铸造缺陷可以用焊接修复

01概述汽轮机是将蒸汽的动能转换为机械能的机械结构，中压外缸是汽轮机的关键部件之一，由于其质量较大，结构形状复杂，因此，中压外缸缸体通常以铸造为主，使用的材料为ZG15Cr1Mo1、ZG15Cr2Mo1等合金铸钢。我公司生产的35万kW火电汽轮机中压外缸缸体的铸造一般分二段进行，缸体铸件经粗加工或精加工后，经常发现在铸造缸体的上、下端面及外壁上有微裂纹、气孔、夹渣等铸造缺陷，严重影响铸件的产品质量和整个生产周期。若铸件缺陷不能得到及时焊接修复，势必会因铸造缺陷带来安全使用隐患。这一问题在国内普遍存在，应引起我们的足够重视。02ZG15Cr1Mo1合金铸钢焊接性分析根据EN10028-2（2003）国际标准推荐的耐热钢碳当量计算公式CEV=C+(Mn/6)+{(Cr+Mo+V)/5}+{(Ni+Cu)/15}，得出

ZG15Cr1Mo1

的碳当量CEV=0.77。据有关资料介绍，当钢材的CEV＞0.45时，表明钢材的淬硬倾向较大，在焊后拘束应力较大、冷却速度较快的条件下，容易产生焊接冷裂纹。因此，在铸件缺陷焊接修复时，需采取焊前预热、焊接过程中锤击焊缝、焊后局部后热处理以及工件整体退火热处理等工艺措施，以防止焊接冷裂纹的产生。同时还应采用较低的热输入，严格控制层间温度，防止晶粒长大，有效控制再热裂纹的产生。03ZG15Cr1Mo1铸钢化学成分分析，力学性能试验汽轮机中压外缸通常使用高温性能较好的ZG15Cr1Mo1或ZG15Cr2Mo1等合金铸钢材料，热处理状态为调质。我公司35万kW火电汽轮机中压外缸产品采用ZG15Cr1Mo1材料，它属于1.25%Cr-1%Mo型耐热铸钢，该钢种淬透性较好，热强性能高，根据公司内控标准TZL901.17－2002，进行ZG15Cr1Mo1（δ

=38mm）化学成分分析和力学性能试验，结果如表1所示：表1ZG15Cr1Mo1化学成分、力学性能由表1可见，ZG15Cr1Mo1铸件C、S、P有害元素控制较严，Cr、Mo元素含量偏限，可有效地确保钢材的热强性能。04焊接工艺方法确定国内对于汽轮机中压外缸铸件缺陷的焊接修复，通常采用焊条电弧焊工艺方法。考虑到汽轮机中压外缸为大型铸钢件结构，在铸造过程中容易产生一定的铸造缺陷，从确保铸件缺陷的焊接修复质量和提高生产效率角度考虑，决定选用药芯焊丝富氩混合气体保护焊工艺方法。05焊接材料的选择众所周知，选择耐热钢焊接材料应遵循与母材化学成分相匹配，同时兼顾力学性能的原则。ZG15Cr1Mo1材料为1.25%Cr-1%Mo型耐热钢，根据上述焊材选用原则，选择2.25%Cr-1%Mo型E621T1-B3M耐热钢药芯焊丝，经反复调研，结合以往的生产应用，决定采用天泰焊材（昆山）有限公司TWE-911B3M（φ1.2mm）耐热钢药芯焊丝，并按GB/T17493—2008《低合金钢药芯焊丝》标准，做了焊丝熔敷金属化学成分、力学性能试验，试验结果如表2所示。表2E621T1-B3M化学成分、熔敷金属力学性能从表2可明白看出，TWE-911B3M药芯焊丝熔敷金属化学成分、力学性能完全满足标准技术要求。06焊接修复工艺评定依照ASMEIX标准，在汽轮机中压外缸铸造缺陷焊接修复前，进行ZG15Cr1Mo1合金铸钢的焊接工艺评定，制定切实可行的焊接修复工艺措施及工艺规程，用于指导缸体缺陷的焊接修复。试验选用我公司按内控标准生产的

ZG15Cr1Mo1（δ

=38mm）材料，试板尺寸及接头形式如图1所示，焊接参数如表3所示。试板焊后经350℃×2h后热处理，然后进行680℃×8h退火热处理，如图2所示。接头力学性能试验列于表4中。图1

试板尺寸及接头形式示意表3

工艺评定焊接参数图2

试件焊后退火热处理曲线图表4

接头力学性能从表4可见，ZG15Cr1Mo1铸钢焊接接头抗拉强度达到母材技术标准要求，四件侧弯试样全部合格，表明焊缝致密性较好，焊缝内部质量优良。ZG15Cr1Mo1铸钢焊接接头力学性能试验获得令人满意的结果。07生产应用中压外缸是35万kW火电汽轮机的关键部件（见图3），该缸体外径为φ3436mm，内径为φ3296mm，δ=80mm。一般分上、下两部分铸造，上部毛坯重量为41t，下部毛坯重量为47t。在焊接工艺评定合格的条件下，制定了铸件的焊接修复工艺措施及工艺规程，用于指导缸体铸造缺陷的焊接修复。图3350MW汽轮机中压外缸

在铸件缺陷修复前，采用机械加工方法将缺陷清理干净，经表面着色探伤检查确定无缺陷后进行施焊，每焊完一道焊缝要及时快速锤击焊缝，改善应力分布状态，每片缺陷焊完后进行350℃×2h局部消氢处理。在焊接过程中，采用小热输入，进行多道多层焊，铸件缺陷全部焊接修复完成后，进行680℃×8h整体退火处理，铸件补焊区经外观和超声波探伤检查，结果全部达到产品技术要求。08结语依照ASMEIX

标准，对

ZG15Cr1Mo1

合金铸钢（δ

=38mm）V形坡口，采用TWE-911B