楊占君，王麗朋

(1.甘肅電力科學(xué)研究院，甘肅 蘭州 730050;2.蘭州西固熱電有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730060)

0 引言

某發(fā)電廠#2汽輪機(jī)組為俄羅斯烏拉爾汽輪機(jī)制造廠生產(chǎn)的ΠΤ－140/165－130/15－2型單軸雙缸機(jī)組，該機(jī)組額定功率為142 MW，額定轉(zhuǎn)速為3000 r/min。在大修對隔板解體進(jìn)行檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)低壓缸第6級隔板側(cè)部存在一條長約35mm的表面裂紋［1］。由于隔板對加工精度要求較高、工作環(huán)境惡劣、服役周期長且安全指數(shù)要求嚴(yán)格，一直被看做是汽輪機(jī)行業(yè)最難制造的部件之一，它的質(zhì)量好壞直接影響著汽輪機(jī)的工作效率和安全運(yùn)行［2］。從制造廠相關(guān)資料中查得該隔板的材質(zhì)為СЧ20，于是決定根據(jù)這種材質(zhì)的特性對發(fā)現(xiàn)的缺陷進(jìn)行挖磨補(bǔ)焊修復(fù)處理。

1 材料特性

СЧ20為俄羅斯牌號鋼種，相當(dāng)于我國的HT200，為珠光體類灰口鑄鐵，密度為 7.25～7.33 g/cm3，其強(qiáng)度、耐磨性、耐熱性均較好，減振性良好，鑄造性能較好，但脆性較大，需進(jìn)行人工時(shí)效處理［3］。其相關(guān)力學(xué)性能［4］和化學(xué)成分［3］見表 1 和表2。

2 補(bǔ)焊方案的選擇

灰口鑄鐵中碳主要以滲碳體形態(tài)存在，斷口顏色呈銀白色，凝固時(shí)收縮量大、硬度高、脆性大，不能承受沖擊載荷。由于灰口鑄鐵含碳量較高、含雜質(zhì)較多、材質(zhì)脆性大并存在鑄造偏析等問題，在補(bǔ)焊時(shí)的不均勻加熱和冷卻都會(huì)促使補(bǔ)焊件特別是焊縫產(chǎn)生裂紋和白口化組織。補(bǔ)焊件較大時(shí)焊縫熔池在冷卻過程中由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的速度較快，這就使熔池中的氣體與夾渣很難被排出而滯留在焊縫當(dāng)中。因此，鑄鐵的可焊性相對較差，在補(bǔ)焊過程中如果補(bǔ)焊工藝不合理，極易產(chǎn)生白口組織和裂紋等缺陷，焊后殘余應(yīng)力分布不均勻會(huì)造成補(bǔ)焊件局部變形不均勻，使隔板產(chǎn)生很大變形。隔板是有嚴(yán)格的形狀和尺寸要求的配合件，很難保證補(bǔ)焊質(zhì)量，特別是當(dāng)焊縫強(qiáng)度較高而母材強(qiáng)度較低時(shí)，容易產(chǎn)生剝離。因此，在制訂補(bǔ)焊工藝時(shí)，對鑄件的缺陷要進(jìn)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［5］，減慢焊縫的冷卻速度，調(diào)整焊縫的化學(xué)成分。

對灰口鑄鐵件的常規(guī)補(bǔ)焊工藝有熱補(bǔ)焊和冷補(bǔ)焊2種，熱補(bǔ)焊工藝相對較復(fù)雜，補(bǔ)焊時(shí)需要對隔板進(jìn)行焊前預(yù)熱和焊后熱處理，由于附加加熱次數(shù)的增加，大大增加了鑄鐵件補(bǔ)焊的殘余變形量，而隔板對形狀和尺寸有較高要求，因此，在熱補(bǔ)焊過程中就需要嚴(yán)格控制補(bǔ)焊件的變形量。冷補(bǔ)焊工藝在焊前不需要特殊預(yù)熱，焊時(shí)不必加熱，焊后不需要特殊的熱處理，可全位置補(bǔ)焊，這就在很大程度上簡化了鑄鐵件的補(bǔ)焊工藝，省去了加熱設(shè)備，降低了補(bǔ)焊成本，改善了焊接條件，焊后補(bǔ)焊件基本不變形、殘余應(yīng)力小，既可保證隔板補(bǔ)焊質(zhì)量，又能提高生產(chǎn)效率［6］。

