周同利

(青島堿業(yè)股份有限公司,山東 青島 266043)

透平壓縮機殼體裂紋補焊工藝

周同利

(青島堿業(yè)股份有限公司,山東 青島 266043)

針對透平壓縮機殼體加強筋部位出現(xiàn)裂紋問題,提出采用灰口鑄件 HT250的裂紋補焊工藝,可有效地防止裂紋的產(chǎn)生,使焊縫有一定的塑性和強度,并有較好的抗裂性能和機加工性能。

透平壓縮機;灰口鑄鐵;補焊;焊接工藝

青島堿業(yè)股份有限公司壓縮車間的透平壓縮機殼體加強筋部位出現(xiàn)裂紋,透平壓縮機殼體材料為H T250灰口鑄鐵,其加強筋部位裂紋處厚度 20 mm,裂紋成線性延伸。

該設(shè)備是我公司純堿生產(chǎn)線上運行的設(shè)備,長期運行使用,若需維修可短暫停車,更換或者修復(fù)透平壓縮機殼體,如果更換殼體需要聯(lián)系生產(chǎn)廠家,再加工備件,需要很長一段時間。而補焊修復(fù)殼體較快,但是,該件材料為灰口鑄鐵,焊接難度較大,我公司以前幾乎沒做過鑄鐵件的焊接。

鑄鐵的焊接,主要應(yīng)用于鑄件的補焊。灰口鑄鐵補焊時,容易出現(xiàn)裂紋等問題。當(dāng)焊縫強度較高而母材強度較低時,容易產(chǎn)生剝離。尤其對于大面積的裂紋補焊是不容易獲得成功的。因此在制定補焊工藝時,對鑄件的缺陷要進行具體分析,盡量減小熔合比,調(diào)整熱影響區(qū),松馳焊接應(yīng)力,才能使大面積的裂紋補焊獲得成功。

1 焊條選擇

選用純鎳的鑄308焊條有較好的抗裂性和切削加工性。鎳是擴大奧氏體區(qū)的元素,當(dāng)鐵鎳合金中鎳量大于30%時,合金凝固后一直到室溫都保持硬度較低、塑性較好的奧氏體組織,不發(fā)生相變。它也是非碳化物形成元素,不會與碳形成高硬度的碳化物,而且以鎳為主要成分的奧氏體,能溶解較多的碳。純鎳在1 300℃時可溶解2%的碳。溫度下降后,少量碳由于過飽和而析出細(xì)小的石墨,故焊縫有一定的塑性和強度,且硬度較低。

鎳又促使石墨化形成元素。液態(tài)時鎳的擴散能力較強,可擴散到半熔化區(qū),對減弱半熔化區(qū)的白口寬度起到作用。所以采用純鎳焊條焊接,白口區(qū)寬度最小呈斷續(xù)分布,機加工性能和抗裂性能均較好。

選用φ3.2小直徑焊條,小電流、快速焊。小規(guī)范焊接,其優(yōu)越性有:

1)可使熔池小,熔深淺,減少母材中碳和硫等有害元素進入焊縫。

2)焊接規(guī)范小,其線能量也小,降低了焊接應(yīng)力,使焊接區(qū)出現(xiàn)裂紋的傾向減小。

3)可縮小熱影響區(qū)寬度;其中包括最易形成白口的半熔化區(qū)寬度,使白口層變薄,提高接頭機械性能。

2 焊前準(zhǔn)備

1)鉆止裂孔:在距離裂紋末端2～3 mm處鉆1個直徑為6～8 mm的止裂孔。

2)開坡口:采用機械方法,在裂紋開裂部位用磨光機磨出坡口,并打磨光滑,開坡口時要排除裂紋,坡口底部呈圓弧狀,坡口尺寸如圖1所示。

圖1 焊縫坡口形式

3)焊前清理:坡口表面兩側(cè)各20 mm應(yīng)將氧化皮、水、鐵銹、油污、積渣和其它雜質(zhì)清理干凈,直到露出光澤為止。

3 焊接工藝及工藝重點分析

1)焊前預(yù)熱,焊前將坡口周圍預(yù)熱,溫度為200～250℃,以縮小焊縫與工件的溫差。能使工件與焊縫的溫差縮小,減慢冷卻速度,防止熱影響區(qū)產(chǎn)生淬硬組織,并可有效地防止裂紋的產(chǎn)生。前經(jīng)150℃左右烘焙2 h。

