1177t/h循環(huán)流化床鍋爐再熱器堵閥異質(zhì)冷焊修復(fù)
2014-10-28 12:01:43曾祥濤魏晉張曉蕾
中國高新技術(shù)企業(yè) 2014年22期
曾祥濤+魏晉+張曉蕾
摘要：文章針對(duì)電站閥體鑄鋼件易產(chǎn)生缺陷的問題，通過對(duì)鑄鋼的金屬學(xué)性能和熱加工性能的分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)大型鑄鋼件的實(shí)際情況，對(duì)大型鑄鋼件采用同性熱補(bǔ)的方法進(jìn)行修復(fù)和焊后熱處理，由于受到結(jié)構(gòu)、外形等因素的影響，實(shí)施困難且容易導(dǎo)致工件變形，基于此介紹了采用鎳基焊條異質(zhì)冷補(bǔ)焊對(duì)大型鑄鋼件進(jìn)行修復(fù)的焊接工藝方法。
關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床；鍋爐再熱器；堵閥異質(zhì)；冷焊焊接工藝；鑄鋼
中圖分類號(hào)：TK229 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）33-0080-02
1 概況
內(nèi)蒙古京海煤矸石發(fā)電有限責(zé)任公司鍋爐為東方鍋爐（集團(tuán)）股份有限公司生產(chǎn)的DG1177/17.4-II1型鍋爐，該爐為單汽包、自然循環(huán)、循環(huán)流化床燃燒方式。再熱器熱段管道堵閥，材質(zhì)為ZG15Cr1Mo1V。2013年5月，機(jī)組在檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)，爐左側(cè)再熱熱段管道堵閥閥體上存在長(zhǎng)150mm、深37mm的裂紋缺陷，這些缺陷的存在對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行帶來極大威脅，及時(shí)必要地修復(fù)這些缺陷，對(duì)保障機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義。
2 ZG15Cr1Mo1V鋼的性能
ZG15Cr1Mo1V鋼屬于珠光體類耐熱鋼，具有良好的力學(xué)性能和耐腐蝕性、熱強(qiáng)性和抗蠕變性，在530℃～650℃的高溫工況中能保持良好的機(jī)械性能。
表1 ZG15Cr1Mo1V常溫機(jī)械性能
Re/MPa Rm/MPa A/% Z/% AKV/J HB
≥343 ≥490 ≥14 ≥30 ≥29.4 140～201
ZG15Cr1Mo1V鋼的鑄造工藝性能較差，容易在鑄件的轉(zhuǎn)角等處出現(xiàn)裂紋等缺陷情況，在對(duì)冷卻速度進(jìn)行熱處理也是十分敏感的，在鑄件中容易出現(xiàn)不均勻的性能和組織，而電站用閥上面的閥蓋和閥體等鑄件通常具有較大的壁厚，所以高壓力或大口徑電站用閥相關(guān)的閥蓋和閥體的鑄件，極容易出現(xiàn)氣孔、裂紋和砂眼等缺陷。
ZG15Cr1Mo1V鋼焊接性能較差，因?yàn)槠浜休^好含量的合金以及較高含量的S、P等雜質(zhì)，容易出現(xiàn)裂紋，且可焊性較差，焊接難度較大。
表2 ZG15Cr1Mo1V化學(xué)成分
C Mn Si Cr Mo V S P
0.14～
0.20 0.40～
0.70 0.17～
0.37 1.20～
1.70 1.00～
1.20 0.20～
0.40 ≤0.03 ≤0.03
3 補(bǔ)焊工藝
再熱器堵閥ZG15Cr1Mo1V鋼補(bǔ)焊時(shí)，焊接熔池的溫度較高，容易燒損合金元素，在焊接熔池溫度變化梯度和快速冷卻速度較大的情況下，非常容易造成偏析，同時(shí)ZG15Cr1Mo1V鋼具有很好的淬透性以及較大的淬硬傾向，在冷卻焊接冷時(shí)，極容易在高溫的熱影響區(qū)和熔合區(qū)出現(xiàn)馬氏體等相關(guān)的硬脆組織，也可能出現(xiàn)裂紋，而焊后熱處理，主要是為了對(duì)焊接區(qū)的力學(xué)性能進(jìn)行調(diào)整以及防止出現(xiàn)焊接裂紋。所以ZG15Cr1Mo1V鋼閥體的補(bǔ)焊工藝與碳鋼和不銹鋼不同，從而盡量減少不利因素的影響。
