大型耐热铸钢件冷焊修复工艺探讨

摘要：针对大坝电厂汽轮机顶盖主汽门大型耐热铸钢件出现的裂纹，传统焊接方法会造成焊缝金属稀释母材合金元素，导致焊缝及热影响区抗高温氧化性差，难以得到预期目的。经过多次试验，总结出采用镍基焊条焊接隔离层、用奥氏体焊条填充和盖面的冷焊方法，有效的避免了母材金属铬钼元素的稀释，保证了焊缝金属的抗高温氧化性，保障机组 快速恢复运行。

关键词：汽轮机；耐热钢；铸钢件；合金元素；焊接；稀释

中图分类号：TG457 文献识别码：A 文章编号：1001-828X（2015）017-000-01

引言

大坝电厂汽轮机顶盖主汽门为铬―钼耐热铸钢件ZG20CrMoV。此类材质的设备发生裂纹、磨损等缺陷时，一般采用焊接的方法对其进行修复。但由于此类耐热钢的CE（IIW）0.57 ～0.81，易产生冷裂纹，可焊性差。修复方式有热焊和冷焊两种方法。但有时限于设备形状尺寸和现场条件，很难对设备进行整体的预热和热处理，局部的加热不可避免地会产生附加应力，造成局部的应力集中。而采用冷焊修复大型耐热钢铸钢件不但避免以上问题，还能节省大量的人力物力和检修时间。

冷焊方法是采用奥氏体焊条进行焊接。首先在焊接敷焊层前应对整个焊接区域预热150～200℃，在基体金属的表面焊接敷焊层，作为珠光体的基体金属和奥氏体的熔焊金属过渡层，焊后立即保温缓冷；通常，正式焊接是在室温下进行的，要注意整个基体金属的温度不能高于60℃，焊接时采用多层多道方法。这种方法的最大优势在于焊接工艺比较简单，焊接对条件的要求不高。

下面具体介绍冷焊在主汽门裂纹和汽轮机隔板磨损的焊接修复中的应用例子，并且根据存在的问题，提出改进冷焊工艺的对策。

一、焊接性分析

1.裂纹情况。大坝电厂在一次大修时，发现主汽门在门体上出现裂纹，裂纹从法兰面开始向下沿伸，呈“人”字形分布。长度l、宽度w及深度h如图1所示。由于新阀门的制造需要相当长的时间，为保证检修工期，决定对阀门进行焊接修复。

2.工艺分析。ZG20CrMoV是一种热强性较好的低合金耐热钢，Cr、Mo、V合金元素可以强化铁素体基体，有效的提高了该钢的热强性，可以在530左右长期工作。但对加热温度和冷却速度较敏感，焊接性较差，焊接不当会导致热影响区产生裂纹。

ZG20CrMoV钢补焊区过渡层由于存在钢材再热裂纹的敏感性较强等问题，选用了镍基焊接材料Ni317焊条，其余焊道选用不锈钢焊条A407。

采用Ni317镍基焊条施焊过渡层，可防止母材ZG20CrMoV珠光体耐热钢中的合金元素对25-20型奥氏体不锈钢A407焊缝金属合金的稀释作用，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C扩散的原因而形成脱C软化层及在奥氏体焊缝一侧产生增C硬化层。

二、焊前准备

1.材料准备。主汽门的材质为ZG20CrMoV。门体的厚度为160mm左右，打磨至裂纹根部，坡口成U型。清除坡口两侧20mm范围内的氧化皮及杂质，至露出金属光泽。

过渡层：φ3.2mm的Ni317焊条，使用前在150～200℃下烘焙1h，然后放入焊条保温筒内，随用随取。

其余焊层：φ3.2，φ4.0mm的A407焊条，使用前在250℃下烘焙1h，然后放入焊条保温筒内，随用随取。

2.设备及工器具准备。角向磨光机、电动磨头、氧气、乙炔、手锤、扁铲、石棉布、保温桶。

三、焊接过程及操作注意事项

焊接时要注意焊接工艺规范，尽量降低熔合比，焊接时用小直径的焊条，在小电流高压情况下迅速焊接，并控制好层间温度，合理安排焊接顺利，从而最大限度的避免焊接变形问题。

1.过渡层焊接，焊前局部预热200℃，采用氧乙炔火焰局部加热焊接区域周围150mm；选用烘焙好的φ3.2mm的Ni317焊条，焊接电流为85 ～95A，沿整个坡口表面施焊高Ni过渡层，焊接时选用连续焊，防止预热温度降低。

2.焊接完过渡层后，不直接清楚熔渣，而是要快速用石棉布覆盖，直到达到室温后再清除熔渣，这时候目视详细检查，发现裂纹应及时处理，再按照上述步骤重复焊接。

3.填充层焊接需要在温度低于60℃的室温下进行，为了减少焊接时出现变形与应力，应采用多层多道焊接方法，后焊焊道要要覆盖先先焊焊道，覆盖达到1/3，对于比较长的焊道可以分段进行焊接。

4.施焊过程中应尽量减少焊条摆动，以加强熔池保护。

5.焊接时焊完一段焊缝，应停止移动焊条，等弧坑添满后熄弧。焊接中，每条焊道焊接完后应立即清渣，尽量避免焊接变形。然后在目视情况下缺陷，再进行急需焊接，如果有缺陷应进行补救。

6.填充层选用3.2或4.0mm焊条，焊接电流在保证焊接的条件下应尽量小。

7.施焊完毕，用角向磨光机打磨焊缝表面，直至与母材平齐。

四、焊后检验和效果

1.焊后目测及5～10倍放大镜检测焊缝表面，确认无焊接缺陷，进行无损检测。

2.焊后24小时要注意检查，对焊缝及焊接热影响区进行着色探伤检验，检验分阶段性进行，在焊接完成1/4、1/2、3/4和全部焊接完等环节进行检验，检查结果应为一次性合格，如果出现缺陷应及时处理。

3.对焊接热影响区进行硬度检验，母材硬度均值HB166，焊缝硬度均值HB175。

机组启动后已经正常运行一年，未发现异常情况，说明本焊接修复方案是可行的。

五、结语

1.用纯镍过渡层+奥氏体焊接材料对此类铬―钼耐热钢结构件进行冷焊修复，能最大限度的避免出现稀释现象，确保焊缝金属的抗高温氧化性及各项力学性能，避免出现焊接变形与应力问题，同时冷焊焊接工艺简单，对工作环境要求不高。

2.采用冷焊方式修复的电站耐热钢结构件运行正常，能大大降低成本，这是一种值得推广的修复技术。

参考文献：

[1]徐佩兰，石学军.焊工操作技巧与禁意[M].机械工业出版社，2008.

[2]李荣雪.金属材料焊接工艺[M].机械工业出版社，2009.

[3]郭延秋.金属与焊接分册[M].2003.

作者简介：张清林（1977C），大学本科，宁夏工商职业技术学院，副教授，高级工程师。