高压柱塞泵体的焊接修复

摘 要 高压柱塞泵为石油开采主要设备之一，其承受压力高，致使其无法连续正常工作。因柱塞泵整体更换需要时间较长，无法满足生产要求，最终决定采用焊接修复加工成型的方法解决。

关键词：高压柱塞泵体；焊接；修复工艺

前 言

高压柱塞泵为石油开采主要设备之一，其承受压力高，10～20MPa，使用清水或回注污水，工况较差，柱塞泵在长期运行过程中发现在柱塞孔周围产生穿透性裂纹，裂纹深度9～11mm，长度60mm，致使其无法连续正常工作。因柱塞泵整体更换需要时间较长，无法满足生产要求，最终决定采用焊接修复加工成型的方法解决。

1. 焊接性及工艺性分析

高压柱塞泵体为42CrMo材质，调制状态。其碳当量Ceg=0.79左右，属于高强度、淬透性大、焊后极易淬火的钢种。其焊接性差，冷裂倾向非常严重，焊接中控制输入的线能量、层间温度及氢含量将是主要问题。

由于柱塞泵泵体体积较大，局部预热无法满足焊前要求，因而采用加热炉中焊前整体预热，手工电弧焊焊补和焊后热处理的方法。在焊接材料的选择上，由于腔体三通处承受高压冲击载荷，焊接修复必须考虑等强原则，因而采用塑性较好，抗拉强度高的J857Cr焊条。由于泵体碳当量较高，冷裂倾向大，施焊过程中必须严格控制母材的预热及焊条的烘干，采用低线能量输入以减少热影响区软化，以及焊后及时热处理，减少焊缝冷裂倾向。

2. 焊前准备

2.1.首先对泵体整体进行退火处理。退火处理方法：以80℃/h～120℃/h的速度升温至860℃，保温5h，然后以50℃/h～80℃/h的速度冷却至460℃，半开炉门炉冷，待温度降至60℃时出炉。

2.2.用镗床将柱塞孔边缘周围的穿透性裂纹给予清楚，沿裂纹方向加工成U形坡口。

2.3.工件出炉后，立即使用钢丝刷清理坡口及边缘，清理氧化皮及其他杂物。

3. 焊接工艺

3.1.焊条选用抗裂性较好的低氢型焊条J857Cr，焊条焊前经350℃～400℃烘焙1h，然后放于150℃保温箱中恒温保存，随取随用。采用直流反接。

3.2.打底焊及第二层焊道采用Φ3.2mm的焊条，焊接电流为110～120A，焊接速度2mm/s，焊道应与坡口充分融合，焊缝表面不允许存在裂纹、气孔和夹渣等缺陷，并用钢丝刷清理，只至露出金属光泽，再焊下一层。

3.3.其他各层均采用Ф4.0mm焊条，焊接电流为140～150A，快速焊，小幅摆动。焊接时，层间温度不得低于300℃。

3.4.为了减少焊接残余应力，每层焊完后用小锤锤击焊道，由中心向四周进行锤击，锤击点要密，以释放焊接应力。

3.5.焊接结束或中断时，收弧要慢，弧坑要填满，以防止热裂纹的产生。

4. 焊后处理

4.1.工件焊后立即入炉缓慢升温至600℃～650℃保温2h，然后随炉缓冷至室温，经去应力退火后的工件，防止了裂纹的产生，又降低了焊缝及周围的硬度，便于机械加工。

4.2.用镗床对柱塞孔进行粗镗、精镗，加工掉焊缝余高。

4.3.对柱塞孔进行研磨，使表面平整、光洁、三通处圆滑过渡，以减少应力集中。

4.4.泵体经退火处理后表面硬度达不到原有泵体硬度，因而需将泵体进行860℃油淬，然后再将泵体进行200℃的低温回火。这样既可得到较大的表面硬度又可相应的消除应力集中。

4.5.最后进行抛丸处理以消除应力集中，防止应力裂纹的产生。

5. 焊后检查及结果

5.1.焊后按图纸机械加工后，经表面磁粉及超声探伤，未发现任何裂纹、气孔等缺陷，符合标准，说明修复方案可行 。

5.2.实践证明，对于大中型设备中裂纹修复，只要采用合理的焊条，小电流，低线能量及焊后热处理措施并进行严格的工艺控制，是一种非常有效的修复工艺。不仅为使用单位保证了大修工期，解决了生产急需，节约了资金，同时也为同类设备的修复积累了经验。