3 補(bǔ)焊工藝

3.1 補(bǔ)焊前準(zhǔn)備

3.1.1 工具與設(shè)備準(zhǔn)備

(1)尖頭手錘2把，用于對焊縫進(jìn)行錘擊以消除殘余應(yīng)力。

(2)5～10倍放大鏡1個(gè)，用于在焊接過程中對焊縫進(jìn)行宏觀檢查。

(3)角向砂輪機(jī)1個(gè)，用于打磨缺陷和修整坡口。

表1 HT200材料力學(xué)性能

表2 HT200材料化學(xué)成分 %

(4)CHV－560逆變多功能焊機(jī)1臺，用于補(bǔ)焊作業(yè)。

(5)手工剔鑿2把，便于鏟除焊接過程中的缺陷和修磨坡口。

(6)焊條烘干設(shè)備和焊條保溫筒，用于焊條的烘干和保溫。

3.1.2 環(huán)境準(zhǔn)備

(1)保證補(bǔ)焊操作和宏觀檢查的充足照明。(2)要有防風(fēng)措施，保證環(huán)境溫度高于5℃。(3)要有防火和焊接人員防護(hù)的措施。

3.2 焊接人員

補(bǔ)焊的焊工必須經(jīng)過考核并取得相應(yīng)材質(zhì)的焊工合格證書，補(bǔ)焊前應(yīng)根據(jù)焊接技術(shù)人員的要求進(jìn)行模擬練習(xí)并經(jīng)檢驗(yàn)合格。焊工應(yīng)在施焊前認(rèn)真熟悉作業(yè)指導(dǎo)書，嚴(yán)格按照給定的補(bǔ)焊工藝措施進(jìn)行施焊，以保證補(bǔ)焊質(zhì)量［7］。

3.3 裂紋的消除及開坡口

用電鉆在距離裂紋末端5 mm處鉆一個(gè)直徑為3 mm的止裂孔，止裂孔打入深度為10 mm。用角向砂輪機(jī)對裂紋進(jìn)行挖磨，用著色探傷方法進(jìn)行跟蹤檢查，直至裂紋消除干凈為止［8］。缺陷完全消除后形成了一個(gè)長約55 mm、寬約12 mm、深約11 mm的待補(bǔ)焊區(qū)，再用角向砂輪機(jī)將挖磨部位修磨成如圖1所示的坡口形式。

圖2 補(bǔ)焊順序

圖1 補(bǔ)焊部位坡口形式

3.4 補(bǔ)焊工藝

用角向砂輪機(jī)將坡口內(nèi)及周圍的油污、鐵銹等臟物打磨干凈，直到露出光澤為止，然后用無水乙醇將坡口及補(bǔ)焊區(qū)周圍清理干凈。

(1)補(bǔ)焊材料選用的是 ? 3.2 mm 和 ? 4.0 mm的Z408鎳鐵合金焊條，補(bǔ)焊前焊條需經(jīng)(350±10)℃烘烤2 h左右，然后放入保溫筒內(nèi)備用。

(2)補(bǔ)焊采用CHV－560逆變多功能焊機(jī)，將焊把接負(fù)極，待補(bǔ)焊件接正極，電流為120～160 A。

(3)補(bǔ)焊前用烤把將坡口及其周圍150 mm的范圍加熱到150℃左右，以去除區(qū)域內(nèi)的有機(jī)物和水分，防止補(bǔ)焊時(shí)焊縫中產(chǎn)生氣孔、夾渣等缺陷。同時(shí)可使鑄件溫度均衡，防止因溫度差造成焊縫冷卻時(shí)產(chǎn)生較大的應(yīng)力而導(dǎo)致補(bǔ)焊區(qū)域及附近產(chǎn)生裂紋。待烘烤區(qū)域溫度降到(50±10)℃時(shí)進(jìn)行補(bǔ)焊作業(yè)。

