火電機組大型鑄鋼件缺陷檢查及處理經(jīng)驗介紹課件

火電機組大型鑄鍛件缺陷檢查及處理經(jīng)驗介紹20157月火電廠金屬技術監(jiān)督培訓班主要內(nèi)容：1、汽缸裂紋補焊2、主汽門裂紋修復3、汽輪機低壓缸結合面補焊4、高壓閥門門柄堆焊5、汽輪機葉片的焊接汽缸裂紋補焊汽輪機高壓缸體是在高溫高壓條件下工作的，一般材質(zhì)為ZG20CrMoV或ZG15Cr1MoV的鑄件，均屬于珠光體耐熱鋼。裂紋的存在有巨大的危險性，因此必須立即處理。一、汽缸材料焊接性分析1.焊后汽缸體的變形ZG20CrMoV或ZG15Cr1MoV鋼的導熱系數(shù)小，熱膨脹系數(shù)大。在焊接的熱循環(huán)作用下，會造成較大的變形和應力。引起汽缸變形的原因是預熱、焊接和焊后熱處理對汽缸不均勻的加熱。焊接引起的變形是無法避免的，只能在焊接工藝方面采用適當措施加以控制。2.脆裂ZG20CrMoVe或ZG15Cr1MoV鋼的可焊性較差，焊后易在焊縫和近縫區(qū)形成塑性差的組織，結構的剛性較大，如果工藝上不注意，就可能在焊后發(fā)生脆裂。汽缸裂紋補焊4.焊工選擇具有高壓焊工資格證且經(jīng)驗豐富的焊工擔任此項工作。5.焊接材料的選擇ZG20CrMo、ZG15Cr1MoV鋼碳當量在0.45%以上，焊接性較差，同時缸體剛度大，補焊時需要較高的預熱溫度，焊后需進行高溫回火熱處理，使補焊工藝受到限制。缸體上下結合面的精度要求很高（不得超過0.5mm），補焊時的焊接變形量很難控制。焊縫必須具有一定的抗熱疲勞性能、抗氧化性和熱穩(wěn)定性，這也是難以兼顧的問題。汽缸裂紋補焊目前一般采用冷焊法和熱焊法兩種補焊工藝：冷焊法焊接材料選擇奧氏體不銹鋼焊條或鎳基焊條，熱焊法焊接材料選擇與缸體化學成分相近的珠光體耐熱鋼焊條。汽缸裂紋補焊四、焊接工藝（一）冷焊法1.工藝特點應用奧氏體不銹鋼焊條或鎳基焊條補焊時，焊縫金屬在焊接熱循環(huán)的作用下不發(fā)生相變，其塑性較好，焊接過程不需要預熱和焊后熱處理。施焊工藝簡單，使缸體不受強烈的熱脹作用，對減小變形和降低應力是有利的。這類焊條抗裂性能較好，熔敷金屬對氫的溶解度較高，不致產(chǎn)生冷裂紋。但是，由于不預熱，在近縫區(qū)不可避免的產(chǎn)生淬硬組織，而且奧氏體金屬與缸體金屬的線膨脹系數(shù)相差較大，加之缸體本身的冷態(tài)剛性，會造成過大的焊接殘余應力；同時缸體長期高溫運行后，奧氏體焊縫與缸體母材的交界處具有異種鋼的焊接特點——碳遷移，母材脫碳形成粗大的鐵素體，焊縫產(chǎn)生σ脆性相，可能導致運行后的裂紋，所以奧氏體焊條宜用于運行溫度較低，應力水平較小部位的小裂紋的補焊上。2.工藝措施奧氏體鋼焊條補焊宜選用15-35、16-25、25-20等高鎳焊條，現(xiàn)在補焊區(qū)坡口上堆焊隔離層，后用18-8型奧氏體焊條填滿補焊區(qū)。隔離層最少焊兩層，后敷的焊道應壓敷前一焊道寬度的1/4~1/3。汽缸裂紋補焊3.操作技術（1）在保證熔化良好的條件下盡量選用小線能量焊接；（2）每次可焊半根焊條待到冷卻到用手摸不燙手后再焊；（3）焊條不做橫向擺動，每焊一段應錘擊消除應力；（4）每一層應焊成中間凹兩側(cè)高，使每層冷卻時有一個彈性的伸展面；（5）大于100mm長的裂紋，焊縫應采用逆向分段焊，后敷的焊道應壓敷前一焊道寬度的1/4~1/3；（6）起頭和收弧要錯開，避免重合在一起，表面不可高于母材。4.焊后檢驗焊后將焊縫表面進行打磨，進行表面宏觀檢查和缸體變形測量，焊縫不出現(xiàn)任何裂紋，缸體變形量小于0.5mm，即可認為合格。