設(shè)備消缺是電廠安裝、運(yùn)行經(jīng)常遇到的工作，施工之前由于設(shè)備制造質(zhì)量差、運(yùn)輸及維護(hù)保管不良、電廠安裝或投產(chǎn)運(yùn)行后某些部件存在著種類不同的缺陷或泄露。修正這些缺陷，可以解決工程急需及備品供應(yīng)問(wèn)題，對(duì)保障電廠長(zhǎng)期安全運(yùn)行具有十分重要意義。同時(shí)在電廠安裝過(guò)程中，也經(jīng)常碰到管道附件(如蠕脹測(cè)點(diǎn))安裝，由于受客觀條件限制，不能進(jìn)行焊后熱處理。本文主要針對(duì)低合金耐熱鋼冷焊工藝在實(shí)際操作中的可行性進(jìn)行分析。

　　摘　要：采用高鎳基焊材補(bǔ)焊珠鋼體耐熱合金鋼工藝，由于可不做焊后熱處理，焊接時(shí)間短，成本低，節(jié)約檢修時(shí)間，提高經(jīng)濟(jì)效益。

　　關(guān)鍵詞：中級(jí)機(jī)械工程師論文,補(bǔ)焊工藝,過(guò)渡層,缺陷,檢驗(yàn)

　　一、低合金耐熱鑄鋼補(bǔ)焊工藝

　　(一)采用和母材同類型的珠光體焊條熱焊工藝

　　焊前預(yù)熱、焊后進(jìn)行高溫回火，焊接工藝比較復(fù)雜、焊接費(fèi)用高，且焊后容易產(chǎn)生變形。同時(shí)，由于可能受部件客觀條件限制，焊前預(yù)熱和后熱處理達(dá)不到工藝措施的要求，易造成坡口邊緣產(chǎn)生未熔合或冷裂紋缺陷，且焊后熱處理的組織也無(wú)法保證。如汽輪機(jī)高壓外缸、高壓自動(dòng)主汽門(mén)等耐熱鋼鑄件補(bǔ)焊、壓力容器補(bǔ)焊等。因此，此工藝現(xiàn)場(chǎng)不宜采用。

　　(二)用鐵基奧氏體不銹鋼焊條冷焊工藝

　　這種工藝焊接工期短，焊接成本低，但焊接時(shí)存在以下問(wèn)題。

　　1.熱應(yīng)力問(wèn)題

　　由于母材和填充金屬的線膨脹系數(shù)差異較大，它們所組成的焊接接頭會(huì)產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，可促使融合區(qū)缺陷的發(fā)展和聚集。焊接接頭冷卻收縮時(shí)，拘束應(yīng)力在脫碳層得到松弛，而在增碳層集中，形成應(yīng)力集中，在周期性加熱和冷卻條件下工作時(shí)，可能出現(xiàn)熔合區(qū)珠鋼體側(cè)熱疲勞裂紋。耐熱鋼在20～593℃平均線脹系數(shù)為 14.22(cm/cm/℃×10-4)，而鐵基奧氏體不銹鋼在20～593℃平均線脹系數(shù)為 18.70(cm/cm/℃×10-4)，隨著焊縫金屬線脹系數(shù)的降低，鐵素體/焊縫熔合線上的有效應(yīng)力呈線性減少。有資料研究表明，焊縫線脹系數(shù)以更接近低強(qiáng)母材些為最好。

　　2. 耐熱鋼合金成分含量問(wèn)題

　　用奧氏體不銹鋼補(bǔ)焊珠剛體耐熱鋼時(shí)，由于珠剛體耐熱鋼合金成分含量低，對(duì)焊縫金屬的成分有沖淡作用，焊縫的奧氏體形成元素不足，使焊縫中出現(xiàn)馬氏體組織，從而引起焊接接頭質(zhì)量惡化，甚至引起裂紋。另一方面，熔化的母材與填充金屬相互混合的程度在熔池內(nèi)部和邊緣并不相同，熔池邊緣液態(tài)金屬的溫度較低，流動(dòng)性較差，液態(tài)停留時(shí)間較短，受到機(jī)械力攪拌的作用也較弱。固熔化的母材和填充金屬不能充分的混合，在融合區(qū)形成一個(gè)合金元素濃度高的過(guò)渡層。過(guò)渡層內(nèi)會(huì)出現(xiàn)硬度很高的馬氏體組織，在焊接或使用中可能導(dǎo)致熔合區(qū)的破壞，降低焊接結(jié)構(gòu)的可靠性。

　　3. 碳濃度呈現(xiàn)的不均勻性問(wèn)題

　　焊縫和母材由于合金成分相差較大，焊接時(shí)熔合區(qū)合金元素要進(jìn)行再分配，特別是含有大的性能量的碳化物形成元素與碳的結(jié)合，導(dǎo)致碳的擴(kuò)散和遷移，結(jié)果碳的濃度呈現(xiàn)極大地不均勻性。通常在焊后冷卻條件下，碳來(lái)不及擴(kuò)散遷移，所以焊態(tài)焊縫熔合區(qū)的碳遷移是不明顯的，但在長(zhǎng)時(shí)間的高溫作用下，碳擴(kuò)散層明顯，含鉻量低的一側(cè)出現(xiàn)脫碳層，含鉻量高的一側(cè)出現(xiàn)增碳層，造成熔合區(qū)過(guò)早破壞。

