賈東鵬
摘要:介紹水電鑄鋼件下環(huán)缺陷控制及處理要點。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)實際情況在造型時嚴(yán)格控制排氣、合理設(shè)置澆注系統(tǒng),在后期處理缺陷時采用熱焊方法進行缺陷補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,以及補焊材料和補焊方案,順利完成了下環(huán)缺陷的修復(fù)補焊工作。
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,少量砂型沖進型腔,個別沒有從冒口浮出,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)后在進行探傷時表面檢測合格,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,及時點燃,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,避免砂子沖刷進鑄件,保證鑄件內(nèi)部質(zhì)量。
3 清除缺陷方法及注意事項
根據(jù)缺陷情況采用鏟挖、打磨、碳弧氣刨、機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要對缺陷部位進行局部加熱到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),對待補焊部位進行MT探傷或者滲透探傷,確認(rèn)缺陷完全被清除后方可進行補焊。
4 補焊前準(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℃。焊條使用前必須進行350-400℃烘干1-2小時,烘干后的焊條應(yīng)該放在100-150℃保溫桶內(nèi),隨用隨取,使用時注意保持干燥。
5 補焊技術(shù)要求
缺陷的補焊應(yīng)在鑄鋼件消除鑄造應(yīng)力以后進行。焊接在條件許可的情況下,應(yīng)連續(xù)進行,若不能連續(xù)進行,需進行保溫措施,再次補焊時應(yīng)達到表1的預(yù)熱溫度要求。補焊時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,補焊時焊條以減少焊接變形和焊接應(yīng)力。補焊時應(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,應(yīng)采取措施清除缺陷,并檢查合格后再繼續(xù)補焊。在表面堆焊時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
缺陷補焊完成后如不能及時進行去應(yīng)力回火,需要加熱到350℃進行消氫處理之后緩冷并馬上進行去應(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行回火,都需要加熱到580℃進行保溫,保溫時間以補焊缺陷深度每25mm保溫1小時計算,一般不少于8小時。
7 焊后檢查
回火后采用碳弧氣刨和砂輪打磨的方式將補焊位置處理平整,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行補焊缺陷。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)按照上述要求進行修復(fù)。探傷合格后對補焊區(qū)域進行硬度測試,本體補焊區(qū)硬度要求≦315HB。
8 結(jié)論
通過加強造型、清理生產(chǎn)過程中的質(zhì)量管控,減少氣孔、夾雜、裂紋缺陷,采用上述合理的補焊工藝方案,較好的控制了補焊過程,達到了補焊技術(shù)要求,保證了產(chǎn)品補焊質(zhì)量,最終確保產(chǎn)品按客戶要求順利發(fā)出。