2)焊條烘干,將鑄鐵焊條(鑄308,φ3.2 mm)焊

3)焊接順序,采用合理的焊接順序(1、2、3……),如圖2所示。采用手工電弧焊,電流為90～100 A。采用直流正接。

圖2 焊接順序

4)采用多層多道焊,補焊工件較厚,坡口截面較大,采用多層多道焊。焊縫截面較大,產(chǎn)生的收縮應(yīng)力很強,容易形成焊縫剝離。故采用合理的焊接順序,如上圖2所示。

多層多道焊時,采用合理的焊接順序。其原因之一,也是為了分散熱量。關(guān)鍵是在坡口兩側(cè)與母材交界的那一層焊道上,要嚴(yán)格控制電流,運條要快,必須使焊縫與母材熔合良好。中間的焊道,因為使用純鎳焊條,其焊縫金屬的塑性會較好。由于采取了合理的焊接順序,并配合錘擊焊縫,這樣就能有效地防止半熔化區(qū)的“焊縫剝離”。

5)采用斷續(xù)焊、分散焊、逐步退焊法。斷續(xù)焊,即焊一段后停留片刻,待工件冷到50～60℃時再焊下一道焊縫,以防止熱量集中。分散焊,在一個部位焊一段后再到另一部位焊接,以減少溫差,降低應(yīng)力。逐步退焊法,它與連續(xù)焊相比,可使焊縫的拉應(yīng)力峰值有很大減低,故有利于防止焊縫裂紋的產(chǎn)生。

調(diào)整焊接熱輸入。采用分散焊、斷續(xù)焊、多層多道焊,其目的是為防止局部金屬過熱,避免因熱應(yīng)力而誘發(fā)裂紋的產(chǎn)生。

6)錘擊焊縫,是減少焊接應(yīng)力的有效措施。錘擊焊縫時溫度大于400℃效果較好,用小圓頭錘擊焊縫,使焊縫金屬延展,松馳焊補區(qū)的應(yīng)力。但需注意:第一層因焊肉較薄不宜錘擊;最后一層也不要錘擊,以防止冷作硬化;其他各層均要錘擊。應(yīng)大于3 mm。和層間清理,將焊縫表面熔渣、有害氧化物、油脂、銹跡等清除干凈后再繼續(xù)施焊。

8)每層焊后清熔渣,多層多道焊時,應(yīng)注意道間

9)焊后熱處理及緩冷措施,在焊接區(qū)周圍200 mm范圍內(nèi),加熱到300～350℃,用巖棉板覆蓋保溫使之緩慢冷卻。

焊后熱處理及緩冷措施,能使工件與焊縫的溫差縮小,減慢冷卻速度,防止熱影響區(qū)產(chǎn)生淬硬組織,并可有效地防止裂紋的產(chǎn)生。

7)對接焊縫低于母材時必須補焊,其增高量不

10)檢驗,焊接接頭進行外觀檢查,合格標(biāo)準(zhǔn)符合有關(guān)規(guī)定。

4 結(jié) 語

通過對 H T250灰口鑄鐵的補焊,結(jié)果證明:選定的工藝方案是可行的。采用小規(guī)范焊接,合理錘擊焊縫,調(diào)整焊接熱的輸入,可避免因熱應(yīng)力誘發(fā)裂紋的產(chǎn)生。正確的焊前預(yù)熱,焊后熱處理,可避免接頭產(chǎn)生淬硬組織,并有效防止裂紋的產(chǎn)生。

采用以上工藝補焊后,經(jīng)焊縫質(zhì)量檢查,成形良好,沒有發(fā)現(xiàn)裂紋及滲漏現(xiàn)象,達到了使用質(zhì)量要求。以后類似問題也可參照執(zhí)行。

TG 455;TH452

B

1005-8370(2011)03-25-02

2010-07-28