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1、火电机组大型铸锻件缺陷检查及处理经验介绍,2015 年 07 月,国网湖南省电力公司科学研究院金属室,彭碧草,火电厂金属技术监督培训班,主要内容：,1、汽缸裂纹补焊 2、主汽门裂纹修复 3、汽轮机低压缸结合面补焊 4、高压阀门门柄堆焊 5、汽轮机叶片的焊接,汽缸裂纹补焊,汽轮机高压缸体是在高温高压条件下工作的，一般材质为ZG20CrMoV或ZG15Cr1MoV的铸件，均属于珠光体耐热钢。裂纹的存在有巨大的危险性，因此必须立即处理。一、汽缸材料焊接性分析 1.焊后汽缸体的变形ZG20CrMoV或ZG15Cr1MoV钢的导热系数小，热膨胀系数大。在焊接的热循环作用下，会造成较大的变形和应力。引起汽
2、缸变形的原因是预热、焊接和焊后热处理对汽缸不均匀的加热。焊接引起的变形是无法避免的，只能在焊接工艺方面采用适当措施加以控制。 2.脆裂ZG20CrMoVe或ZG15Cr1MoV钢的可焊性较差，焊后易在焊缝和近缝区形成塑性差的组织，结构的刚性较大，如果工艺上不注意，就可能在焊后发生脆裂。,汽缸裂纹补焊,二、对裂纹区的表面进行宏观检查为了把缸体裂纹的数量、长度、始点、重点全面检查清楚，应将裂纹周围至少100mm范围内全部打磨，用含15%的硝酸、85%的酒精溶液对表面进行腐蚀后，用低倍放大镜进行宏观检查，将全部裂纹进行标记，在裂纹的始点和重点各钻一个810mm的止裂孔。其深度应大于裂纹的深度，以防止
3、挖铲裂纹时在外力作用下导致裂纹扩大。 三、焊前准备 1.铲除裂纹 （1）用角向磨光机将裂纹磨掉； （2）用风动工具将裂纹挖掉； （3）用碳弧气刨把裂纹刨掉； 2.焊接坡口的制作在挖裂纹时就要考虑坡口的形状大小，既要挖掉裂纹又要保证最小的坡口，无尖角、死角，有利于施焊，必要时用电磨头修理。 3.焊剂的选用选用满足焊接要求的焊接,汽缸裂纹补焊,4.焊工选择具有高压焊工资格证且经验丰富的焊工担任此项工作。 5.焊接材料的选择ZG20CrMo、ZG15Cr1MoV钢碳当量在0.45%以上，焊接性较差，同时缸体刚度大，补焊时需要较高的预热温度，焊后需进行高温回火热处理，使补焊工艺受到限制。缸体上下结合面
4、的精度要求很高（不得超过0.5mm），补焊时的焊接变形量很难控制。焊缝必须具有一定的抗热疲劳性能、抗氧化性和热稳定性，这也是难以兼顾的问题。汽缸裂纹补焊目前一般采用冷焊法和热焊法两种补焊工艺：冷焊法焊接材料选择奥氏体不锈钢焊条或镍基焊条，热焊法焊接材料选择与缸体化学成分相近的珠光体耐热钢焊条。,汽缸裂纹补焊,四、焊接工艺 （一）冷焊法 1.工艺特点应用奥氏体不锈钢焊条或镍基焊条补焊时，焊缝金属在焊接热循环的作用下不发生相变，其塑性较好，焊接过程不需要预热和焊后热处理。施焊工艺简单，使缸体不受强烈的热胀作用，对减小变形和降低应力是有利的。这类焊条抗裂性能较好，熔敷金属对氢的溶解度较高，不致产生冷
5、裂纹。但是，由于不预热，在近缝区不可避免的产生淬硬组织，而且奥氏体金属与缸体金属的线膨胀系数相差较大，加之缸体本身的冷态刚性，会造成过大的焊接残余应力；同时缸体长期高温运行后，奥氏体焊缝与缸体母材的交界处具有异种钢的焊接特点碳迁移，母材脱碳形成粗大的铁素体，焊缝产生脆性相，可能导致运行后的裂纹，所以奥氏体焊条宜用于运行温度较低，应力水平较小部位的小裂纹的补焊上。 2.工艺措施奥氏体钢焊条补焊宜选用15-35、16-25、25-20等高镍焊条，现在补焊区坡口上堆焊隔离层，后用18-8型奥氏体焊条填满补焊区。隔离层最少焊两层，后敷的焊道应压敷前一焊道宽度的1/41/3。,汽缸裂纹补焊,3.操作技术
6、 （1）在保证熔化良好的条件下尽量选用小线能量焊接； （2）每次可焊半根焊条待到冷却到用手摸不烫手后再焊； （3）焊条不做横向摆动，每焊一段应锤击消除应力； （4）每一层应焊成中间凹两侧高，使每层冷却时有一个弹性的伸展面； （5）大于100mm长的裂纹，焊缝应采用逆向分段焊，后敷的焊道应压敷前一焊道宽度的1/41/3； （6）起头和收弧要错开，避免重合在一起，表面不可高于母材。 4.焊后检验焊后将焊缝表面进行打磨，进行表面宏观检查和缸体变形测量，焊缝不出现任何裂纹，缸体变形量小于0.5mm，即可认为合格。 例：某电厂凝汽式汽轮机组高压缸内壁上发现深20mm、长120mm的裂纹，应用此方案处理，