由于此次再熱器堵閥閥體裂紋缺陷位置屬于閥體曲率類型的交變位置，存在著不均勻壁厚，在進(jìn)行制造時(shí)，非常容易出現(xiàn)性能和組織不均勻的情況，在該部位容易集中應(yīng)力，造成閥體部位薄弱，同時(shí)也給閥體裂紋補(bǔ)焊帶來難度，閥體裂紋的補(bǔ)焊方式，一般應(yīng)用同性熱補(bǔ)措施，但是現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施熱處理工藝比較困難，并且會(huì)造成工件變形。因此本次補(bǔ)焊采用ENiCrFe-3型鎳基焊條異質(zhì)冷焊的方法對(duì)再熱器熱段堵閥進(jìn)行修復(fù)。
ENiCrFe-3型鎳基焊接材料用于修復(fù)一些重要設(shè)備，特別是高溫條件下運(yùn)行的設(shè)備，其最大的特點(diǎn)就是可以有效地避免在高溫條件下出現(xiàn)“碳遷移”的情況，因?yàn)槠渑蛎浵禂?shù)非常趨向于ZG15Cr1Mo1V，可以有效地降低高溫條件下在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)界面疲勞現(xiàn)象的發(fā)生幾率。另外在焊接時(shí)，母材和焊縫金屬的結(jié)合，熔合線附近地方很難出現(xiàn)脆性馬氏體層。所以，鎳基焊縫具有極好的塑性，應(yīng)該運(yùn)用冷焊工藝，就不需要在焊后進(jìn)行熱處理，比較適合大型鑄件相關(guān)補(bǔ)焊工作。
3.1 清除損傷和缺陷
3.1.1 應(yīng)用機(jī)械方法，例如角磨機(jī)打磨。對(duì)機(jī)械損傷金屬部位和裂紋進(jìn)行清除，在打磨的過程中進(jìn)行觀察，通過滲透探傷來對(duì)裂紋進(jìn)行檢查，一直到全部消除裂紋。打磨平整突出部分，全部打磨去除存在的裂紋。通過PT滲透探傷進(jìn)行裂紋全部去除的判定。
3.1.2 按照DL/T753-2001《汽輪機(jī)鑄鋼件補(bǔ)焊技術(shù)條件》規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)要求，將打磨坡口確定為U型坡口，降低填充金屬使用量。打磨坡口兩端成圓滑過渡，實(shí)際坡口尺寸見圖1所示：
圖1 U型坡口示意圖
3.2 焊接修復(fù)工藝
3.2.1 焊接方法：電弧焊。
3.2.2 焊接特點(diǎn)：異質(zhì)冷焊。
3.2.3 焊材：ENiCrFe-3焊條（直徑Φ3.2mm焊條）。
3.2.4 通過350℃/2h將焊條烘干后，在焊條保溫筒內(nèi)防止焊條，還需要通電，并且隨用隨取。將焊絲表面的鐵銹和油污等污物清理干凈。通過丙酮或者無水酒精對(duì)坡口及其周圍20mm內(nèi)區(qū)域清理干凈。
3.2.5 通過滲透探傷方式，對(duì)坡口及其周圍20mm內(nèi)無裂紋缺陷進(jìn)行檢測(cè)。
3.2.6 通過火焰預(yù)熱的方式，坡口及其附近150mm內(nèi)的實(shí)際溫度應(yīng)該達(dá)到250℃～350℃，運(yùn)用石棉等進(jìn)行包扎。通過接觸式測(cè)溫儀或者遠(yuǎn)紅外測(cè)溫儀進(jìn)行測(cè)溫。
3.2.7 對(duì)貫穿性缺陷，一般采用雙面焊接，當(dāng)不能進(jìn)行雙面焊接時(shí)，可采用加可去除襯板的方式補(bǔ)焊。
3.2.8 焊工與焊接操作人員應(yīng)按照DL/T679的規(guī)定參加焊工技術(shù)考核，取得焊工合格證，并符合此次焊接工作的適用范圍。焊接開始之前技術(shù)人員要進(jìn)行詳細(xì)技術(shù)交底。
3.2.9 用Φ3.2mm ENiCrFe-3型號(hào)焊條進(jìn)行打底，保證熔合良好，焊接電流盡量較小，電流應(yīng)該小于110A，降低母材稀釋。采用連續(xù)焊進(jìn)行焊接，后焊道應(yīng)該先焊1/3焊道，打底層需要全面覆蓋坡口面。
3.2.10 焊完打底層后，馬上用石棉布進(jìn)行保溫緩冷，達(dá)到室溫后再實(shí)施宏觀檢查，一旦發(fā)現(xiàn)裂紋，需要全部清除裂紋，然后按上述步驟對(duì)焊接敷焊層進(jìn)行預(yù)熱，等到合格后再作正式焊接。
3.2.11 正式焊接在室溫下進(jìn)行，在整個(gè)焊接過程中，必須保證基體金屬溫度低于100℃。
