水電鑄鋼件下環缺陷控制及處理要點

賈東鵬

摘要：介紹水電鑄鋼件下環缺陷控制及處理要點。下環是用在水電站轉輪上的不銹鋼鑄件，此類鑄件主要以裂紋﹑夾雜﹑氣孔缺陷為主，我公司根據實際情況在造型時嚴格控制排氣、合理設置澆注系統，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，充分消除焊接應力，優化焊縫及熱影響區的金相組織，避免焊接裂紋、氣孔、夾雜缺陷的產生。

關鍵詞：下環;夾雜、氣孔、裂紋缺陷;焊后回火;消除應力

水電站的核心部件由上冠、下環、葉片焊接而成，全部采用不銹鋼材料制作。其中下環是重要核心部件之一。近期，我公司承制了國內某大型水電站轉輪的下環部件的制造，材質選用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，極易出現裂紋﹑夾雜﹑氣孔等鑄造缺陷。該產品要求進行超聲波探傷和磁粉探傷，對其內在質量要求極高，因此該鑄件的鑄造難度極大。我公司根據該產品的特性，合理地選擇造型工藝，以及補焊材料和補焊方案，順利完成了下環缺陷的修復補焊工作。

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，結構特殊，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氣量大，氣體侵入到產品近表面，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，夾在產品內部，形成夾雜類缺陷。

該產品分為兩次加工，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，導致半精加工探傷時存在表面缺陷。

2 缺陷預防措施

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，降低鋼水對砂型的沖擊，避免砂子沖刷進鑄件，保證鑄件內部質量。

3 清除缺陷方法及注意事項

根據缺陷情況采用鏟挖、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，并清除補焊區域及局部預熱部位周圍50mm范圍內油污、水、鐵銹等雜質，對待補焊部位進行MT探傷或者滲透探傷，確認缺陷完全被清除后方可進行補焊。

4 補焊前準備

焊前預熱采用局部預熱，無論缺陷有多大，缺陷處每邊的預熱范圍的寬度應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，鑄件預熱區的溫度不得低于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，烘干后的焊條應該放在100-150℃保溫桶內，隨用隨取，使用時注意保持干燥。

5 補焊技術要求

缺陷的補焊應在鑄鋼件消除鑄造應力以后進行。焊接在條件許可的情況下，應連續進行，若不能連續進行，需進行保溫措施，再次補焊時應達到表1的預熱溫度要求。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力。補焊時應控制好線能量，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鏟適度錘擊去除焊接應力，每次排除應力不少于1分鐘，并認真清理渣殼及飛濺物，若發現裂紋、未熔合、夾渣、氣孔等影響質量的缺陷時，應采取措施清除缺陷，并檢查合格后再繼續補焊。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為參考的焊接規范。

6 焊后去應力熱處理

缺陷補焊完成后如不能及時進行去應力回火，需要加熱到350℃進行消氫處理之后緩冷并馬上進行去應力回火。焊后熱處理可以采用電熱毯局部去應力回火或入爐去應力回火，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，根據下環探傷技術標準進行UT、MT探傷檢查，如果存在超標缺陷，繼續按照上述要求進行修復。探傷合格后對補焊區域進行硬度測試，本體補焊區硬度要求≦315HB。

8 結論

通過加強造型、清理生產過程中的質量管控，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，達到了補焊技術要求，保證了產品補焊質量，最終確保產品按客戶要求順利發出。