7、运行至今效果良好。,汽缸裂纹补焊,（二）热焊法 1.工艺特点应用耐热钢焊条时，必须对焊件进行焊前预热和焊后热处理，这样使的工艺复杂化。但如果工艺处理得当，既可防止缸体变形，又可得到与母材成分、力学性能相同、组织稳定的焊缝。这种补焊的效果是很理想的。因此在热处理许可的情况下尽量选用耐热钢焊条补焊。 2.工艺措施（1）预热。预热需考虑对变形的影响，就加热方法而言，庞大的缸体宜于应用感应法，中频感应法比工频效果更为理想。由于感应法的均温性能好，缸体在加热工程中应力小，有利于变形的控制。加热温度不宜太高，也不宜过低。过高时，容易引起缸体的变形。过低时会产生淬硬组织。一般经验为200350，补焊时应使缸
8、体始终保持这一焊接温度。感应法加热线圈需视缸体形状和补焊位置均匀对称绕制。焊补区两侧线圈的匝数一般相等，加热范围不小于500600mm。（2）操作要领。补焊操作时不拆除预热线圈，当预热规范达到技术要求后，仅需将石棉层掀开，露出补焊区开始施焊，选用小的焊接电流进行多层多道焊，先敷焊坡口边缘焊道后敷焊中间焊道。如补焊区为长条槽型，焊接时，可以横向往复运条；当补焊区为方槽型时，上下相邻焊层施焊方向相互垂直。每焊完一道，需用钢丝刷认真清理熔渣。,汽缸裂纹补焊,（3）为降低补焊区的收缩应力，改善焊道金属组织，宜配合锤击和跟踪回火工艺，并且这两个工序与补焊衔接紧凑。即每施焊一段，随时锤击焊缝，紧跟回火处理
9、。锤击时所用的锤头宽度为10mm，而且半径为1.52mm的圆弧锤痕应密集排列，避免麻痕重复和跳跃。跟踪回火宜采用中号焊嘴的中性焰，其焰芯对准焊缝中心，以横向摆动手法缓慢前移，回火时间约为焊接时间的22.5倍，回火温度以焊缝表面呈亮红色为宜。补焊操作完毕，用石棉布将焊缝补焊区盖严垫好，复原感应线圈，进行脱氢处理。3.焊后质量检查焊后将表面磨平，进行表面宏观检查，不出现任何裂纹，缸体变形量小于0.5mm，即可认为合格。,主汽门裂纹修复,某电厂凝汽式汽轮机，该机主汽门在大修中发现门体内壁裂纹10余条，最长约500mm（如图所示）；下汽室内壁发现4条裂纹，其中门座周围3条，主汽温度插座周围1条，长度为
10、100200mm，主汽门材质为ZG20CrMoV。大修时采用Ni307B焊条对较长的一条裂纹进行了补焊，并网发电后发现门体螺栓漏气，停机检查发现垂直补焊区又出现一条裂纹，长约230mm（如图所示），与螺栓孔裂通，利用停机对该主汽门进行彻底修复。,主汽门上汽室缺陷及补焊位置示意图,主汽门裂纹修复,一、修复技术分析主汽门门体形状复杂，壁厚很厚且不均匀（45240mm），裂纹深而长，并有多处沙包，挖补缺陷要解决厚大耐热钢复杂结构焊接应力、变形和裂纹问题。应用正常的工艺无法处理下汽室缺陷，只能将下汽室剖开，将下汽室剖开还需解决下汽室剖开及组合的变形问题。主汽门门体重达7t，没有现成热处理炉来进行预热及
11、热处理，需要设计和选择加热器并合理布置，因此将主汽门倒置并以内外加热方式，以解决热处理温度的均匀问题。 二、修复前的准备 1.制作加热器根据主汽门内部形状设计并制作适当功率的内加热器，布置合适的履带和绳状加热器。 2.门体解剖前准备门体解剖前需在门体外壁垂直切割线对称四个方向划线、冲孔、做标记；备用4块500mm以上槽钢并按切割线近区门体外壁形状加工成相同型线，以备回装固定找正用。联系修配3.5m立车床，做好专用车刀架，以备解剖门体使用。,主汽门裂纹修复,3.门体解剖门体解剖部位加工区域仅80mm，所以切削位置要接近出汽圆滑过渡部位，以使与门座相接的阀壳多留一些尺寸。车削保留1015mm的厚度