3.2.12 通過多層多道焊的方式，不擺動(dòng)焊條，對(duì)長(zhǎng)焊道應(yīng)用分段焊方式。
3.2.13 收弧時(shí)應(yīng)該填滿弧坑，焊后馬上錘擊。在錘擊時(shí)應(yīng)該先對(duì)中部進(jìn)行錘擊，后對(duì)焊道兩側(cè)進(jìn)行錘擊。錘痕緊湊整齊，避免重復(fù)。
3.2.14 焊后對(duì)修復(fù)區(qū)域進(jìn)行350℃消氫處理，保溫1～2h。
3.2.15 用機(jī)械方法加工焊縫表面與母材圓滑過渡。
3.3 焊接質(zhì)量檢測(cè)
根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)堵閥閥體挖補(bǔ)區(qū)域進(jìn)行100%外觀檢查、100%滲透探傷等，保證挖補(bǔ)區(qū)域焊縫滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。如檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)缺陷，應(yīng)對(duì)焊口重新挖補(bǔ)，同一位置返修次數(shù)不應(yīng)超過2次。
4 結(jié)語
電站閥體鑄鋼件缺陷在線補(bǔ)焊是一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)、節(jié)能的現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)技術(shù)。采用鎳基焊條異質(zhì)冷補(bǔ)焊的工藝方法，對(duì)ZG15Cr1Mo1V材料制造的應(yīng)用鍋爐的高溫再熱器上的堵閥實(shí)施局部裂紋的焊接修復(fù)，具有良好效果，可以滿足機(jī)組實(shí)際使用要求，從而確保了電力設(shè)備安全、可靠和穩(wěn)定的運(yùn)行。
參考文獻(xiàn)
[1] 電站閥門技術(shù)條件（JB/T3595-93）[S].
[2] 汽輪機(jī)鑄鋼件補(bǔ)焊技術(shù)條件（DL/T753-2001）[S].
[3] 安志彤.ZG15Cr1Mo1V閥門鎳基焊條冷補(bǔ)修復(fù)[J].華北電力技術(shù)，2006，（12）.
[4] 萬軍.鎳及鎳基合金的焊接[J].鍋爐制造，2004，（3）.
作者簡(jiǎn)介：曾祥濤（1979-），男，內(nèi)蒙古京海煤矸石發(fā)電限責(zé)任公司金屬監(jiān)督專業(yè)工程師，研究方向：材料成型與控制工程。
摘要：文章針對(duì)電站閥體鑄鋼件易產(chǎn)生缺陷的問題，通過對(duì)鑄鋼的金屬學(xué)性能和熱加工性能的分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)大型鑄鋼件的實(shí)際情況，對(duì)大型鑄鋼件采用同性熱補(bǔ)的方法進(jìn)行修復(fù)和焊后熱處理，由于受到結(jié)構(gòu)、外形等因素的影響，實(shí)施困難且容易導(dǎo)致工件變形，基于此介紹了采用鎳基焊條異質(zhì)冷補(bǔ)焊對(duì)大型鑄鋼件進(jìn)行修復(fù)的焊接工藝方法。
關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床；鍋爐再熱器；堵閥異質(zhì)；冷焊焊接工藝；鑄鋼
中圖分類號(hào)：TK229 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）33-0080-02
1 概況
內(nèi)蒙古京海煤矸石發(fā)電有限責(zé)任公司鍋爐為東方鍋爐（集團(tuán)）股份有限公司生產(chǎn)的DG1177/17.4-II1型鍋爐，該爐為單汽包、自然循環(huán)、循環(huán)流化床燃燒方式。再熱器熱段管道堵閥，材質(zhì)為ZG15Cr1Mo1V。2013年5月，機(jī)組在檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)，爐左側(cè)再熱熱段管道堵閥閥體上存在長(zhǎng)150mm、深37mm的裂紋缺陷，這些缺陷的存在對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行帶來極大威脅，及時(shí)必要地修復(fù)這些缺陷，對(duì)保障機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義。
