纜連接處裹敷了兩層能夠耐10 kV高壓的絕緣材料，以此來(lái)保證引弧階段高頻無(wú)漏電，引弧成功率可以達(dá)到100%。

3.1.2閥門(mén)在線熱處理系統(tǒng)

目前，現(xiàn)場(chǎng)高溫高壓蒸汽閥門(mén)密封面需要焊接和修復(fù)時(shí)，主要采取外壁加熱傳導(dǎo)或者將工件切割下整體進(jìn)加熱爐的熱處理方法。但是，這些方法不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且熱處理的工藝要求亦無(wú)法得到滿足。另外，整體進(jìn)加熱爐的方法存在出爐至焊接這一時(shí)間段的盲區(qū)，溫度快速下降，導(dǎo)致工件預(yù)熱溫度無(wú)法得到保證。

本試驗(yàn)開(kāi)發(fā)了一種高溫高壓蒸汽閥門(mén)密封面現(xiàn)場(chǎng)在線熱處理系統(tǒng)，其能夠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)高溫高壓蒸汽閥門(mén)密封面結(jié)構(gòu)和環(huán)境的復(fù)雜性，確保在焊接或修復(fù)過(guò)程中滿足熱處理工藝要求，并且做到輕型化、小型化，便于現(xiàn)場(chǎng)安裝和操作，避免由于閥體結(jié)構(gòu)復(fù)雜和壁厚太大導(dǎo)致的密封面裂紋傾向性。

當(dāng)需要熱處理時(shí)，先利用閥門(mén)端蓋螺栓將工裝固定在閥蓋上，再將加熱線圈固定在L型移動(dòng)盤(pán)上，連接好加熱電源和感應(yīng)線圈的水冷電纜。焊接或修復(fù)前，感應(yīng)線圈通過(guò)升降臺(tái)工裝先移動(dòng)到閥體的閥蓋法蘭口，然后再進(jìn)入到閥門(mén)腔體內(nèi)直至密封面的內(nèi)孔位置。對(duì)于外壁熱處理，其主要由控制系統(tǒng)、60 kW中頻感應(yīng)加熱電源、柔性風(fēng)冷外加熱電纜組成，其加熱電纜可直接纏繞在不規(guī)則閥體外壁，從閥門(mén)開(kāi)始預(yù)熱到整個(gè)焊接結(jié)束時(shí)其一直處于工作狀態(tài)，在閥門(mén)外壁形成一道“熱壩”，防止過(guò)度散熱，以保證密封面加熱效果，內(nèi)壁和外壁熱處理同時(shí)開(kāi)始工作，預(yù)熱溫度恒定后，只退出內(nèi)加熱線圈，外壁熱處理繼續(xù)恒定溫度，以保證焊接或修復(fù)過(guò)程中的層間溫度，完成焊接或修復(fù)后，內(nèi)加熱線圈進(jìn)入，與外加熱線圈以相同的升溫速率、恒溫時(shí)間、降溫速率開(kāi)始進(jìn)行焊后熱處理，直至整個(gè)熱處理過(guò)程全部完成。

