高温高压缸裂纹的焊接修复方法
    

山东交通职业学院    宋金虎

摘    要:汽轮机高压缸在工作过程中有时会产生裂纹,若裂纹得不到及时有效的处理;或者处理方法不得当,处理后又产生裂纹,将严重影响机组的安全运行。本文主要介绍汽轮机高温高压缸体裂纹缺陷的焊接修复方法。

关键词:高温高压;缸体裂纹;焊接修复

 

汽轮机高压缸裂纹的产生原因是复杂的,一是存在易于产生裂纹的薄弱环节,如铸造缺陷、脆性大的区域等;二是应力较大,包括铸造应力、热应力、机械应力等。在汽缸上出现裂纹后,应及时补焊进行修复,否则在裂纹的两端将引起很大的应力集中, 极易使裂纹继续扩展,影响机组的安全运行。

1    汽缸材料焊接性分析

        汽轮机高压缸材料多为ZGl5Crl-Mo1V,这种材料导热系数小,刚度大, 补焊区残余应力大。焊接区域相对整个汽缸的体积较小,补焊时焊缝金属在焊接热循环的作用下,应力无法释放,因此在焊缝区形成并聚集较大的焊接残余应力。特别是当裂纹位于汽缸截面重心的两侧时,补焊对应力影响较大,从焊接工艺方面应着重考虑减小应力的方法。

2    焊接修复工艺

2.1    裂纹深度的确定

        结合现场实际情况,对裂纹深度的测定用钻孔法。首先用平钻(孔径选Ф10mm) 在裂纹的中心位置用逐步深入的方法钻一个Ф10mm孔,利用充足的照明对裂纹进行观察。第一次钻10mm深停止,检查仍有裂纹时,再钻深度5mm停止,再检查,如还有裂纹,继续深钻,但每次钻进深度不得超过5mm,直至检查无裂纹为止。

       在钻孔过程中,如果裂纹太深,Ф10mm孔不易观察裂纹情况,钻头直径可以换大一些,但直径最大不得超过15mm,以避免底部的焊道过大。

2.2    缺陷的清除

       在原始裂纹缺陷周围50mm范围内,不允许有铸造缺陷,若存在此类缺陷须扩大挖补范围以消除该铸造缺陷。

        缺陷清除之前使用Ф7.5mm钻头, 在裂纹尖端前约5mm处打止裂孔,止裂孔深度为钻头直径的3~5倍。

        用角磨机或风铲等机械方法消除缺陷,并用渗透探伤方法给予确认。

2.3    坡口形状尺寸及其加工

        坡口及其周围100mm范围内表面打磨出金属光泽,并不得有水分、油和锈迹等污物。

        开坡口前,先在裂纹两端钻止裂孔,孔径为Ф10~12mm,选Ф10mm,深度深于裂纹3~5mm。

        坡口按裂纹走向开设,坡口形状不应有急剧变化,以减小填充金属量和焊接应力。坡口型式设计如附图所示,坡口形状为U型,α为10°~15°, R为5~7mm ,L>0.5H。

 裂纹深度≤25mm时,可采用角向磨光机加工。

2.4    焊接材料的选用

        ZGl5CrlMolV补焊区过渡层采用Ф3.2mm的Ni317焊条,其余焊道选用耐高温不锈钢焊条A407,规格为Ф3.2 mm、Ф4.0mm。

        采用Ni317镍基焊条施焊过渡层可防止母材ZGl5CrlMolV珠光体耐热钢合金元素对不锈钢焊条A407焊缝金属的合金稀释作用,避免在焊缝中产生马氏体淬硬组织,影响接头质量。同时可防止靠近熔合区的珠光体耐热钢母材一侧由于碳扩散的原因而形成脱碳软化层及在奥氏体焊缝一侧产生增碳硬化层。

2.5    焊前预热

        ZGl5Cr1MolV补焊时,缸体刚性大,应力较大,采用氧乙炔中性火焰局部预热,温度为60~100℃,层间温度不高于100℃。加热范围大于被焊区四周约100mm,火焰焰心距离工件10mm以上,加热要均匀,焊炬不得停留。

2.6    焊接规范

        补焊焊接电流见附表。

   焊前Ni317焊条在150~200℃下烘焙1h,A407焊条在250℃下烘焙1h,并放入焊条保温桶,随用随取。

2.7    焊接操作要点

2.7.1    ZGl5CrlMolV补焊采用低温预热, 沿整个坡口表面用高镍奥氏体焊材施焊过渡层,其厚度为3.5mm,然后再用耐高温奥氏体焊条(A407)在室温下补焊的方法施焊填充层。

2.7.2    过渡层选用熔敷金属含Ni高于60%的Ni317Ф3.2mm焊条,该焊条韧性、塑性较好,可有效地防止裂纹的产生和补焊金属层的剥离。

2.7.3    在保证焊透的前提下,尽量选用小的焊接电流,以减小母材对焊缝的稀释。焊接时采用断续焊,后焊道压先焊焊道,将坡口全部覆盖一层。

2.7.4    过渡层焊完后,不打熔渣,立即用石棉布覆盖保温缓冷,冷至室温后去除熔渣进行宏观检查,如发现裂纹,应将裂纹全部消除,重新按上述步骤焊接过渡层,直至合格后再焊填充层。

2.7.5    填充焊在低温预热60~100℃下进行,采用Ф3.2mm、Ф4.0mm的A407 焊条,焊接过程中,基体金属温度不允许高于100℃。

2.7.6    为减少变形和应力,采用多层多道焊,分段退焊等方法,后焊道应覆盖前一焊道的40%~50%,焊道长度不宜超过50mm。收弧时应待弧坑填满后熄弧。

2.7.7    补焊区每层施焊完成后应清渣, 并用10倍放大镜检查表面缺陷,确认无缺陷后继续施焊下一层。

2.7.8    焊接完毕,用角磨机等打磨焊缝表面与母材平齐。

 

3    质量检验

3.1   余高部分采用角向磨光机加工并与工件基体平齐(高0.5mm),钳工精修磨、研磨。

3.2   选用磁粉或着色探伤进行检验,确认有无裂纹。

3.3   测量汽缸变形。

        ①测量部位:汽缸轴向和径向的线变形测点均不得少于两点,水平结合面变形测点,纵向每侧不应少于3点, 横向前、中、后各部位均不应少于两点。

        ②汽缸变形的测量方法:水平结合面的角变形可用大平尺测量,轴向和径向的变形可用内径千分尺或样棒与塞尺测量。 

4    结束语

        针对高压缸外表面裂纹缺陷,采用低温预热,堆焊镍基金属饰面过渡层及填充异质不锈钢焊材电弧冷焊工艺获得了良好的焊修结果。

摘自《现代焊接》杂志2011年第四期

 
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    收录时间:2015年11月25日 02:42:59 来源:中国焊接资讯网 作者:匿名
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