2 ZG15Cr1Mo1V鋼的性能
ZG15Cr1Mo1V鋼屬于珠光體類耐熱鋼，具有良好的力學(xué)性能和耐腐蝕性、熱強(qiáng)性和抗蠕變性，在530℃～650℃的高溫工況中能保持良好的機(jī)械性能。
表1 ZG15Cr1Mo1V常溫機(jī)械性能
Re/MPa Rm/MPa A/% Z/% AKV/J HB
≥343 ≥490 ≥14 ≥30 ≥29.4 140～201
ZG15Cr1Mo1V鋼的鑄造工藝性能較差，容易在鑄件的轉(zhuǎn)角等處出現(xiàn)裂紋等缺陷情況，在對(duì)冷卻速度進(jìn)行熱處理也是十分敏感的，在鑄件中容易出現(xiàn)不均勻的性能和組織，而電站用閥上面的閥蓋和閥體等鑄件通常具有較大的壁厚，所以高壓力或大口徑電站用閥相關(guān)的閥蓋和閥體的鑄件，極容易出現(xiàn)氣孔、裂紋和砂眼等缺陷。
ZG15Cr1Mo1V鋼焊接性能較差，因?yàn)槠浜休^好含量的合金以及較高含量的S、P等雜質(zhì)，容易出現(xiàn)裂紋，且可焊性較差，焊接難度較大。
表2 ZG15Cr1Mo1V化學(xué)成分
C Mn Si Cr Mo V S P
0.14～
0.20 0.40～
0.70 0.17～
0.37 1.20～
1.70 1.00～
1.20 0.20～
0.40 ≤0.03 ≤0.03
3 補(bǔ)焊工藝
再熱器堵閥ZG15Cr1Mo1V鋼補(bǔ)焊時(shí)，焊接熔池的溫度較高，容易燒損合金元素，在焊接熔池溫度變化梯度和快速冷卻速度較大的情況下，非常容易造成偏析，同時(shí)ZG15Cr1Mo1V鋼具有很好的淬透性以及較大的淬硬傾向，在冷卻焊接冷時(shí)，極容易在高溫的熱影響區(qū)和熔合區(qū)出現(xiàn)馬氏體等相關(guān)的硬脆組織，也可能出現(xiàn)裂紋，而焊后熱處理，主要是為了對(duì)焊接區(qū)的力學(xué)性能進(jìn)行調(diào)整以及防止出現(xiàn)焊接裂紋。所以ZG15Cr1Mo1V鋼閥體的補(bǔ)焊工藝與碳鋼和不銹鋼不同，從而盡量減少不利因素的影響。
由于此次再熱器堵閥閥體裂紋缺陷位置屬于閥體曲率類型的交變位置，存在著不均勻壁厚，在進(jìn)行制造時(shí)，非常容易出現(xiàn)性能和組織不均勻的情況，在該部位容易集中應(yīng)力，造成閥體部位薄弱，同時(shí)也給閥體裂紋補(bǔ)焊帶來難度，閥體裂紋的補(bǔ)焊方式，一般應(yīng)用同性熱補(bǔ)措施，但是現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施熱處理工藝比較困難，并且會(huì)造成工件變形。因此本次補(bǔ)焊采用ENiCrFe-3型鎳基焊條異質(zhì)冷焊的方法對(duì)再熱器熱段堵閥進(jìn)行修復(fù)。
ENiCrFe-3型鎳基焊接材料用于修復(fù)一些重要設(shè)備，特別是高溫條件下運(yùn)行的設(shè)備，其最大的特點(diǎn)就是可以有效地避免在高溫條件下出現(xiàn)“碳遷移”的情況，因?yàn)槠渑蛎浵禂?shù)非常趨向于ZG15Cr1Mo1V，可以有效地降低高溫條件下在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)界面疲勞現(xiàn)象的發(fā)生幾率。另外在焊接時(shí)，母材和焊縫金屬的結(jié)合，熔合線附近地方很難出現(xiàn)脆性馬氏體層。所以，鎳基焊縫具有極好的塑性，應(yīng)該運(yùn)用冷焊工藝，就不需要在焊后進(jìn)行熱處理，比較適合大型鑄件相關(guān)補(bǔ)焊工作。
3.1 清除損傷和缺陷
3.1.1 應(yīng)用機(jī)械方法，例如角磨機(jī)打磨。對(duì)機(jī)械損傷金屬部位和裂紋進(jìn)行清除，在打磨的過程中進(jìn)行觀察，通過滲透探傷來對(duì)裂紋進(jìn)行檢查，一直到全部消除裂紋。打磨平整突出部分，全部打磨去除存在的裂紋。通過PT滲透探傷進(jìn)行裂紋全部去除的判定。