3.2 狹小空間內(nèi)的焊道及軌跡規(guī)劃

閥門(mén)內(nèi)部空間狹小不利于整個(gè)焊接過(guò)程調(diào)試和焊接過(guò)程檢測(cè)，如采用單層單道則無(wú)法完成修復(fù)方案，需要多層多道的方案。為了滿足多層多道的焊接工藝，建立空間幾何坐標(biāo)圖，根據(jù)送絲速度和焊接速度確立每次焊接的堆高及熔寬，采用焊接偏移程序來(lái)完成焊道實(shí)施，在Z方向確立層高，在Y方向確立焊道偏移。為了確保整個(gè)過(guò)程中由于計(jì)算誤差和偏移誤差引起的波動(dòng)，在焊接過(guò)程增加了Z方向的弧壓跟蹤，以確?；骸⑷鄢氐拇笮『蛯挾?、焊縫的厚度一致性。在實(shí)際編程過(guò)程中用采樣器進(jìn)行輸出端電壓采樣，同時(shí)將該信號(hào)作為輸入端與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，為了標(biāo)定基準(zhǔn)電壓，先對(duì)在標(biāo)準(zhǔn)弧長(zhǎng)(弧長(zhǎng)3 mm)位置的電壓進(jìn)行了標(biāo)定，由于弧長(zhǎng)與電壓存在一定的關(guān)系，經(jīng)過(guò)多組參數(shù)標(biāo)定線性關(guān)系相關(guān)參數(shù)，如此可以通過(guò)弧壓跟蹤及時(shí)校準(zhǔn)Z向弧長(zhǎng)，在整個(gè)焊接過(guò)程中只要確立偏移量就可以保證焊接按照預(yù)期的軌跡和速度進(jìn)行焊接。

此外，為了避免局部熱量過(guò)高，有時(shí)需要采用分段退焊的方法來(lái)完成堆焊。

3.3 閥門(mén)基材上堆焊耐磨層的材料及工藝問(wèn)題

考慮修復(fù)結(jié)果要能完全達(dá)到設(shè)計(jì)制造初始要求，修復(fù)后的密封面硬度、耐磨性、高溫性要能均等效或高于原始設(shè)計(jì)，本試驗(yàn)對(duì)材料和加工工藝進(jìn)行了優(yōu)化。

3.3.1優(yōu)化過(guò)渡層材料

結(jié)合試驗(yàn)室實(shí)際工況條件和質(zhì)量可靠性以及沖擊、腐蝕、磨損特性指標(biāo)比較，焊材選擇Stellite 6合金材料。過(guò)渡層焊接材料應(yīng)選擇能滿足高溫高壓蒸汽閥門(mén)的工況條件要求，同時(shí)必須考慮到與基體和焊材良好的結(jié)合性能。實(shí)踐表明，鎳基625合金系列的焊接材料ERNiCrMo-3在700℃以下能保持優(yōu)異的高溫性能，其高溫強(qiáng)度、高溫抗氧化性能、高溫抗腐蝕性能等各項(xiàng)指標(biāo)明顯優(yōu)于鎳基WE182系列中的焊接材料ERNiCr-3。

3.3.2焊接、熱處理協(xié)同工藝

綜合考慮閥體材質(zhì)(SA182-F91/92)和Stellite6堆焊工藝要求，預(yù)熱溫度和層間溫度均應(yīng)控制在300～350℃。為了避免因冷熱交變應(yīng)力造成堆焊層開(kāi)裂，施焊處和未焊處的溫差應(yīng)小于30℃。通過(guò)施焊、熱處理的協(xié)同技術(shù)，采用如圖3所示的修復(fù)流程工藝，保證了熱加工過(guò)程中質(zhì)量和效率。

圖3 閥門(mén)密封面修復(fù)流程圖

3.3.3工藝優(yōu)化

考慮到閥體材質(zhì)(SA182-F91/92)的特殊性，為了避免局部熱輸入太大，焊接時(shí)通過(guò)焊接電流、速度、弧長(zhǎng)等參數(shù)控制熔池大小均勻一致，根據(jù)實(shí)際工藝條件優(yōu)化焊接方向、電流、參數(shù)模式等，采用分段退焊法、分區(qū)域焊接來(lái)保證焊縫的一致性和均勻性，消除焊后的氣孔、裂紋等缺陷。

此外，考慮現(xiàn)場(chǎng)焊接過(guò)程中工件不能動(dòng)，整個(gè)過(guò)程涉及各種焊接位置與姿態(tài)，綜合考慮了焊接的電流、電壓、焊接速度及熔滴過(guò)渡模式。