　　綜上所述：筆者認(rèn)為，如果采用鐵基奧氏體不銹鋼焊條補(bǔ)焊工藝，最多只適用于小面積缺陷的補(bǔ)焊，或者盡可能不采用此工藝補(bǔ)焊。

　　(三)采用高鎳基焊條或者焊絲進(jìn)行補(bǔ)焊

　　其優(yōu)點(diǎn)為：焊后不需要熱處理，焊接時(shí)間短，成本低，尤其是電廠，能提前運(yùn)行，不影響生產(chǎn)、發(fā)電，經(jīng)濟(jì)效益明顯;鎳基合金在熔合區(qū)不會(huì)生成脆性過(guò)渡層，不會(huì)出現(xiàn)脆性馬氏體組織;碳遷移問(wèn)題能被鎳有效抑制，焊縫熔合區(qū)金相組織具有很好的穩(wěn)定性，高溫下具有很好的工作性能，在鎳基合金焊縫熔合區(qū)脫碳層中，由于聚集再結(jié)晶而引起的晶粒增長(zhǎng)要比鐵基焊縫需要更多的時(shí)間，早期失效概率比鐵基合金焊縫低10倍左右;高鎳基焊材的線脹系數(shù)與珠鋼體耐熱鋼接近，耐熱鋼在20～593℃平均線脹系數(shù)為 14.22(cm/cm/℃×10-4)，而鎳基焊縫金屬在20～593℃平均線脹系數(shù)為 15.12(cm/cm/℃×10-4)，這樣可以減少熔合區(qū)熱應(yīng)力和熱疲勞的不斷影響。

　　國(guó)外電站對(duì)奧氏體鋼與鐵素體鋼焊接接頭容易發(fā)生早期失效問(wèn)題，一些研究機(jī)構(gòu)分別研究了以?shī)W氏體鋼作為填充金屬接頭和用鎳基合金作為填充金屬接頭。通過(guò)對(duì)這種異種鋼失效接頭統(tǒng)計(jì)表明，用奧氏體填充金屬的接頭早期失效的概率比鎳基的高，前者在運(yùn)行104h 前就可能發(fā)生失效，運(yùn)行104h時(shí)，其失效的概率已經(jīng)達(dá)到≥1%。而鎳基填充金屬的接頭在運(yùn)行104h后的失效概率還很小，105 h后才達(dá)到≥1%的水平。所以，筆者認(rèn)為，在施工工期極短，沒(méi)有焊后熱處理時(shí)間的情況下或者由于有可能受部件客觀條件限制，焊前預(yù)熱和后熱處理達(dá)不到工藝措施的要求的情況下進(jìn)行工件局部補(bǔ)焊，完全可以采用高鎳基焊接材料進(jìn)行補(bǔ)焊，此工藝目前在國(guó)內(nèi)也是得到大家認(rèn)可的局部補(bǔ)焊工藝。

　　二、大管徑、厚壁管道缺陷補(bǔ)焊及附件安裝焊接工藝

　　火力發(fā)電廠常出現(xiàn)大管徑、厚壁管道在安裝、運(yùn)行或檢修過(guò)程中，此類管道表面被碰傷或發(fā)現(xiàn)其它小面積局部缺陷或泄露現(xiàn)象，根據(jù)電力安裝規(guī)程規(guī)范屬于超標(biāo)缺陷或影響電廠的正常運(yùn)行，要求進(jìn)行補(bǔ)焊，建議應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)。(1)如在安裝過(guò)程中發(fā)現(xiàn)此類缺陷，母材材質(zhì)為CrMoV或CrMo鋼材，應(yīng)盡量克服各種困難，采用和母材同類型的珠光體焊條熱焊工藝，焊前預(yù)熱、焊后進(jìn)行高溫回火，保證管道以后的安全運(yùn)行。如果母材材質(zhì)為普通碳鋼，根據(jù)電力規(guī)程規(guī)范需要焊后熱處理，而熱處理因特殊原因無(wú)法進(jìn)行，建議可考慮采用鎳基焊材進(jìn)行小面積局部補(bǔ)焊。(2)在電廠運(yùn)行、檢修過(guò)程中發(fā)現(xiàn)此類缺陷，考慮到提前生產(chǎn)發(fā)電需要，盡可能降低損失，提高經(jīng)濟(jì)效益。可采用高鎳基焊接材料進(jìn)行小面積局部補(bǔ)焊。

　　在電廠安裝過(guò)程中，常出現(xiàn)管道蠕脹測(cè)點(diǎn)等現(xiàn)場(chǎng)安裝焊接。如果采用和母材同類型的珠光體焊條熱焊工藝，焊前預(yù)熱、焊后進(jìn)行高溫回火，考慮到蠕脹測(cè)點(diǎn)螺絲絲扣容易因變形而損壞，影響安裝質(zhì)量，所以也可考慮采用鎳基焊絲進(jìn)行焊接，焊后不需要進(jìn)行高溫回火。