3.1.2 按照DL/T753-2001《汽輪機(jī)鑄鋼件補(bǔ)焊技術(shù)條件》規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)要求，將打磨坡口確定為U型坡口，降低填充金屬使用量。打磨坡口兩端成圓滑過渡，實(shí)際坡口尺寸見圖1所示：
圖1 U型坡口示意圖
3.2 焊接修復(fù)工藝
3.2.1 焊接方法：電弧焊。
3.2.2 焊接特點(diǎn)：異質(zhì)冷焊。
3.2.3 焊材：ENiCrFe-3焊條（直徑Φ3.2mm焊條）。
3.2.4 通過350℃/2h將焊條烘干后，在焊條保溫筒內(nèi)防止焊條，還需要通電，并且隨用隨取。將焊絲表面的鐵銹和油污等污物清理干凈。通過丙酮或者無水酒精對(duì)坡口及其周圍20mm內(nèi)區(qū)域清理干凈。
3.2.5 通過滲透探傷方式，對(duì)坡口及其周圍20mm內(nèi)無裂紋缺陷進(jìn)行檢測(cè)。
3.2.6 通過火焰預(yù)熱的方式，坡口及其附近150mm內(nèi)的實(shí)際溫度應(yīng)該達(dá)到250℃～350℃，運(yùn)用石棉等進(jìn)行包扎。通過接觸式測(cè)溫儀或者遠(yuǎn)紅外測(cè)溫儀進(jìn)行測(cè)溫。
3.2.7 對(duì)貫穿性缺陷，一般采用雙面焊接，當(dāng)不能進(jìn)行雙面焊接時(shí)，可采用加可去除襯板的方式補(bǔ)焊。
3.2.8 焊工與焊接操作人員應(yīng)按照DL/T679的規(guī)定參加焊工技術(shù)考核，取得焊工合格證，并符合此次焊接工作的適用范圍。焊接開始之前技術(shù)人員要進(jìn)行詳細(xì)技術(shù)交底。
3.2.9 用Φ3.2mm ENiCrFe-3型號(hào)焊條進(jìn)行打底，保證熔合良好，焊接電流盡量較小，電流應(yīng)該小于110A，降低母材稀釋。采用連續(xù)焊進(jìn)行焊接，后焊道應(yīng)該先焊1/3焊道，打底層需要全面覆蓋坡口面。
3.2.10 焊完打底層后，馬上用石棉布進(jìn)行保溫緩冷，達(dá)到室溫后再實(shí)施宏觀檢查，一旦發(fā)現(xiàn)裂紋，需要全部清除裂紋，然后按上述步驟對(duì)焊接敷焊層進(jìn)行預(yù)熱，等到合格后再作正式焊接。
3.2.11 正式焊接在室溫下進(jìn)行，在整個(gè)焊接過程中，必須保證基體金屬溫度低于100℃。
3.2.12 通過多層多道焊的方式，不擺動(dòng)焊條，對(duì)長(zhǎng)焊道應(yīng)用分段焊方式。
3.2.13 收弧時(shí)應(yīng)該填滿弧坑，焊后馬上錘擊。在錘擊時(shí)應(yīng)該先對(duì)中部進(jìn)行錘擊，后對(duì)焊道兩側(cè)進(jìn)行錘擊。錘痕緊湊整齊，避免重復(fù)。
3.2.14 焊后對(duì)修復(fù)區(qū)域進(jìn)行350℃消氫處理，保溫1～2h。
3.2.15 用機(jī)械方法加工焊縫表面與母材圓滑過渡。
3.3 焊接質(zhì)量檢測(cè)
根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)堵閥閥體挖補(bǔ)區(qū)域進(jìn)行100%外觀檢查、100%滲透探傷等，保證挖補(bǔ)區(qū)域焊縫滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。如檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)缺陷，應(yīng)對(duì)焊口重新挖補(bǔ)，同一位置返修次數(shù)不應(yīng)超過2次。
4 結(jié)語
電站閥體鑄鋼件缺陷在線補(bǔ)焊是一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)、節(jié)能的現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)技術(shù)。采用鎳基焊條異質(zhì)冷補(bǔ)焊的工藝方法，對(duì)ZG15Cr1Mo1V材料制造的應(yīng)用鍋爐的高溫再熱器上的堵閥實(shí)施局部裂紋的焊接修復(fù)，具有良好效果，可以滿足機(jī)組實(shí)際使用要求，從而確保了電力設(shè)備安全、可靠和穩(wěn)定的運(yùn)行。
參考文獻(xiàn)
[1] 電站閥門技術(shù)條件（JB/T3595-93）[S].