3.4 在線修復(fù)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控

(1)焊接過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控?？紤]到現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)石，堆焊工作面距離法蘭端面距離較遠(yuǎn)，超超臨界機(jī)組有時(shí)需要達(dá)到1 200 mm以上，在該狀態(tài)下，焊機(jī)的焊槍伸入閥腔內(nèi)進(jìn)行自由焊接作業(yè)時(shí)，基本無(wú)法通過(guò)肉眼監(jiān)測(cè)施焊過(guò)程。此外，由于焊接時(shí)閥門(mén)腔體內(nèi)一直處于高溫狀態(tài)(約250～300℃)，焊接區(qū)域此時(shí)的電弧光強(qiáng)度很亮，常規(guī)的視頻監(jiān)控設(shè)備無(wú)法在本試驗(yàn)中使用。為此，本試驗(yàn)設(shè)計(jì)了能夠耐受高溫作業(yè)環(huán)境并且添加了特殊濾波片的實(shí)時(shí)視覺(jué)監(jiān)控裝置，通過(guò)該裝置能夠在修復(fù)過(guò)程中實(shí)時(shí)觀測(cè)到焊接過(guò)程的熔池及熔滴過(guò)渡形態(tài)。

(2)熱處理過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。堆焊過(guò)程中的熱處理參數(shù)及工藝控制將直接影響焊后堆焊層的性能，所以為了對(duì)熱處理過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，本試驗(yàn)配備了實(shí)時(shí)溫度曲線記錄儀，通過(guò)數(shù)據(jù)屏蔽線連接電腦，利用熱處理專用軟件實(shí)時(shí)觀測(cè)熱處理溫度和設(shè)備運(yùn)行狀況。

(3)機(jī)械加工過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。為了了解密閉空間機(jī)加工的實(shí)時(shí)狀態(tài)，利用WIFI和攝像頭可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)加工狀態(tài)。

4 密封面堆焊層檢測(cè)技術(shù)

4.1 檢測(cè)設(shè)備要求

超聲探傷儀：A型脈沖反射式超聲探傷儀，其工作頻率按-3 dB測(cè)量應(yīng)至少包括0.5～10 MHz范圍。超聲儀器各性能的測(cè)試條件和指標(biāo)要求應(yīng)滿足相關(guān)要求。

探頭：圓形晶片直徑一般不應(yīng)大于40 mm，方形晶片任一邊長(zhǎng)一般不大于40 mm?？紤]到堆焊層的厚度，宜選用5 MHz的雙晶直探頭，焦點(diǎn)為5～10 mm；

試塊：采用承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)NB/T47013—2015《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》上所推薦使用的T3型試塊。

對(duì)比試塊：采用與被檢工件材質(zhì)相同或聲學(xué)特性相近的材料，并采用相同的焊接工藝制成。其母材、熔合面和堆焊層中均不得有大于或等于φ2 mm平底孔單量直徑的缺陷存在。試塊的堆焊層表面狀態(tài)應(yīng)和工件堆焊層的表面狀態(tài)相同。

4.2 檢測(cè)對(duì)象要求

檢測(cè)面：應(yīng)保證工件被檢部分能得到充分檢測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)堆焊層的實(shí)際情況，僅能選擇堆焊面?zhèn)取?/p>

4.3 檢測(cè)步驟

4.3.1超聲波檢測(cè)儀器校準(zhǔn)

采用承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)NB/T47013—2015上所推薦的階梯試塊校準(zhǔn)超聲波檢測(cè)儀器線性。

4.3.2檢測(cè)靈敏度校準(zhǔn)

采用縱波雙晶直探頭從堆焊層檢測(cè)時(shí)，可利用T1型試塊來(lái)調(diào)整檢測(cè)靈敏度。將探頭放置(手指正常用力)在試塊的堆焊層表面上，移動(dòng)探頭使其獲得最大φ3 mm平底孔當(dāng)量波幅，調(diào)整儀器表盤(pán)上的衰減器，使其回波幅度為滿刻度的80%，作為基準(zhǔn)靈敏度?，F(xiàn)場(chǎng)掃查時(shí)，再提高6 dB。母材厚度至少為堆焊層厚度的兩倍。