12、，在坡口中间车0.5mm的中心线，用火焰切割沿中心线将门体切开；门体解剖后修磨坡口，保留3mm的钝边、圆角R5。解剖部位直径828mm，厚度为80120mm，如下图所示。,主汽门门体解剖示意图,主汽门裂纹修复,4.门体检查对门体内壁打磨，进行宏观检查及渗透和超声波探伤方法进行检查，重点检查内壁铸造圆角和结合面螺栓孔及门座附近区域，标记需要处理的缺陷的位置。 5.缺陷挖补对检查出的缺陷进行打磨消除，小裂纹磨掉即可，不用补焊。大裂纹进行打磨并加工坡口，在保证焊接质量和操作方便的前提下尽量减小坡口角度，对较深的缺陷采用U型坡口，坡口表面平整外形不急剧变化，不存在尖角。仔细检查坡口表面，确认无缺陷后方
13、可施焊。补焊焊缝也要彻底清除，重新补焊，清除上汽室内壁两条最严重的补焊焊缝，加工后的坡口尺寸为：横坡口长为550mm、宽为55mm、深为45mm；纵坡口长为325mm、宽为140mm、深为140mm。下汽室内壁私聊裂纹，长为80400mm、深为515mm。,主汽门裂纹修复,三、焊接工艺措施 1.裂纹补焊 （1）将上下门体分别放置适当位置并垫好，放置时应注意不应使门体因自重或加热灯原因而产生变形。 （2）预热时采用绳状加热器或履带加热器对门体进行预热，将焊接区周围150mm内升温至300350。 （3）焊接时采用R317L、3.2mm的焊条，焊条使用前按说明书要求进行烘干，装入保温桶，随用随取。
14、采用直流反接，小电流，多层多道焊的方法对裂纹进行补焊。对裂纹深度超过40mm的先补焊坡口深度的一半，进行一次脱氢处理，然后将裂纹全部补焊完，进行保温冷却。 2.门体对口焊接 （1）裂纹补焊完冷却后将门体倒立，按原标记组队，点焊槽钢对焊好进行固定。 （2）预热时将内加热器置于门体内，门体外布置履带加热器或绳状加热器，用保温材料包好，保温材料不小于60mm厚，加热温度为300350。 （3）焊接时根层用氩弧焊打底，氩弧焊丝用TIG-R31、2.5mm，使用前用砂纸清理干净，填充层用R317L、3.2mm和4.0mm焊条。焊缝焊到坡口深度的一半时停下来。,主汽门裂纹修复,（4）第一次热处理时焊缝焊到
15、坡口深度的一半时对门体采用内外加热进行一次整体热处理。热处理时先布置热电偶，再布置内置加热器，将门体倒置，布置外加热器、热电偶，按设计曲线控温。 （5）热处理后对焊缝进行第二次焊接时，使用R317L、4.0mm焊条，将焊缝全部填满后进行第二次热处理。 （6）热处理温度控制：300以下时，升温速度小于70/h；300710时，升温速度小于30/h；710时恒温8h。降温控制：710300时，降温速度小于30/h；300以下时，停电保温缓冷，不控制。由于采用了内置加热器及对门体内外壁同时加热，内外温差小于50。热处理曲线如下图所示。,主汽门热处理曲线图,主汽门裂纹修复,四、焊后检验 （1）门体表面
16、检查。门体不允许有裂纹缺陷，非加工面上允许存在的缺陷：单个缺陷面积不大于0.5mm2；每100cm2平面上不多于2个。整个平面上缺陷面积的总和不超过该平面总面积的1%，两个缺陷间的距离不得小于缺陷最大直径的6倍。 （2）门体硬度检测 硬度值HB=130201之间。门体结合面、密封面经气密性检查及门体变形检查合格。 （3）焊缝检验按厚壁管焊接有关标准检验。 （4）焊后需要对门口结合面、门座密封面进行气密性检查或打压试验。,汽轮机低压缸结合面补焊,汽轮机低压缸长期运行会出现结合面裂纹或磨损的现象，汽轮机低压缸结合面一般材质为铸铁，在大修时可以对其进行焊接修复。 一、焊接性分析汽轮机低压缸结合面一般
17、是铸铁，再出现裂纹或磨损时可用手工电弧焊方法进行补焊。补焊铸铁时，一般选用铸铁焊条。但由于有的设备受环境、条件、工件尺寸的影响，补焊要求不高时也可采用J507及镍基焊条进行补焊。 二、焊前准备 1.裂纹检查检查裂纹长度，为防止裂纹扩展，应在离裂纹端部510mm处钻止裂孔，止裂孔直径为58mm。 2.选择焊接设备选择特性良好的逆变焊机。 3.坡口制备根据裂纹走向和深度，用角向磨光机将裂纹磨掉，并打磨坡口，坡口要求圆滑，无尖角。在能保证质量的前提下，尽量减小坡口的角度，并仔细清理缺陷附近的铁锈、油污等杂物。 4.选择焊接材料选用J5072.5mm、Z3082.5mm，使用前进行300350烘干，分别装入保温筒，随用随取。,
