賈東鵬

摘要：介紹水電鑄鋼件下環(huán)缺陷控制及處理要點(diǎn)。下環(huán)是用在水電站轉(zhuǎn)輪上的不銹鋼鑄件，此類鑄件主要以裂紋﹑夾雜﹑氣孔缺陷為主，我公司根據(jù)實(shí)際情況在造型時(shí)嚴(yán)格控制排氣、合理設(shè)置澆注系統(tǒng)，在后期處理缺陷時(shí)采用熱焊方法進(jìn)行缺陷補(bǔ)焊處理并利用焊后回火，充分消除焊接應(yīng)力，優(yōu)化焊縫及熱影響區(qū)的金相組織，避免焊接裂紋、氣孔、夾雜缺陷的產(chǎn)生。

關(guān)鍵詞：下環(huán);夾雜、氣孔、裂紋缺陷;焊后回火;消除應(yīng)力

水電站的核心部件由上冠、下環(huán)、葉片焊接而成，全部采用不銹鋼材料制作。其中下環(huán)是重要核心部件之一。近期，我公司承制了國內(nèi)某大型水電站轉(zhuǎn)輪的下環(huán)部件的制造，材質(zhì)選用ZG00Cr13Ni4Mo，輪廓尺寸為5356mm*1182mm，最大壁厚103mm，最小壁厚39.5mm，毛坯單重249噸，極易出現(xiàn)裂紋﹑夾雜﹑氣孔等鑄造缺陷。該產(chǎn)品要求進(jìn)行超聲波探傷和磁粉探傷，對其內(nèi)在質(zhì)量要求極高，因此該鑄件的鑄造難度極大。我公司根據(jù)該產(chǎn)品的特性，合理地選擇造型工藝，以及補(bǔ)焊材料和補(bǔ)焊方案，順利完成了下環(huán)缺陷的修復(fù)補(bǔ)焊工作。

1 缺陷情況及分析

1.1缺陷情況

該鑄件的缺陷主要為氣孔、夾雜、裂紋等缺陷，其中氣孔缺陷以局部分散點(diǎn)狀缺陷為主;由于尺寸較大，型腔清潔難度大，在粗加工后也存在少量外露夾雜缺陷;由于壁厚不均勻，且壁厚變化較大，部分位置存在裂紋缺陷。

1.2缺陷分析

此鑄件為手工操作，砂型鑄造，結(jié)構(gòu)特殊，同時(shí)鋼水澆注溫度在1500℃以上。鑄件在澆注凝固過程中，砂型受鋼水熱輻熱及浸潤作用發(fā)氣量大，氣體侵入到產(chǎn)品近表面，形成氣孔鑄造缺陷;澆鑄過程鋼水對砂型存在沖刷，少量砂型沖進(jìn)型腔，個(gè)別沒有從冒口浮出，夾在產(chǎn)品內(nèi)部，形成夾雜類缺陷。

該產(chǎn)品分為兩次加工，粗加工后加工面留有一定加工余量，粗加工狀態(tài)后在進(jìn)行探傷時(shí)表面檢測合格，貼近近表面缺陷UT檢測很難檢測出來，而鑄件內(nèi)部近表面存在少量的氣孔或夾雜，在半精加工后局部缺陷外露，導(dǎo)致半精加工探傷時(shí)存在表面缺陷。

2 缺陷預(yù)防措施

通過提高鋼水純凈度及鑄造型腔的清潔度，從而減少鑄件內(nèi)部的夾雜物缺陷。在造型過程中，合理放置排氣空心尼龍繩及草袋子，并引出，在澆注過程中，及時(shí)點(diǎn)燃，保證樹脂砂熱分解產(chǎn)生的氣體順利排出，避免或減少鑄件表面氣孔類缺陷。同時(shí)要合理布置澆鑄系統(tǒng)，降低鋼水對砂型的沖擊，避免砂子沖刷進(jìn)鑄件，保證鑄件內(nèi)部質(zhì)量。

3 清除缺陷方法及注意事項(xiàng)