(4)施焊時(shí)，應(yīng)先焊接坡口邊緣部位，后焊接中心部位，按次序交叉焊接，采用短段焊、斷續(xù)焊、分散焊和逐步退焊法，即每段焊接15～20 mm，同一焊層上，后一道焊縫的結(jié)束部位為前一道焊縫的開焊部位，一個(gè)部位焊完一整道后再到另一個(gè)部位進(jìn)行焊接，焊接上層焊道時(shí)應(yīng)覆蓋下層焊道的1/3～1/2。第1、第2、第3層焊道施焊時(shí)選用? 3.2mm焊條，電流為120～130 A，以后的焊層施焊選用? 4.0 mm焊條，電流為150～160 A(如圖2所示)。采用小電流是為了盡可能減少熱影響區(qū)，降低溫差，最大限度降低應(yīng)力;盡量減少熔深，以防止基體母材中析出過多的C，Si，P，S等元素進(jìn)入焊縫而產(chǎn)生裂紋和白口組織。

(5)焊完一段后，立即使用尖頭手錘對補(bǔ)焊位置進(jìn)行快速錘擊，直至焊波完全消除;然后將殘?jiān)?、藥皮清理干凈，用放大鏡仔細(xì)檢查焊道及周圍是否存在裂紋、剝離層等缺陷，如存在這些缺陷應(yīng)打磨掉并重新補(bǔ)焊。

(6)焊最后一道蓋面時(shí)，焊道應(yīng)高出母材2～4 mm，錘擊后立刻用石棉氈或巖棉毯包裹，使補(bǔ)焊部位緩冷至室溫。

(7)對補(bǔ)焊部位進(jìn)行打磨和研磨，與母材達(dá)到同一高度即可。

3.5 補(bǔ)焊后的檢驗(yàn)

(1)對補(bǔ)焊區(qū)域及周圍進(jìn)行了宏觀和滲透探傷檢查［8］，未見裂紋、咬邊、氣孔和夾渣等缺陷。

(2)使用HLN－11A便攜式硬度計(jì)對補(bǔ)焊區(qū)域及熔合線附近進(jìn)行了硬度檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果為:補(bǔ)焊區(qū)域中心位置硬度平均值為227HBW，熔合線附近硬度平均值為211HBW，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求［9］。

4 結(jié)束語

2011年#2機(jī)組大修時(shí)，再次對隔板解體并對補(bǔ)焊部位進(jìn)行復(fù)查，未發(fā)現(xiàn)補(bǔ)焊區(qū)域產(chǎn)生新缺陷，證明采用該冷補(bǔ)焊工藝對材質(zhì)為HT200的灰口鑄鐵汽輪機(jī)隔板進(jìn)行補(bǔ)焊是成功的，只要嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝，完全能夠保證補(bǔ)焊后隔板安全運(yùn)行。

［1］GB/T 9444—2007，鑄鋼件磁粉檢測［S］.

［2］伊野，孫傳海.大型汽輪機(jī)鑄造隔板的鑄造工藝［J］.汽輪機(jī)技術(shù)，1995，37(6):372 －375.

［3］火力發(fā)電廠金屬材料手冊編寫組.火力發(fā)電廠金屬材料手冊［M］.北京:中國電力出版社，2000.

［4］GB/T 9439—2010，灰鑄鐵件［S］.

［5］鈴木春義，田村博.焊接金屬學(xué)［M］.嚴(yán)鳶飛，譯.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1982.

［6］于涵，白喜濤.500 MW汽輪機(jī)低壓缸隔板裂紋原因分析及處理［J］.汽輪機(jī)技術(shù)，2006，48(6):465 －466.

［7］DL/T 753—2001，汽輪機(jī)鑄鋼件補(bǔ)焊技術(shù)導(dǎo)則［S］.

［8］GB/T 9443—2007，鑄鋼件滲透檢測［S］.

［9］DL 5007—1992，電力建設(shè)施工及驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范(火力發(fā)電廠焊接篇)［S］.