針對(duì)給水電動(dòng)閘閥閥體裂紋進(jìn)行了焊接性分析，從現(xiàn)場(chǎng)條件出發(fā)，利用可靠的補(bǔ)焊工藝成功補(bǔ)焊，為同類型部件的焊接提供了借鑒。

1、裂紋情況概述

　　某電廠鍋爐由國(guó)內(nèi)某鍋爐廠生產(chǎn)，型號(hào)為DG1023/18.2-Ⅱ10，最大連續(xù)蒸發(fā)量為1025t/h，于2001年3月投產(chǎn)。其給水電動(dòng)閘閥型號(hào)為Z962Y-32，公稱通徑DN =300mm；該閥門設(shè)計(jì)公稱壓力PN=32MPa，重量2901kg；傳動(dòng)方式為電動(dòng)式。1998年11月由國(guó)內(nèi)某鍋爐廠制造，材料為ZG230-450(鍋爐廠圖紙為WCB，為美國(guó)ASME牌號(hào)，材料級(jí)別相同)。閥體厚度為65～70mm。#10鍋爐在2009年5月鍋檢中檢查發(fā)現(xiàn)給水電動(dòng)閘閥閥體進(jìn)口端上部相貫線部位有裂紋，共有4處裂紋集中點(diǎn)，其裂紋打磨后尺寸最長(zhǎng)約110mm，最深約60mm。裂紋大小及走向如圖1、圖2所示。

圖1　閥體裂紋照片

圖2　打磨后外觀

2、裂紋原因分析

　　對(duì)給水電動(dòng)閘閥進(jìn)行金相檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)閥體組織存在不均勻的現(xiàn)象。圖3是閥體一處的金相照片，為粗大的珠光體+鐵素體，晶內(nèi)有較多的滑移線。圖4是閥體另一部位的金相照片，此處晶粒非常細(xì)小，為細(xì)粒狀珠光體+鐵素體。可見(jiàn)，2處晶粒大小相差非常大。因此，組織不均勻易造成性能不均勻。

圖3　電動(dòng)閥閥體一處的金相檢查照片

圖4　電動(dòng)閥閥體另一部位的金相檢查照片

3、焊接性分析

　　ZG230-450鋼化學(xué)成分如表1所示。

表1　ZG230-450鋼化學(xué)成分

　　根據(jù)碳當(dāng)量公式Ceq=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5，計(jì)算出其碳當(dāng)量為0.57，焊接性較差。閥體壁厚較大，焊后殘余應(yīng)力大。若采用珠光體焊條的熱焊法，焊前必須預(yù)熱，焊后需采用高溫回火熱處理。在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下，可能引起內(nèi)外壁溫度不均勻而增加溫差應(yīng)力和附加變形，且焊接時(shí)工序繁多，工藝復(fù)雜，工作條件惡化。

　　我們采用鎳基材料的冷焊法，即低溫預(yù)熱，層間溫度低，焊后低溫?zé)崽幚怼ｆ嚮�材料冷焊法的好處是�?/p>

　　(1)不必進(jìn)行焊后高溫回火熱處理，避免了因焊后熱處理內(nèi)外壁溫度不均勻而增加的溫差應(yīng)力；

　　(2)鎳基焊縫的成分允許變化范圍大，降低了因焊接規(guī)范不同影響焊縫稀釋率的幾率；

　　(3)鎳基材料的熱膨脹系數(shù)與母材珠光體鋼接近，從而在補(bǔ)焊及運(yùn)行過(guò)程中引起的殘余應(yīng)力和附加熱應(yīng)力均較小；

　　(4)由于碳在鎳基焊縫金屬中具有較低的溶解能力和擴(kuò)散系數(shù)，從而減少了碳從珠光體和焊縫金屬交界處擴(kuò)散所形成的脫碳及增碳傾向，減輕了由于碳擴(kuò)散帶來(lái)的不良后果；

　　(5)鎳基焊縫對(duì)氫不敏感，氫的溶解度大，可有效避免氫對(duì)母材的不利影響。

4、焊前準(zhǔn)備

　　(1)坡口下料采用機(jī)械方法，檢查坡口處母材無(wú)裂紋、重皮、破口損傷和毛刺等缺陷；

　　(2)修補(bǔ)前需檢查修補(bǔ)處是否仍存在裂紋，若仍存在裂紋需將裂紋徹底去除方可進(jìn)行修補(bǔ)；

　　(3)打磨坡口時(shí)需將尖銳處打磨至圓滑，以防焊接時(shí)應(yīng)力集中焊縫產(chǎn)生延遲裂紋。

5、焊接工藝

　　采用手工電弧焊方法進(jìn)行修補(bǔ)，焊條采用AC182(ENiCrFe-3)鎳基焊條，其熔敷金屬化學(xué)成分如表2所示。

表2　AC182焊條熔敷金屬化學(xué)成分

　　(1)焊接材料應(yīng)有制造廠的質(zhì)量合格證。

　　(2)焊前將AC182焊條經(jīng)250 ℃烘焙2h，并放在保溫筒內(nèi)，隨用隨取。

　　(3)修補(bǔ)前將補(bǔ)焊區(qū)周圍進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為100～150℃，保溫施焊。

　　(4)焊接時(shí)第一層用2.6mm焊條直流反接施焊，焊接電流75～90 A，電壓20～25 V，焊接速度50～60mm/min；二層及以后采用��3.2mm 焊條，焊接電流85～120A，電壓20～25V，焊接速度55～70mm/min。層間溫度控制在150～200℃，嚴(yán)禁在被焊工件表面引弧、試驗(yàn)電流或隨意焊接臨時(shí)支撐物。

　　(5)采用多層多道焊接，焊接順序如圖5所示。不擺動(dòng)焊條，快速焊，在保證熔合好的前提下，盡量減小母材的熔化量，除底層焊縫外，焊完一道焊縫后需用風(fēng)鏟反復(fù)進(jìn)行敲擊，使其焊縫表面密布2～4mm的凹坑，在去除焊渣的同時(shí)也降低了焊接時(shí)產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。

　　(6)修補(bǔ)過(guò)程中若產(chǎn)生氣孔、夾渣等缺陷，可采用機(jī)械挖補(bǔ)方式返修，工藝同上。

圖5　焊接順序示意圖

6、焊后處理

　　(1)焊接后做熱處理，溫度加熱至350℃，用保溫棉覆蓋修補(bǔ)區(qū)域周圍，使其緩慢冷卻至室溫；

　　(2)將焊縫磨平至原設(shè)計(jì)圖紙所規(guī)定的尺寸和形狀，對(duì)焊縫區(qū)和熱影響區(qū)進(jìn)行表面著色探傷，并用放大鏡進(jìn)行目測(cè)檢查，未發(fā)現(xiàn)焊接缺陷。

7、結(jié)語(yǔ)

　　運(yùn)行5個(gè)月后，2009年10月對(duì)該給水電動(dòng)閘閥閥體和補(bǔ)焊區(qū)域進(jìn)行了宏觀檢查、硬度檢驗(yàn)和金相檢驗(yàn)。閥體硬度大都在130～150HB之間，鎳基合金補(bǔ)焊區(qū)域硬度為198HB，硬度正常，鎳基補(bǔ)焊焊縫組織正常。2010年5月，在運(yùn)行了一年以后，由于其他原因，此閥門才被更換。實(shí)踐證明，此補(bǔ)焊工藝是可行的。