火力发电厂主汽联合调节阀裂纹修复研究

2020-01-03柴玉成严金虎杨占君郑准备

电焊机 2019年12期

关键词：施焊补焊珠光体

柴玉成，严金虎，杨占君，郑准备，张骏

（1.中国大唐集团科学技术研究院有限公司西北电力试验研究院，陕西西安710021；2.大唐渭河热电厂，陕西咸阳712085）

0 前言

大唐渭河热电厂2号机组汽轮机是哈尔滨汽轮机厂有限公司制造的N300/C250－16.7/537/537型300 MW亚临界、一次中间再热、单轴、双缸双排汽、单抽供热凝汽式汽轮机，主汽门前蒸汽压力17.5 MPa，蒸汽温度537℃。

2018年9月，在该机组首次A修过程中发现右侧材质为ZG15Cr2Mo1-Ⅱ主汽联合调节阀阀座存在一处长约140 mm、深40 mm裂纹。考虑到经济性及机组的安全运行，决定采用挖补方式处理有缺陷的阀门。

1 ZG15Cr2Mo1焊接性分析

ZG15Cr2Mo1属于2.25Cr-Mo铁素体、珠光体热强铸钢，综合性能及工艺性能良好，主要用于工作温度不超过570℃的汽轮机缸体、阀壳等[1]。ZG15Cr2Mo1是通过Cr及Mo固溶强化的热强钢，Ceq高达1.37%[2]。根据CCT曲线可知，ZG15Cr2Mo1脆硬倾向较大，当焊后冷却速度较大时极易产生冷裂纹，尤其是焊件厚度超过50 mm时，焊接区将处于三向应力状态，加之焊缝中氢的影响，裂纹问题更为明显[2]。同时ZG15Cr2Mo1具有一定的再热裂纹倾向，这是焊后热处理的二次析出形成的密集金属碳化物沉淀造成的[2]。通过焊前预热、控制层间温度，低的线能量和减小焊接过热区宽度，可有效控制再热裂纹倾向[2]。

2 焊接方法的选择

根据铸件的组织及结构，铸件补焊一般分为热补焊、同质冷补焊和异质冷补焊。从热力学及冶金角度讲，热补焊和同质冷补焊工艺较为理想；但从焊接工艺、预热和热处理等条件考虑，该方法存在不利因素——工件变形难以控制，且劳动条件差，现场不宜采用[3]。异质冷补焊主要采用铁基奥氏体钢焊条或镍基焊条进行补焊，焊后焊缝组织为奥氏体，其焊接热循环过程中不发生相变，理论上奥氏体焊缝可不进行焊前预热及焊后热处理，因此可简化焊接工艺，减小焊接过程的热作用范围，使工件的变形量减小，降低残余应力。同时奥氏体组织塑性较好，对氢的溶解度较大，具有很好的抗裂性能。因此，异质冷补焊具有工作量小、工件变形小、可操作性强、不需要热处理等优点。

然而，当采用铁基奥氏体钢焊条补焊时，由于奥氏体与珠光体线膨胀系数相差较大，容易在焊后冷却及机组启停过程中形成应力集中，且焊接过程中珠光体的稀释导致奥氏体形成元素含量下降，不可避免地会在焊缝熔合线附近形成低塑性带，降低焊接接头韧性。当采用镍基焊条补焊时，由于镍基焊条线膨胀系数与珠光体钢相近，且镍的增加使奥氏体稳定性较好，可更好地弥补铁基奥氏体焊条的不足。本次修复采用镍基焊条进行冷补焊，由于裂纹较深，采用手工焊打底及填充盖面。

3 焊前准备

3.1 材质复核

焊接修复选用规格φ3.2 mm的ENiCrFe-2（GB/T13814-1992）焊条，为指导焊接工作、防止焊材错用，正式施焊前对阀体母材及焊材熔敷金属进行材质复核。为避免试板母材稀释对熔敷金属成分影响，必须在试板上堆焊3层以上再进行材质复核，结果如表1所示，满足相关标准要求[4-5]。

表1 材质复核结果 %

3.2 消缺及坡口修磨

使用电动角磨机对裂纹部位进行消缺处理，待缺陷肉眼不可见后对消缺部位进行渗透检测，以确保裂纹彻底消除。缺陷消除后使用电动角磨机修磨待补焊部位，使其呈U型坡口，打磨表面即周边30～50 mm范围内呈金属光泽，U型坡口根部应圆滑过渡，不允许存在尖角等应力集中部位。坡口修磨完成后进行渗透检测，以确保无裂纹等缺陷存在。

3.3 焊接材料准备

焊条入场前均验收合格，焊条使用前在300～350℃环境中烘干2 h，烘干后焊条置于100～150℃保温桶中以备焊接过程随取随用。

图1 消缺及坡口修磨

4 焊接过程控制

4.1 焊前预热

阀体采用烤把局部预热，预热范围为待焊补部位及周边100 mm范围内。采用远红外测温仪测量预热温度，预热温度100～150℃。

4.2 焊接

阀体修复焊接工艺规范如表2所示。选用ZX7系列焊机，待预热至100～150℃后采用焊条电弧焊进行打底焊，厚度3～5 mm，打底焊时尽量选用较小的焊接电流，以减少母材稀释。打底焊完成后立即用石棉布保温缓冷，至室温后清渣进行宏观检查，若发现缺陷及时处理，然后采用同种镍基焊条在室温下进行填充及盖面。为减少变形和应力，采用多层多道焊连续施焊方法，焊条不摆动，每道焊道的单层厚度约为所用焊条直径，后焊道压先焊道的1/3。焊接速度70～160 mm/min。