分段冷补焊在火力汽轮机修复中的应用

李文兵，董兵天

（1.四川航天职业技术学院，四川成都610066；2.甘肃有色冶金职业技术学院，甘肃金昌737100）

分段冷补焊在火力汽轮机修复中的应用

李文兵1，董兵天2

（1.四川航天职业技术学院，四川成都610066；2.甘肃有色冶金职业技术学院，甘肃金昌737100）

在火力汽轮机自动主汽门结合面大型铸钢件裂纹补焊时，因补焊坡口的形状、位置等原因，无法一次完成敷焊层焊接。通过研究现场结构实际情况，采用分段冷补焊工艺圆满完成了汽轮机自动主汽门结合面大型铸钢件裂纹的修复工作。

大型铸钢件；裂纹；冷补焊；镍基焊条

0　前言

大型铸钢件由于可焊性能差，采用热焊修复的工艺进行补焊时，工艺的实施比较困难，且容易导致工件变形等缺陷，所以一直以来对大型铸钢件的补焊都是一个难题[1-2]。为此，大型铸钢件裂纹的修复一般采用冷补焊工艺，但容易出现焊接缺陷，故补焊工艺的实施至关重要[3-4]。火电厂发电设备中大量使用大型铸钢件，如汽轮机缸体、联合调速汽门、主汽门等部件，但由于结构设计、制造和运行等因素影响，铸钢件易产生裂纹，如不及时修复将严重影响机组的正常运行。为此，本研究以甘肃永昌发电有限责任公司使用的大型铸钢件2#汽轮机自动主汽门结合面裂纹的补焊为例，分析分段（多次）进行敷焊层和填充层的冷补焊工艺在火力汽轮机修复中的应用。

1　设备缺陷状况

甘肃永昌发电有限责任公司的2#汽轮机自动主汽门在使用过程中发现结合面上的螺栓孔之间存在裂纹（见图1），该汽门为大型铸钢件，材料为ZG20 CrMoV，其成分见表1。由于裂纹的存在，该设备无法正常使用，若更换主汽门费用高达数十万元，故考虑采用补焊的方法予以修复。

表1　试验所用连杆化学成分％

图1　主汽门裂纹位置示意

2　工艺分析

2.1淬硬性及冷裂纹倾控制

根据表1可知，该材料碳当量约为0.567％～0.86％＞0.4％，说明其淬硬性较大，容易出现淬硬组织，若工艺参数控制不当，极易产生焊接冷裂纹。在此采用预热缓冷的措施，减少淬硬组织的出现[5]。

2.2焊后变形控制

由于该自动主汽门在开关时要求不得向内、向外漏汽，对密封性要求十分严格，故结合面不宜打磨，如果自动主汽门出现了焊后变形，将导致设备报废。同时由于自动主汽门壁厚较大，结构复杂，焊缝收缩时易产生三维拘束力，加上淬硬组织的存在，焊后汽门极易出现变形，严重时可能出现焊接冷裂纹和延迟裂纹，也不能采用刚性固定的方法来减小焊件的变形，所以只有从焊接工艺上来考虑减少焊件变形。为此，采用镍基奥氏体焊条分段（多次）敷焊层和填充层冷补焊工艺，进行该大型铸钢件的修复。因为熔敷金属的线膨胀系数更接近于焊件的珠光体材料，焊缝金属和母材的结合在靠近熔合线的地方也不易形成脆性的马氏体层。

2.3控制新裂纹的产生

自动主汽门为体积大的铸造件，其内部难免存在缩孔、砂眼、疏松等缺陷，在焊接过程中这些缺陷容易产生应力集中，造成新裂纹的出现。为避免新裂纹的产生，工艺上可采用预热缓冷、焊道交错、接头错开、焊后锤击等措施消除应力。

3　补焊的实施

3.1焊缝坡口的制作及清理

采用机械方法去除裂纹。制作U型焊接坡口，在消除铸造缺陷和有限的螺栓孔距的条件下，最终形成如图2所示的坡口，并采用丙酮将施焊部位及其周围50 mm范围内的油、污、杂质清理干净。

图2　坡口示意图

3.2焊条的准备

选用φ3.2mm的ENiCrFe-3型镍基焊条(Ni317)焊接过度层，采用φ3.2 mm奥氏体焊条（A407）焊接填充层。焊条经200℃～250℃烘烤2 h，用干燥的保温筒盛装，运至补焊现场[6]。

3.3焊接设备及工艺参数

选用ZX7-400H时代焊机，采用直流反接的方法，其工艺参数见表2。

表2　焊接工艺参数

3.4分段补焊

3.4.1焊前预热

由于Ni317型焊条的抗裂性远好于珠光体耐热钢焊条，为降低焊接难度，采用大号烤把将坡口及其周围预热到150℃，为焊接过渡层作准备。

3.4.2分段分层补焊

（1）敷焊层焊接。

采用规格为φ3.2 mm的Ni317型焊条，预热温度控制在150℃左右并保温，焊接电流约110 A，焊接时焊条不摆动，每条焊道长度不超过50 mm，分段进行焊接。

（2）填充层焊接.

待敷焊层焊接完毕，检查无缺陷，缓冷至室温后，才能进行填充层的焊接。

填充层焊接采用规格为φ3.2 mm的A407型焊条，小电流短道焊，焊道交错布置，接头错开，层间温度不超过70℃，每条焊道焊后立即进行锤击消除应力，清除飞溅、死角，同时严格控制焊接线能量，如图3所示。

图3　焊接示意图

4　焊后检验

4.1外观及表面缺陷检验

焊后经缓冷至室温后进行表面打磨，然后着色探伤，经检验补焊区未见缺陷痕迹。

4.2硬度检验

硬度检验如表3所示。

表3　硬度检验值

5　结论

大型铸钢件在低温预热的条件下，采用镍基焊条敷设过渡层，奥氏体焊条作为填充层，严格控制温度范围和焊接线能量，采用表面锤击、多道分段焊等工艺方法，能有效地保证大型铸钢件的补焊质量。

[1]黄明忠.大型铸钢件的焊接[J].现代机械，2004（6）：78-79.

[2]张保吉，赵玉香.铸钢件的焊补[J].技术与市场，2013（3）：73-75.

[3]姚兵印，李太江.火力发电厂大型铸钢件的焊接修复及安全评估[J].电力学报，2011（3）：237-240.

[4]陈瑜，彭祖国.大型铸钢件裂纹的修复工艺[J].科技创新与生产力，2012（11）：72-74.

[5]薛松柏.焊接材料手册[M].北京：机械工业出版社，2006.

[6]中国机械工程学会焊接协会.焊工手册[M].北京：机械工业出版社，2006.

Application of the sectioned cold welding process in the repair of cracks in the thermal steam turbine

LI Wenbing1，DONG Bingtian2
（1.Sichuan Science Aerospace Polytechnic，Chengdu 610066，China；2.Gansu Technical College of Nonferrous Metallurgy，Jinchang 737100，China）

When the fire automatic turbine main steam valve of large steel castings with surface crack repair welding，because the shape，location and other conditions welding groove limits，the conventional process technology can not finish in one time welding layer welded，through the actual situation structure research，the sectioned cold welding process completes successfully the automatic turbine main steam valve combination repair working surface crack of large steel castings.

large steel castings；crack；cold welding；nickel electrode

TG457.2

B

1001－2303（2016）02－0102-03

10.7512/j.issn.1001-2303.2016.02.23

2015－06－17

李文兵（1974—），男，副教授，硕士，主要从事焊接专业的教学以及金属材料热加工工艺的研究。