[2] 汽輪機(jī)鑄鋼件補(bǔ)焊技術(shù)條件（DL/T753-2001）[S].
[3] 安志彤.ZG15Cr1Mo1V閥門鎳基焊條冷補(bǔ)修復(fù)[J].華北電力技術(shù)，2006，（12）.
[4] 萬軍.鎳及鎳基合金的焊接[J].鍋爐制造，2004，（3）.
作者簡(jiǎn)介：曾祥濤（1979-），男，內(nèi)蒙古京海煤矸石發(fā)電限責(zé)任公司金屬監(jiān)督專業(yè)工程師，研究方向：材料成型與控制工程。
摘要：文章針對(duì)電站閥體鑄鋼件易產(chǎn)生缺陷的問題，通過對(duì)鑄鋼的金屬學(xué)性能和熱加工性能的分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)大型鑄鋼件的實(shí)際情況，對(duì)大型鑄鋼件采用同性熱補(bǔ)的方法進(jìn)行修復(fù)和焊后熱處理，由于受到結(jié)構(gòu)、外形等因素的影響，實(shí)施困難且容易導(dǎo)致工件變形，基于此介紹了采用鎳基焊條異質(zhì)冷補(bǔ)焊對(duì)大型鑄鋼件進(jìn)行修復(fù)的焊接工藝方法。
關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床；鍋爐再熱器；堵閥異質(zhì)；冷焊焊接工藝；鑄鋼
中圖分類號(hào)：TK229 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）33-0080-02
1 概況
內(nèi)蒙古京海煤矸石發(fā)電有限責(zé)任公司鍋爐為東方鍋爐（集團(tuán)）股份有限公司生產(chǎn)的DG1177/17.4-II1型鍋爐，該爐為單汽包、自然循環(huán)、循環(huán)流化床燃燒方式。再熱器熱段管道堵閥，材質(zhì)為ZG15Cr1Mo1V。2013年5月，機(jī)組在檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)，爐左側(cè)再熱熱段管道堵閥閥體上存在長(zhǎng)150mm、深37mm的裂紋缺陷，這些缺陷的存在對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行帶來極大威脅，及時(shí)必要地修復(fù)這些缺陷，對(duì)保障機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義。
2 ZG15Cr1Mo1V鋼的性能
ZG15Cr1Mo1V鋼屬于珠光體類耐熱鋼，具有良好的力學(xué)性能和耐腐蝕性、熱強(qiáng)性和抗蠕變性，在530℃～650℃的高溫工況中能保持良好的機(jī)械性能。
表1 ZG15Cr1Mo1V常溫機(jī)械性能
Re/MPa Rm/MPa A/% Z/% AKV/J HB
≥343 ≥490 ≥14 ≥30 ≥29.4 140～201
ZG15Cr1Mo1V鋼的鑄造工藝性能較差，容易在鑄件的轉(zhuǎn)角等處出現(xiàn)裂紋等缺陷情況，在對(duì)冷卻速度進(jìn)行熱處理也是十分敏感的，在鑄件中容易出現(xiàn)不均勻的性能和組織，而電站用閥上面的閥蓋和閥體等鑄件通常具有較大的壁厚，所以高壓力或大口徑電站用閥相關(guān)的閥蓋和閥體的鑄件，極容易出現(xiàn)氣孔、裂紋和砂眼等缺陷。
ZG15Cr1Mo1V鋼焊接性能較差，因?yàn)槠浜休^好含量的合金以及較高含量的S、P等雜質(zhì)，容易出現(xiàn)裂紋，且可焊性較差，焊接難度較大。
表2 ZG15Cr1Mo1V化學(xué)成分
C Mn Si Cr Mo V S P
0.14～
0.20 0.40～
0.70 0.17～
0.37 1.20～