　　三、補(bǔ)焊工藝措施

　　(一)清除缺陷

　　1.裂紋缺陷清除與坡口制備

　　(1)挖除裂紋時(shí)，應(yīng)先查明裂紋的始末端，用著色試驗(yàn)和磁粉探傷檢查裂紋的長(zhǎng)度及其末端，確認(rèn)裂紋位置后，在裂紋的下尖端5-10mm處用鉆頭垂直于焊縫鉆止裂孔。

　　(2)根據(jù)裂紋的走向和焊接位置制備坡口。橫焊時(shí)，在垂直平面內(nèi)開(kāi)成不對(duì)稱形的坡口，要求上坡口大，下坡口小。其他焊接位置應(yīng)開(kāi)成V形或U形坡口，盡量不在仰焊位置補(bǔ)焊。

　　(3)開(kāi)坡口時(shí)，用φ10mm-φ18mm不等直徑的2-3個(gè)鉆頭，先小后大，以寶塔型沿裂紋鉆孔。若裂紋是穿透性的，則應(yīng)鉆至根部，注意留有鈍邊，以保證第一層補(bǔ)焊的質(zhì)量。

　　(4)采用角向磨光機(jī)機(jī)械法去除帶菱角部分的金屬，坡口底部轉(zhuǎn)角處應(yīng)盡量圓滑，坡口不得有急劇的凹凸不平和死角，打磨完坡口，經(jīng)磁粉探傷或著色檢驗(yàn)，確認(rèn)無(wú)裂紋后方可補(bǔ)焊。

　　(5)也可采用碳弧氣刨，但應(yīng)特別注意在刨除工作結(jié)束后，必須用電動(dòng)工具將淬硬層清除干凈后再進(jìn)行滲透探傷。

　　2. 清除工件表面凹坑等缺陷

　　用磨光機(jī)或其它電動(dòng)工具將缺陷清除即可，經(jīng)磁粉探傷或著色檢驗(yàn)后再焊接。

　　3.清理坡口

　　用丙酮將待焊部位及其周圍50mm范圍內(nèi)的油污清理干凈。

　　(二)焊前預(yù)熱

　　采用冷焊工藝焊前工件材質(zhì)應(yīng)在預(yù)熱150～200℃溫度下再焊接，可采用氧乙炔加熱方法，將坡口兩側(cè)各150mm范圍內(nèi)母材均勻加熱。

　　(三)應(yīng)注意事項(xiàng)

　　(1)采用多層多道、短弧焊接，先焊兩側(cè)后焊中間，施焊過(guò)程中焊條不做橫向擺動(dòng)，以加強(qiáng)熔池保護(hù)，收弧時(shí)必須填滿弧坑，以防止出現(xiàn)弧坑裂紋。(2)嚴(yán)禁隨意引燃電弧，控制層間溫度不超過(guò)100度，接頭錯(cuò)開(kāi)，每焊一道后立即進(jìn)行錘擊消除應(yīng)力，錘擊順序應(yīng)先錘擊焊道中部，后錘擊焊道兩側(cè)，錘痕盡量保持排列整齊，并避免在一處重復(fù)或有跳越現(xiàn)象。錘擊深度為0.3～0.6mm，可采用壓縮空氣，風(fēng)鎬進(jìn)行。(3)部件表面小面積局部缺陷可采用全氬弧焊接，對(duì)于大面積缺陷修復(fù)，如鑄缸開(kāi)裂等現(xiàn)象，可以先用高鎳基合金焊條進(jìn)行過(guò)渡層堆焊，焊完冷卻后進(jìn)行表面滲透檢驗(yàn)，無(wú)缺陷后再用A507焊條進(jìn)行坡口滿焊。這樣既可以保證焊接質(zhì)量，同時(shí)還可以節(jié)約成本。(4)焊完用石棉布進(jìn)行保溫緩冷，待冷卻至室溫后用磨光機(jī)將焊縫表面打磨圓滑過(guò)渡，以減少應(yīng)力集中，并經(jīng)無(wú)損檢驗(yàn)合格。(5)機(jī)組運(yùn)行后，平時(shí)如有檢修的機(jī)會(huì)或小修、大修時(shí)，均應(yīng)對(duì)補(bǔ)焊部位進(jìn)行檢查或檢驗(yàn)。

　　四、結(jié)束語(yǔ)

　　筆者曾經(jīng)在200MW和300MW機(jī)組安裝、檢修中，經(jīng)歷過(guò)以上幾種補(bǔ)焊方法。如蠕脹測(cè)點(diǎn)安裝焊接;主汽門(mén)自動(dòng)安全閥裂紋挖補(bǔ)焊接、T91管焊接等，機(jī)組運(yùn)行至今良好。并經(jīng)多次咨詢和技術(shù)資料論證，認(rèn)為采用高鎳基焊材補(bǔ)焊珠鋼體耐熱合金鋼，此工藝在特殊情況下是可行的。只要嚴(yán)格施工工序，過(guò)程控制把關(guān)，即經(jīng)濟(jì)又能保證質(zhì)量。