例：某電廠凝汽式汽輪機組高壓缸內(nèi)壁上發(fā)現(xiàn)深20mm、長120mm的裂紋，應用此方案處理，運行至今效果良好。汽缸裂紋補焊（3）為降低補焊區(qū)的收縮應力，改善焊道金屬組織，宜配合錘擊和跟蹤回火工藝，并且這兩個工序與補焊銜接緊湊。即每施焊一段，隨時錘擊焊縫，緊跟回火處理。錘擊時所用的錘頭寬度為10mm，而且半徑為1.5~2mm的圓弧錘痕應密集排列，避免麻痕重復和跳躍。跟蹤回火宜采用中號焊嘴的中性焰，其焰芯對準焊縫中心，以橫向擺動手法緩慢前移，回火時間約為焊接時間的2~2.5倍，回火溫度以焊縫表面呈亮紅色為宜。補焊操作完畢，用石棉布將焊縫補焊區(qū)蓋嚴墊好，復原感應線圈，進行脫氫處理。3.焊后質(zhì)量檢查焊后將表面磨平，進行表面宏觀檢查，不出現(xiàn)任何裂紋，缸體變形量小于0.5mm，即可認為合格。主汽門裂紋修復某電廠凝汽式汽輪機，該機主汽門在大修中發(fā)現(xiàn)門體內(nèi)壁裂紋10余條，最長約500mm（如圖所示）；下汽室內(nèi)壁發(fā)現(xiàn)4條裂紋，其中門座周圍3條，主汽溫度插座周圍1條，長度為100~200mm，主汽門材質(zhì)為ZG20CrMoV。大修時采用Ni307B焊條對較長的一條裂紋進行了補焊，并網(wǎng)發(fā)電后發(fā)現(xiàn)門體螺栓漏氣，停機檢查發(fā)現(xiàn)垂直補焊區(qū)又出現(xiàn)一條裂紋，長約230mm（如圖所示），與螺栓孔裂通，利用停機對該主汽門進行徹底修復。主汽門上汽室缺陷及補焊位置示意圖主汽門裂紋修復一、修復技術分析主汽門門體形狀復雜，壁厚很厚且不均勻（45~240mm），裂紋深而長，并有多處沙包，挖補缺陷要解決厚大耐熱鋼復雜結構焊接應力、變形和裂紋問題。應用正常的工藝無法處理下汽室缺陷，只能將下汽室剖開，將下汽室剖開還需解決下汽室剖開及組合的變形問題。主汽門門體重達7t，沒有現(xiàn)成熱處理爐來進行預熱及熱處理，需要設計和選擇加熱器并合理布置，因此將主汽門倒置并以內(nèi)外加熱方式，以解決熱處理溫度的均勻問題。二、修復前的準備1.制作加熱器根據(jù)主汽門內(nèi)部形狀設計并制作適當功率的內(nèi)加熱器，布置合適的履帶和繩狀加熱器。2.門體解剖前準備門體解剖前需在門體外壁垂直切割線對稱四個方向劃線、沖孔、做標記；備用4塊500mm以上槽鋼并按切割線近區(qū)門體外壁形狀加工成相同型線，以備回裝固定找正用。聯(lián)系修配3.5m立車床，做好專用車刀架，以備解剖門體使用。主汽門裂紋修復4.門體檢查對門體內(nèi)壁打磨，進行宏觀檢查及滲透和超聲波探傷方法進行檢查，重點檢查內(nèi)壁鑄造圓角和結合面螺栓孔及門座附近區(qū)域，標記需要處理的缺陷的位置。5.缺陷挖補對檢查出的缺陷進行打磨消除，小裂紋磨掉即可，不用補焊。大裂紋進行打磨并加工坡口，在保證焊接質(zhì)量和操作方便的前提下盡量減小坡口角度，對較深的缺陷采用U型坡口，坡口表面平整外形不急劇變化，不存在尖角。仔細檢查坡口表面，確認無缺陷后方可施焊。補焊焊縫也要徹底清除，重新補焊，清除上汽室內(nèi)壁兩條最嚴重的補焊焊縫，加工后的坡口尺寸為：橫坡口長為550mm、寬為55mm、深為45mm；縱坡口長為325mm、寬為140mm、深為140mm。下汽室內(nèi)壁私聊裂紋，長為80~400mm、深為5~15mm。主汽門裂紋修復三、焊接工藝措施1.裂紋補焊（1）將上下門體分別放置適當位置并墊好，放置時應注意不應使門體因自重或加熱燈原因而產(chǎn)生變形。