根據(jù)缺陷情況采用鏟挖、打磨、碳弧氣刨、機(jī)械加工等方法消除缺陷。當(dāng)采用碳弧氣刨方法處理缺陷時(shí)要對缺陷部位進(jìn)行局部加熱到120℃以上再清除鑄件上所有缺陷，并開出符合工藝要求的U型坡口，用砂輪打磨光滑并露出金屬光澤，并清除補(bǔ)焊區(qū)域及局部預(yù)熱部位周圍50mm范圍內(nèi)油污、水、鐵銹等雜質(zhì)，對待補(bǔ)焊部位進(jìn)行MT探傷或者滲透探傷，確認(rèn)缺陷完全被清除后方可進(jìn)行補(bǔ)焊。

4 補(bǔ)焊前準(zhǔn)備

焊前預(yù)熱采用局部預(yù)熱，無論缺陷有多大，缺陷處每邊的預(yù)熱范圍的寬度應(yīng)不小于不含部位鑄件壁厚的2倍，并不小于75mm。在補(bǔ)焊過程中，鑄件預(yù)熱區(qū)的溫度不得低于120℃，層間溫度不得高于200℃。焊條使用前必須進(jìn)行350-400℃烘干1-2小時(shí)，烘干后的焊條應(yīng)該放在100-150℃保溫桶內(nèi)，隨用隨取，使用時(shí)注意保持干燥。

5 補(bǔ)焊技術(shù)要求

缺陷的補(bǔ)焊應(yīng)在鑄鋼件消除鑄造應(yīng)力以后進(jìn)行。焊接在條件許可的情況下，應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，若不能連續(xù)進(jìn)行，需進(jìn)行保溫措施，再次補(bǔ)焊時(shí)應(yīng)達(dá)到表1的預(yù)熱溫度要求。補(bǔ)焊時(shí)不宜做過大的橫向擺動，擺動幅度一般不超過焊條直徑的3倍。長度大的焊縫采用分段交錯焊接，補(bǔ)焊時(shí)焊條以減少焊接變形和焊接應(yīng)力。補(bǔ)焊時(shí)應(yīng)控制好線能量，即采用小熱輸入、薄焊層、多層多道焊接方法。在保證熔合良好的情況下，盡量選用小規(guī)范、快速焊。在補(bǔ)焊過程中，除第一層和最后一層外，其余各層每焊完一層后用平圓頭風(fēng)鏟適度錘擊去除焊接應(yīng)力，每次排除應(yīng)力不少于1分鐘，并認(rèn)真清理渣殼及飛濺物，若發(fā)現(xiàn)裂紋、未熔合、夾渣、氣孔等影響質(zhì)量的缺陷時(shí)，應(yīng)采取措施清除缺陷，并檢查合格后再繼續(xù)補(bǔ)焊。在表面堆焊時(shí)焊道間的重疊量不小于焊縫寬度的1/3。表1為參考的焊接規(guī)范。

6 焊后去應(yīng)力熱處理

缺陷補(bǔ)焊完成后如不能及時(shí)進(jìn)行去應(yīng)力回火，需要加熱到350℃進(jìn)行消氫處理之后緩冷并馬上進(jìn)行去應(yīng)力回火。焊后熱處理可以采用電熱毯局部去應(yīng)力回火或入爐去應(yīng)力回火，不管用哪一種方式進(jìn)行回火，都需要加熱到580℃進(jìn)行保溫，保溫時(shí)間以補(bǔ)焊缺陷深度每25mm保溫1小時(shí)計(jì)算，一般不少于8小時(shí)。

7 焊后檢查

回火后采用碳弧氣刨和砂輪打磨的方式將補(bǔ)焊位置處理平整，并目視檢查是否存在肉眼可見缺陷，如有缺陷繼續(xù)按照上述要求去除缺陷后重新進(jìn)行補(bǔ)焊缺陷。在無肉眼缺陷的前提下，根據(jù)下環(huán)探傷技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行UT、MT探傷檢查，如果存在超標(biāo)缺陷，繼續(xù)按照上述要求進(jìn)行修復(fù)。探傷合格后對補(bǔ)焊區(qū)域進(jìn)行硬度測試，本體補(bǔ)焊區(qū)硬度要求≦315HB。

8 結(jié)論

通過加強(qiáng)造型、清理生產(chǎn)過程中的質(zhì)量管控，減少氣孔、夾雜、裂紋缺陷，采用上述合理的補(bǔ)焊工藝方案，較好的控制了補(bǔ)焊過程，達(dá)到了補(bǔ)焊技術(shù)要求，保證了產(chǎn)品補(bǔ)焊質(zhì)量，最終確保產(chǎn)品按客戶要求順利發(fā)出。