從堆焊層側(cè)檢測(cè)堆焊層內(nèi)部缺陷或堆焊層層下再熱裂紋，應(yīng)正常移動(dòng)探頭，使其獲得最大φ1.5 mm橫通孔當(dāng)量波幅，調(diào)節(jié)衰減器使回波幅度為滿刻度的80%，經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試，最大限度使探頭的焦點(diǎn)深度位于堆焊層和母材的結(jié)合部位，以保證在焦點(diǎn)區(qū)域有較高的靈敏度和信噪比。

4.3.3操作要點(diǎn)

掃查覆蓋率：按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求，必須保證探頭每次掃查覆蓋區(qū)域大于探頭直徑的15%，同時(shí)應(yīng)確保檢測(cè)時(shí)超聲束能掃查到工件的整個(gè)被檢區(qū)域。

移動(dòng)速度：移動(dòng)速度不應(yīng)過(guò)快，須滿足不超過(guò)150 mm/s。

波形分析：發(fā)現(xiàn)缺陷波形時(shí)，應(yīng)與專用試塊缺陷檢測(cè)時(shí)顯示的類似波形進(jìn)行比對(duì)，進(jìn)一步確定缺陷的性質(zhì)。

4.3.4注意事項(xiàng)

采用雙晶直探頭檢測(cè)時(shí)應(yīng)垂直于堆焊方向進(jìn)行掃查，探頭的隔聲層應(yīng)平行于堆焊層方向。

掃查靈敏度應(yīng)在基準(zhǔn)靈敏度基礎(chǔ)上提高6 dB，缺陷當(dāng)量尺寸應(yīng)采用6 dB法確定。

4.4 司太立合金堆焊層缺陷評(píng)定方法

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)NB/T47013—2015《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》超聲篇附錄G中關(guān)于缺陷評(píng)定和質(zhì)量分級(jí)，對(duì)于堆焊層與基體的未結(jié)合缺陷，當(dāng)缺陷長(zhǎng)徑小于等于25 mm的未結(jié)合區(qū)域評(píng)為Ⅰ級(jí)，缺陷長(zhǎng)徑小于40 mm的未結(jié)合區(qū)域評(píng)為Ⅱ級(jí)，超過(guò)Ⅱ級(jí)的缺陷評(píng)為Ⅲ級(jí)。

4.5 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)案例

某發(fā)電廠為1 000 MW超超臨界發(fā)電機(jī)組，機(jī)組正常發(fā)電時(shí)汽輪機(jī)未見(jiàn)異常反應(yīng)，在2015年度B級(jí)檢修時(shí)，拆除高壓主汽門(mén)時(shí)，發(fā)現(xiàn)密封面部分已經(jīng)脫落，采用上述在線修復(fù)技術(shù)進(jìn)行堆焊。堆焊完成后，為檢查高壓主汽門(mén)閥座堆焊層與閥門(mén)本體的結(jié)合狀況，對(duì)合金堆焊層焊接質(zhì)量進(jìn)行超聲檢驗(yàn)。閥體材料國(guó)外牌號(hào)為X12CrMoWVNbN1011，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)直讀式光譜儀器分析，斷裂的密封面堆焊層材料成分為司太立合金，與設(shè)計(jì)圖紙相符。

依據(jù)提出的檢測(cè)工藝對(duì)重新堆焊的高壓主汽門(mén)閥座進(jìn)行100%超聲檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩處堆焊層未熔合缺陷：1號(hào)缺陷的位置為堆焊層焊縫中間、缺陷深度約為4.3 mm、缺陷指示長(zhǎng)度30 mm，檢測(cè)結(jié)果為不合格；2號(hào)缺陷位置為堆焊層焊縫邊緣(靠近內(nèi)側(cè))、缺陷深度約為4.0 mm、缺陷指示長(zhǎng)度25 mm，檢測(cè)結(jié)果為不合格。由于受到探頭和儀器組合性能、檢測(cè)人員狀態(tài)、檢測(cè)表面條件及操作工藝手法等因素的影響，缺陷的當(dāng)量、起點(diǎn)、深度、指示長(zhǎng)度等數(shù)據(jù)均與真實(shí)的缺陷存在一定的誤差。