（2）預熱時采用繩狀加熱器或履帶加熱器對門體進行預熱，將焊接區(qū)周圍150mm內(nèi)升溫至300~350℃。（3）焊接時采用R317L、φ3.2mm的焊條，焊條使用前按說明書要求進行烘干，裝入保溫桶，隨用隨取。采用直流反接，小電流，多層多道焊的方法對裂紋進行補焊。對裂紋深度超過40mm的先補焊坡口深度的一半，進行一次脫氫處理，然后將裂紋全部補焊完，進行保溫冷卻。2.門體對口焊接（1）裂紋補焊完冷卻后將門體倒立，按原標記組隊，點焊槽鋼對焊好進行固定。（2）預熱時將內(nèi)加熱器置于門體內(nèi)，門體外布置履帶加熱器或繩狀加熱器，用保溫材料包好，保溫材料不小于60mm厚，加熱溫度為300~350℃。（3）焊接時根層用氬弧焊打底，氬弧焊絲用TIG-R31、φ2.5mm，使用前用砂紙清理干凈，填充層用R317L、φ3.2mm和φ4.0mm焊條。焊縫焊到坡口深度的一半時停下來。主汽門裂紋修復（4）第一次熱處理時焊縫焊到坡口深度的一半時對門體采用內(nèi)外加熱進行一次整體熱處理。熱處理時先布置熱電偶，再布置內(nèi)置加熱器，將門體倒置，布置外加熱器、熱電偶，按設計曲線控溫。（5）熱處理后對焊縫進行第二次焊接時，使用R317L、φ4.0mm焊條，將焊縫全部填滿后進行第二次熱處理。（6）熱處理溫度控制：300℃以下時，升溫速度小于70℃/h；300~710℃時，升溫速度小于30℃/h；710℃時恒溫8h。降溫控制：710~300℃時，降溫速度小于30℃/h；300℃以下時，停電保溫緩冷，不控制。由于采用了內(nèi)置加熱器及對門體內(nèi)外壁同時加熱，內(nèi)外溫差小于50℃。熱處理曲線如下圖所示。主汽門熱處理曲線圖汽輪機低壓缸結合面補焊汽輪機低壓缸長期運行會出現(xiàn)結合面裂紋或磨損的現(xiàn)象，汽輪機低壓缸結合面一般材質(zhì)為鑄鐵，在大修時可以對其進行焊接修復。一、焊接性分析汽輪機低壓缸結合面一般是鑄鐵，再出現(xiàn)裂紋或磨損時可用手工電弧焊方法進行補焊。補焊鑄鐵時，一般選用鑄鐵焊條。但由于有的設備受環(huán)境、條件、工件尺寸的影響，補焊要求不高時也可采用J507及鎳基焊條進行補焊。二、焊前準備1.裂紋檢查檢查裂紋長度，為防止裂紋擴展，應在離裂紋端部5~10mm處鉆止裂孔，止裂孔直徑為φ5~8mm。2.選擇焊接設備選擇特性良好的逆變焊機。3.坡口制備根據(jù)裂紋走向和深度，用角向磨光機將裂紋磨掉，并打磨坡口，坡口要求圓滑，無尖角。在能保證質(zhì)量的前提下，盡量減小坡口的角度，并仔細清理缺陷附近的鐵銹、油污等雜物。4.選擇焊接材料選用J507φ2.5mm、Z308φ2.5mm，使用前進行300~350℃烘干，分別裝入保溫筒，隨用隨取。汽輪機低壓缸結合面補焊三、焊接工藝措施（1）坡口較小時Z308φ2.5mm焊條直接進行補焊，補焊時采取小電流、快速焊、以減小線能量的輸入。采用窄焊道反向分段退焊，并且每焊20mm左右，立即用特制的錘子迅速錘擊焊道，待焊縫冷卻到60℃時，再焊下一道，以減小焊接應力。（2）坡口較大多層焊時可采用熱敷過渡層的方法，在確認全部裂紋挖盡的坡口邊沿150mm范圍，用火焰加熱至250~300℃，緊接著用E5015φ2.5mm焊條從坡口最深處起焊第一道焊道，以后的焊道均覆蓋前一焊道表面的1/2，且一律圍繞第一道焊道繞圈焊，每次換焊條時動作要快，使熔池尚未冷卻時，即快速接頭，這樣不但接頭平整，而且可有效防止裂紋，不論焊接工作量多大，均要一次焊完，每焊一道要嚴格的清理焊渣，其焊層的厚度均為所用焊條直徑的1~1.5倍。