中高压外缸裂纹修补工艺探讨.doc

高中压外缸裂纹修复工艺探讨 摘要：本文对汽轮机高中压缸缸体出现的裂纹及材质ZG15Cr2Mo1的焊接性进行了分析，针对材质、裂纹状态、外缸工作状态，选用适合的焊接材料加以补焊，满足其性能要求。通过制定严格焊接工艺措施，设计合理坡口形式，有效释放了应力，避免了焊接裂纹产生，顺利地完成了修复任务。 Abstract: The cracks which were existed on surface of the cylinder, component of the turbine block, and the welding characteristic of the material of ZG15Cr2Mo1, was analyzed in this article. The welding material was used for welding, according the material characteristic, cracks status, work status of the cylinder, to meet the performance requirements. The repair task was completed successfully through making a strict welding process, the design groove forms, an effective release of stress, avoiding weld cracks.关键词：，高中压外缸; ZG15Cr2Mo1; 焊接工艺; 裂纹Keywords: High pressure outside the cylinder; ZG15Cr2Mo1; welding process; cracks1 前言在工业生产过程中，按照各个部套在电厂运行时的工作状况我们将其分划为高压部套和低压部套。一般说来，高压缸在工作时承受535C和130大气压（或以上），目前生产的超临界和超超临界汽轮机甚至达到更高的参数，其工作条件相当恶劣。在运行过程中这些铸钢结构件，往往由于铸件和热处理存在的原始缺陷而导致裂纹，修复比较困难。如何采用正确有效的修复工艺措施，是确保得到理想修复质量的关键。2 裂纹情况2010年9月贵阳某电厂3号机高中压外缸发现裂纹。高中压外缸缸体材质ZG15Cr2Mo1。电厂反映的现场情况为：“B侧高中压外缸上半部检查，发现裂纹（不规整）长约400mm，宽30-40mm，经过打磨，裂纹最深处45mm， A侧高中压外缸上半部检查，发现裂纹（规整）长约300mm，宽5-8mm，经过打磨，裂纹最深处4-5mm。”3 焊接性分析3.1材料化学成分及机械性能根据相关技术手册，查到该高中压缸体材质ZG15Cr2Mo1化学成分及机械性能要求如表1和表2所示。表1 ZG15Cr2Mo1化学成分（）CSiMnSPCrMoNiCu其他0.180.60.4-0.70.030.032.02.750.9-1.20.03表2 ZG15Cr2Mo1机械性能项目s（N/mm2）b（N/mm2）（%）（%）HB要求值27548520351702203.2材料焊接性分析根据国际焊接学会（IIW）推荐的碳当量公式：Ceq=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15计算出其碳当量：Ceq（max） =0.18+0.7/6+(2.75+1.2+0)/5+(0.03+0.03)/15 =1.12%。从碳当量的计算结果可以看出，是焊接性较好的钢材碳当量(045)的2倍多。而且，根据其CCT曲线可知，这种钢具有较大的淬硬倾向，若焊后冷却速度稍高，极易产生冷裂纹。特别是工件厚度超过50mm，焊接区将出现三相应力状态，加之焊缝中氢对裂纹的影响，问题就显得更为严重。4 裂纹修复工艺措施4.1 焊接材料的选用按照焊接材料一般选用原则，所选用的焊接材料其熔敷金属的化学成分应与母材相同或接近，强度与母材相当。同时考虑到高中压外缸在工作时承受535C和130大气压（或以上），工作环境恶劣，裂纹深度大，修补位置板厚较大，产生应力较高，故应选用耐热型、塑性较高的焊条，因此我们选择ENiCrFe-3镍基合金低氢型焊条，该焊条广泛运用于焊接耐热、耐腐蚀要求的镍基合金。表3为ENiCrFe-3焊条熔敷金属化学成份，表4为ENiCrFe-3焊条熔敷金属机械性能，从表4可以看出ENiCrFe-3焊条熔敷金属机械性能与母材ZG15Cr2Mo1相当。表3 ENiCrFe-3熔敷金属化学成份（）NiCrFeMnSiCuPS 591317 0.1 10 1 1 0.5 0.015 0.015表4 ENiCrFe-3熔敷金属机械性能（常温、退火态）项目s（N/mm2）b（N/mm2）延伸率（%）HB最小值240 550 301954.2 焊前准备4.2.1 裂纹的去除与坡口的设计 裂纹的去除是裂纹修补成功的基础，如果裂纹去除不干净，留下隐患，将会导致继续再裂。由于ZG15Cr2Mo1淬硬倾向大，在裂纹清除裂纹时一般不使用大功率的碳弧气刨直接清除裂纹，一般浅表层裂纹可用角砂轮机进行打磨清除。如果遇到非浅表裂纹（裂纹深度较大），则需要进行整体或局部预热后，再进行碳弧气刨清理裂纹。此次高中压外缸出现的裂纹，我们采用的是角砂轮清理。补焊焊缝坡口尺寸设计应合理，否则会影响修补的质量。坡口过大使焊缝的填充金属增加，热输入量增加大，导致焊缝热影响区扩大，降低母材使用性能。坡口尺寸过小，电流过小时，不能保证焊缝与母材的充分熔化，同时影响焊接操作，产生熔化不良或坡口未熔等缺陷。为了能有效地控制焊接应力和变形，减少焊接工作量，节约工期，我们将坡口型式设计为U型，根部R10 mm，坡口内部圆滑过渡，应无尖角槽或棱角，坡口角度为20左右，坡口深度应以使裂纹全部清除为准。裂纹深度及坡口形式如图1、图2所示。 图1 裂纹深度 图2 坡口形式最后采用渗透探伤检查待焊接区域以确保缺陷已去除干净，以保证坡口中无裂纹存在。同时将坡口周围30 mm范围内打磨出金属光泽。4.2.2 焊前清理 先用钢丝刷清除坡口内部及附近的污物和锈迹，再用酒精或丙酮清洁焊补区及周围区域至少200mm的范围，去除油、脂、油漆等杂质。清洁的范围应足够大，避免焊接时有污染物流进焊缝，影响焊缝质量。焊前应做好对周围母材的保护工作，以免电弧灼伤周围母材。4.2.3 焊条准备 焊接材料采用ENiCrFe3型焊条，规格为2.5 mm和3.2 mm，焊接前进行150 、12 h烘干，现场焊接时将焊条放入保温筒内，随用随取。4.2.4 焊前预热 焊前预热应大于200，预热应均匀，测温位置离焊补区不少于75mm。边预热边用点温仪进行测量，预热后对待焊部位进行保温。 4.3 补焊 为了减少热输入量，减小热影响区，避免产生裂纹，在补焊时采用小规范逐层逐道焊接。首先使用2.5 mm焊条在焊缝根部上焊接1层，焊接电流7080 A，然后采用3.2 mm焊条焊接，焊接电流90100 A。焊接时使用短焊道，分段跳焊，焊接长度不超过30 mm，焊后立刻锤击焊道。焊接过程中，层间温度不得超过260，各层间仔细清渣，自检每层焊缝表面质量，不允许有气孔、夹渣、裂缝（弧坑裂缝）、未熔合等缺陷，一旦发现打磨去除后才能继续焊接。同时为了防止裂纹，有效消除焊接应力，在焊接过程中除打底层和盖面层外均要求进行锤击，锤击覆盖率不得低于75%。焊满焊补区，焊缝高度不得低于母材，并留有足够的修整余量。4.4 焊后热处理补焊后立即进行后热处理。用天然气火焰加热到400-450C，保温2小时去氢处理。然后用石棉布包覆缓慢冷却至室温。4.5 焊后检查结果修补缓冷至