針對(duì)該超標(biāo)缺陷，電廠組織相關(guān)專家進(jìn)行了安全隱患的專項(xiàng)討論，鑒于當(dāng)時(shí)發(fā)電形勢(shì)的需要，決定采取監(jiān)督運(yùn)行方式，著重加強(qiáng)日常運(yùn)行、檢修檢查，結(jié)合每次檢修隊(duì)超標(biāo)缺陷進(jìn)行跟蹤檢查，并做好與原有缺陷的比對(duì)工作，確保該設(shè)備隱患處于可控狀態(tài)。

5 密封面在線修復(fù)技術(shù)及超聲檢測(cè)

本試驗(yàn)通過(guò)研發(fā)在線修復(fù)設(shè)備，無(wú)需將密封面損壞的高溫高壓蒸汽閥門(mén)主體割離電站機(jī)組蒸汽管道，采用焊接機(jī)器人和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)控切削裝備，完成蒸汽閥門(mén)密封面在線切削、預(yù)熱、焊接、檢測(cè)的修復(fù)工藝，不僅節(jié)約了發(fā)電企業(yè)的設(shè)備和檢修成本，縮短了檢修工期，也為類似設(shè)備的檢修提供了方法和途徑。

研發(fā)設(shè)備具備能在發(fā)電機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)的功能，適用于閥門(mén)密封面現(xiàn)場(chǎng)360°全位置焊接要求，能夠滿足發(fā)電機(jī)組高中壓主汽門(mén)和調(diào)門(mén)、高旁、低旁等不同位置閥門(mén)密封面的修復(fù)要求。

研發(fā)設(shè)備做到了全自動(dòng)化可在線監(jiān)測(cè)，具有離線編程、離線仿真，具備示教視覺(jué)檢測(cè)功能，具有鎢針燒損程度和焊接過(guò)程監(jiān)控功能。閥門(mén)密封面超聲波檢測(cè)工藝經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，完全符合標(biāo)準(zhǔn)的要求，同時(shí)得到西門(mén)子公司專家的認(rèn)可。

6 結(jié)語(yǔ)及建議

(1)采用雙晶直探頭進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)超聲檢測(cè)時(shí)，由于其堆焊層表面光潔度及端面的不規(guī)則性，應(yīng)進(jìn)一步考慮綜合靈敏度的補(bǔ)償、指示長(zhǎng)度和缺陷當(dāng)量精確測(cè)量。

(2)超聲檢測(cè)時(shí)采用專用的試塊，即在相同的材料基體上采用相同的工藝進(jìn)行堆焊，同時(shí)在該試塊上加工成不同深度的矩形槽或橫通孔，以便于采用相同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)判。

(3)堆焊層和基體的結(jié)合面邊緣出現(xiàn)類似未熔合缺陷，缺陷現(xiàn)象產(chǎn)生的原因主要是鎳基合金堆焊層的硬度值偏低。因此，如現(xiàn)場(chǎng)采用鎳基焊條堆焊時(shí)，為進(jìn)一步優(yōu)化焊接工藝，提高鎳基合金堆焊的硬度值，現(xiàn)場(chǎng)堆焊最后三層蓋面時(shí)，可采用ErNiCrMo-3鎳基材料，使其表面硬度達(dá)到HB220以上。但增加鉬元素后，堆焊層的可焊性較差，注意適當(dāng)提高預(yù)熱溫度或重新進(jìn)行預(yù)熱，并嚴(yán)格控制焊接時(shí)層間溫度。

(4)從最終機(jī)加工工藝和現(xiàn)場(chǎng)焊接設(shè)備上可采用同一個(gè)固定裝置，并且保證其同心度，盡可能較少更換裝置時(shí)預(yù)熱溫度對(duì)焊接質(zhì)量的影響，提高工作效率。

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