應將各部位全部敷焊至坡口邊緣后，再用一個完整的焊道焊一整圈，并使其高出母材3~5mm，以備焊中間層的冷焊道不再接觸母材，敷焊過程中，始終保持250℃的層間溫度，如溫度不足250℃就應立即用烤把加熱達到溫度后再焊，敷焊完畢后立即將溫度升至300℃，恒溫半小時后保溫緩冷至60℃。四、焊后檢驗自檢合格后進行超聲和著色檢驗。五、打磨超平檢驗確認無裂紋后由鉗工打磨超平。高壓閥門門柄堆焊高壓閥門是高溫高壓裝置的重要零部件，高壓閥門門柄由于它的工作條件差，長期受水和蒸汽的侵蝕作用或制造精度不高，長期使用就容易磨損或損壞，對電廠的安全經(jīng)濟運行影響很大。在機組檢修時可以用手工電弧焊對高壓閥門門柄進行堆焊修復，具有重大的經(jīng)濟意義。一、焊前準備1.焊條的選擇根據(jù)高壓閥門門柄的工作情況不同，選用的堆焊材料也不相同。對于介質(zhì)溫度在450℃以下的閥門，采用EDCr-B-15焊條。對于介質(zhì)溫度低于600℃的鉻鎳硅鉬型的高溫高壓閥門，堆焊材料選用EDCrNi-B-15、EDCrNi-C-15焊條。介質(zhì)溫度650℃以下的閥門，采用堆817焊條。焊前焊條進行250~300℃烘干1~1.5h。2.焊件清理將堆焊處附近10~15mm范圍內(nèi)清除鐵銹和油污等雜質(zhì)，使基體露出金屬光澤。汽輪機葉片的焊接汽輪機葉片是將高溫、高壓蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，處于拉應力、扭應力和彎曲應力下工作，由于氣流脈動的影響而產(chǎn)生振動，使葉片受交變載荷，在濕蒸汽區(qū)工作的葉片還會產(chǎn)生電化學腐蝕和水滴沖刷磨損。汽輪機長時間運行后，末級葉片會有沖刷腐蝕現(xiàn)象，嚴重以后無法安全使用，可用焊接的方法進行修復。汽輪機末級葉片材質(zhì)大都是用1Cr13或2Cr13馬氏體不銹鋼制造的。利用焊接方法修復汽輪機葉片具有很大的經(jīng)濟價值。一、焊接性分析2Cr13馬氏體不銹鋼焊接性較差，因為在焊后出現(xiàn)奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變，由于提及發(fā)生變化，導致硬度增加，塑性降低，淬硬傾向較大，焊后殘余應力很大，容易產(chǎn)生裂紋。為了獲得具有耐蝕性能好，力學性能高的焊縫，必須選擇適當?shù)暮附z，進行焊前預熱，焊后熱處理等工藝措施。二、焊前準備1.選擇焊接設備選擇性能良好，具有高頻引弧和衰減熄弧功能的逆變焊機。2.對接缺角葉片的加工根據(jù)葉片損壞程度劃出型線，用磨光機將損壞部分切掉。拼接用2Cr13鋼片應有材料合格證明，與葉片具有相同的力學性能，對接片進行調(diào)質(zhì)處理：1000℃油淬火+710℃回火。汽輪機葉片的焊接3.引弧板和熄弧板的加工引弧板和熄弧板用1Cr18Ni9Ti制成，尺寸為45×20×3mm。4.皮口的制備及對口要求將對接坡口加工成60°V型坡口，開口方向在內(nèi)弧側(cè)，鈍邊1mm，對口間隙2.5mm，并根據(jù)工藝試驗時找出的變形規(guī)律，預先進行適量的反變形。補焊塊形狀和焊接位置如下圖所示。5.選擇焊接方法選擇手工鎢極氬弧焊方法。6.焊工選擇具有氬弧焊合格證且經(jīng)過焊前練習并考試合格，經(jīng)驗豐富責任心強的高壓焊工擔任此項工作。7.選擇焊接材料選擇與葉片化學成分相近的H1Cr13、φ2.0mm焊絲。補焊塊形狀焊接位置圖汽輪機葉片的焊接三、焊接操作工藝（1）焊接規(guī)范：焊接電流I底=75A，I面=80A，氬氣流量Q=8L/min