1.70 1.00～
1.20 0.20～
0.40 ≤0.03 ≤0.03
3 補(bǔ)焊工藝
再熱器堵閥ZG15Cr1Mo1V鋼補(bǔ)焊時(shí)，焊接熔池的溫度較高，容易燒損合金元素，在焊接熔池溫度變化梯度和快速冷卻速度較大的情況下，非常容易造成偏析，同時(shí)ZG15Cr1Mo1V鋼具有很好的淬透性以及較大的淬硬傾向，在冷卻焊接冷時(shí)，極容易在高溫的熱影響區(qū)和熔合區(qū)出現(xiàn)馬氏體等相關(guān)的硬脆組織，也可能出現(xiàn)裂紋，而焊后熱處理，主要是為了對(duì)焊接區(qū)的力學(xué)性能進(jìn)行調(diào)整以及防止出現(xiàn)焊接裂紋。所以ZG15Cr1Mo1V鋼閥體的補(bǔ)焊工藝與碳鋼和不銹鋼不同，從而盡量減少不利因素的影響。
由于此次再熱器堵閥閥體裂紋缺陷位置屬于閥體曲率類型的交變位置，存在著不均勻壁厚，在進(jìn)行制造時(shí)，非常容易出現(xiàn)性能和組織不均勻的情況，在該部位容易集中應(yīng)力，造成閥體部位薄弱，同時(shí)也給閥體裂紋補(bǔ)焊帶來難度，閥體裂紋的補(bǔ)焊方式，一般應(yīng)用同性熱補(bǔ)措施，但是現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施熱處理工藝比較困難，并且會(huì)造成工件變形。因此本次補(bǔ)焊采用ENiCrFe-3型鎳基焊條異質(zhì)冷焊的方法對(duì)再熱器熱段堵閥進(jìn)行修復(fù)。
ENiCrFe-3型鎳基焊接材料用于修復(fù)一些重要設(shè)備，特別是高溫條件下運(yùn)行的設(shè)備，其最大的特點(diǎn)就是可以有效地避免在高溫條件下出現(xiàn)“碳遷移”的情況，因?yàn)槠渑蛎浵禂?shù)非常趨向于ZG15Cr1Mo1V，可以有效地降低高溫條件下在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)界面疲勞現(xiàn)象的發(fā)生幾率。另外在焊接時(shí)，母材和焊縫金屬的結(jié)合，熔合線附近地方很難出現(xiàn)脆性馬氏體層。所以，鎳基焊縫具有極好的塑性，應(yīng)該運(yùn)用冷焊工藝，就不需要在焊后進(jìn)行熱處理，比較適合大型鑄件相關(guān)補(bǔ)焊工作。
3.1 清除損傷和缺陷
3.1.1 應(yīng)用機(jī)械方法，例如角磨機(jī)打磨。對(duì)機(jī)械損傷金屬部位和裂紋進(jìn)行清除，在打磨的過程中進(jìn)行觀察，通過滲透探傷來對(duì)裂紋進(jìn)行檢查，一直到全部消除裂紋。打磨平整突出部分，全部打磨去除存在的裂紋。通過PT滲透探傷進(jìn)行裂紋全部去除的判定。
3.1.2 按照DL/T753-2001《汽輪機(jī)鑄鋼件補(bǔ)焊技術(shù)條件》規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)要求，將打磨坡口確定為U型坡口，降低填充金屬使用量。打磨坡口兩端成圓滑過渡，實(shí)際坡口尺寸見圖1所示：
圖1 U型坡口示意圖
3.2 焊接修復(fù)工藝
3.2.1 焊接方法：電弧焊。
3.2.2 焊接特點(diǎn)：異質(zhì)冷焊。
3.2.3 焊材：ENiCrFe-3焊條（直徑Φ3.2mm焊條）。
3.2.4 通過350℃/2h將焊條烘干后，在焊條保溫筒內(nèi)防止焊條，還需要通電，并且隨用隨取。將焊絲表面的鐵銹和油污等污物清理干凈。通過丙酮或者無水酒精對(duì)坡口及其周圍20mm內(nèi)區(qū)域清理干凈。
3.2.5 通過滲透探傷方式，對(duì)坡口及其周圍20mm內(nèi)無裂紋缺陷進(jìn)行檢測(cè)。
