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)問題，對保障電廠長期安全運(yùn)行具有十分重要意義。同時在電廠安裝過程中，也經(jīng)常碰到管道附件(如蠕脹測點(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，焊接時間短，成本低，節(jié)約檢修時間，提高經(jīng)濟(jì)效益。

　　關(guān)鍵詞：中級機(jī)械工程師論文,補(bǔ)焊工藝,過渡層,缺陷,檢驗

　　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，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法保證。如汽輪機(jī)高壓外缸、高壓自動主汽門等耐熱鋼鑄件補(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，但焊接時存在以下問題。

　　1.熱應(yīng)力問題

　　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，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，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題

　　用奧氏體不銹鋼補(bǔ)焊珠剛體耐熱鋼時，由于珠剛體耐熱鋼合金成分含量低，對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，流動性較差，液態(tài)停留時間較短，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)形成一個合金元素濃度高的過渡層。過渡層內(nèi)會出現(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)的不均勻性問題

　　焊縫和母材由于合金成分相差較大，焊接時熔合區(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，但在長時間的高溫作用下，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)不會生成脆性過渡層，不會出現(xiàn)脆性馬氏體組織;碳遷移問題能被鎳有效抑制，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要比鐵基焊縫需要更多的時間，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。

　　國外電站對奧氏體鋼與鐵素體鋼焊接接頭容易發(fā)生早期失效問題，一些研究機(jī)構(gòu)分別研究了以奧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。通過對這種異種鋼失效接頭統(tǒng)計表明，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，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，沒有焊后熱處理時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。

　　在電廠安裝過程中，常出現(xiàn)管道蠕脹測點(diǎn)等現(xiàn)場安裝焊接。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，應(yīng)先查明裂紋的始末端，用著色試驗和磁粉探傷檢查裂紋的長度及其末端，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，在垂直平面內(nèi)開成不對稱形的坡口，要求上坡口大，下坡口小。其他焊接位置應(yīng)開成V形或U形坡口，盡量不在仰焊位置補(bǔ)焊。

　　(3)開坡口時，用φ10mm-φ18mm不等直徑的2-3個鉆頭，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，確認(rèn)無裂紋后方可補(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)或其它電動工具將缺陷清除即可，經(jīng)磁粉探傷或著色檢驗后再焊接。

　　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

　　(1)采用多層多道、短弧焊接，先焊兩側(cè)后焊中間，施焊過程中焊條不做橫向擺動，以加強(qiáng)熔池保護(hù)，收弧時必須填滿弧坑，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100度，接頭錯開，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，對于大面積缺陷修復(fù)，如鑄缸開裂等現(xiàn)象，可以先用高鎳基合金焊條進(jìn)行過渡層堆焊，焊完冷卻后進(jìn)行表面滲透檢驗，無缺陷后再用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渡，以減少應(yīng)力集中，并經(jīng)無損檢驗合格。(5)機(jī)組運(yùn)行后，平時如有檢修的機(jī)會或小修、大修時，均應(yīng)對補(bǔ)焊部位進(jìn)行檢查或檢驗。

　　四、結(jié)束語

　　筆者曾經(jīng)在200MW和300MW機(jī)組安裝、檢修中，經(jīng)歷過以上幾種補(bǔ)焊方法。如蠕脹測點(diǎn)安裝焊接;主汽門自動安全閥裂紋挖補(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，過程控制把關(guān)，即經(jīng)濟(jì)又能保證質(zhì)量。