3.2.6 通過火焰預(yù)熱的方式，坡口及其附近150mm內(nèi)的實(shí)際溫度應(yīng)該達(dá)到250℃～350℃，運(yùn)用石棉等進(jìn)行包扎。通過接觸式測(cè)溫儀或者遠(yuǎn)紅外測(cè)溫儀進(jìn)行測(cè)溫。
3.2.7 對(duì)貫穿性缺陷，一般采用雙面焊接，當(dāng)不能進(jìn)行雙面焊接時(shí)，可采用加可去除襯板的方式補(bǔ)焊。
3.2.8 焊工與焊接操作人員應(yīng)按照DL/T679的規(guī)定參加焊工技術(shù)考核，取得焊工合格證，并符合此次焊接工作的適用范圍。焊接開始之前技術(shù)人員要進(jìn)行詳細(xì)技術(shù)交底。
3.2.9 用Φ3.2mm ENiCrFe-3型號(hào)焊條進(jìn)行打底，保證熔合良好，焊接電流盡量較小，電流應(yīng)該小于110A，降低母材稀釋。采用連續(xù)焊進(jìn)行焊接，后焊道應(yīng)該先焊1/3焊道，打底層需要全面覆蓋坡口面。
3.2.10 焊完打底層后，馬上用石棉布進(jìn)行保溫緩冷，達(dá)到室溫后再實(shí)施宏觀檢查，一旦發(fā)現(xiàn)裂紋，需要全部清除裂紋，然后按上述步驟對(duì)焊接敷焊層進(jìn)行預(yù)熱，等到合格后再作正式焊接。
3.2.11 正式焊接在室溫下進(jìn)行，在整個(gè)焊接過程中，必須保證基體金屬溫度低于100℃。
3.2.12 通過多層多道焊的方式，不擺動(dòng)焊條，對(duì)長(zhǎng)焊道應(yīng)用分段焊方式。
3.2.13 收弧時(shí)應(yīng)該填滿弧坑，焊后馬上錘擊。在錘擊時(shí)應(yīng)該先對(duì)中部進(jìn)行錘擊，后對(duì)焊道兩側(cè)進(jìn)行錘擊。錘痕緊湊整齊，避免重復(fù)。
3.2.14 焊后對(duì)修復(fù)區(qū)域進(jìn)行350℃消氫處理，保溫1～2h。
3.2.15 用機(jī)械方法加工焊縫表面與母材圓滑過渡。
3.3 焊接質(zhì)量檢測(cè)
根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)堵閥閥體挖補(bǔ)區(qū)域進(jìn)行100%外觀檢查、100%滲透探傷等，保證挖補(bǔ)區(qū)域焊縫滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。如檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)缺陷，應(yīng)對(duì)焊口重新挖補(bǔ)，同一位置返修次數(shù)不應(yīng)超過2次。
4 結(jié)語
電站閥體鑄鋼件缺陷在線補(bǔ)焊是一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)、節(jié)能的現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)技術(shù)。采用鎳基焊條異質(zhì)冷補(bǔ)焊的工藝方法，對(duì)ZG15Cr1Mo1V材料制造的應(yīng)用鍋爐的高溫再熱器上的堵閥實(shí)施局部裂紋的焊接修復(fù)，具有良好效果，可以滿足機(jī)組實(shí)際使用要求，從而確保了電力設(shè)備安全、可靠和穩(wěn)定的運(yùn)行。
參考文獻(xiàn)
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作者簡(jiǎn)介：曾祥濤（1979-），男，內(nèi)蒙古京海煤矸石發(fā)電限責(zé)任公司金屬監(jiān)督專業(yè)工程師，研究方向：材料成型與控制工程。
