鑄造缺陷可以用焊接修復(fù)

01概述汽輪機(jī)是將蒸汽的動能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的機(jī)械結(jié)構(gòu)，中壓外缸是汽輪機(jī)的關(guān)鍵部件之一，由于其質(zhì)量較大，結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，因此，中壓外缸缸體通常以鑄造為主，使用的材料為ZG15Cr1Mo1、ZG15Cr2Mo1等合金鑄鋼。我公司生產(chǎn)的35萬kW火電汽輪機(jī)中壓外缸缸體的鑄造一般分二段進(jìn)行，缸體鑄件經(jīng)粗加工或精加工后，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)在鑄造缸體的上、下端面及外壁上有微裂紋、氣孔、夾渣等鑄造缺陷，嚴(yán)重影響鑄件的產(chǎn)品質(zhì)量和整個生產(chǎn)周期。若鑄件缺陷不能得到及時焊接修復(fù)，勢必會因鑄造缺陷帶來安全使用隱患。這一問題在國內(nèi)普遍存在，應(yīng)引起我們的足夠重視。02ZG15Cr1Mo1合金鑄鋼焊接性分析根據(jù)EN10028-2（2003）國際標(biāo)準(zhǔn)推薦的耐熱鋼碳當(dāng)量計算公式CEV=C+(Mn/6)+{(Cr+Mo+V)/5}+{(Ni+Cu)/15}，得出

ZG15Cr1Mo1

的碳當(dāng)量CEV=0.77。據(jù)有關(guān)資料介紹，當(dāng)鋼材的CEV＞0.45時，表明鋼材的淬硬傾向較大，在焊后拘束應(yīng)力較大、冷卻速度較快的條件下，容易產(chǎn)生焊接冷裂紋。因此，在鑄件缺陷焊接修復(fù)時，需采取焊前預(yù)熱、焊接過程中錘擊焊縫、焊后局部后熱處理以及工件整體退火熱處理等工藝措施，以防止焊接冷裂紋的產(chǎn)生。同時還應(yīng)采用較低的熱輸入，嚴(yán)格控制層間溫度，防止晶粒長大，有效控制再熱裂紋的產(chǎn)生。03ZG15Cr1Mo1鑄鋼化學(xué)成分分析，力學(xué)性能試驗(yàn)汽輪機(jī)中壓外缸通常使用高溫性能較好的ZG15Cr1Mo1或ZG15Cr2Mo1等合金鑄鋼材料，熱處理狀態(tài)為調(diào)質(zhì)。我公司35萬kW火電汽輪機(jī)中壓外缸產(chǎn)品采用ZG15Cr1Mo1材料，它屬于1.25%Cr-1%Mo型耐熱鑄鋼，該鋼種淬透性較好，熱強(qiáng)性能高，根據(jù)公司內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)TZL901.17－2002，進(jìn)行ZG15Cr1Mo1（δ

=38mm）化學(xué)成分分析和力學(xué)性能試驗(yàn)，結(jié)果如表1所示：表1ZG15Cr1Mo1化學(xué)成分、力學(xué)性能由表1可見，ZG15Cr1Mo1鑄件C、S、P有害元素控制較嚴(yán)，Cr、Mo元素含量偏限，可有效地確保鋼材的熱強(qiáng)性能。04焊接工藝方法確定國內(nèi)對于汽輪機(jī)中壓外缸鑄件缺陷的焊接修復(fù)，通常采用焊條電弧焊工藝方法。考慮到汽輪機(jī)中壓外缸為大型鑄鋼件結(jié)構(gòu)，在鑄造過程中容易產(chǎn)生一定的鑄造缺陷，從確保鑄件缺陷的焊接修復(fù)質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率角度考慮，決定選用藥芯焊絲富氬混合氣體保護(hù)焊工藝方法。05焊接材料的選擇眾所周知，選擇耐熱鋼焊接材料應(yīng)遵循與母材化學(xué)成分相匹配，同時兼顧力學(xué)性能的原則。ZG15Cr1Mo1材料為1.25%Cr-1%Mo型耐熱鋼，根據(jù)上述焊材選用原則，選擇2.25%Cr-1%Mo型E621T1-B3M耐熱鋼藥芯焊絲，經(jīng)反復(fù)調(diào)研，結(jié)合以往的生產(chǎn)應(yīng)用，決定采用天泰焊材（昆山）有限公司TWE-911B3M（φ1.2mm）耐熱鋼藥芯焊絲，并按GB/T17493—2008《低合金鋼藥芯焊絲》標(biāo)準(zhǔn)，做了焊絲熔敷金屬化學(xué)成分、力學(xué)性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。表2E621T1-B3M化學(xué)成分、熔敷金屬力學(xué)性能從表2可明白看出，TWE-911B3M藥芯焊絲熔敷金屬化學(xué)成分、力學(xué)性能完全滿足標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求。06焊接修復(fù)工藝評定依照ASMEIX標(biāo)準(zhǔn)，在汽輪機(jī)中壓外缸鑄造缺陷焊接修復(fù)前，進(jìn)行ZG15Cr1Mo1合金鑄鋼的焊接工藝評定，制定切實(shí)可行的焊接修復(fù)工藝措施及工藝規(guī)程，用于指導(dǎo)缸體缺陷的焊接修復(fù)。試驗(yàn)選用我公司按內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的

ZG15Cr1Mo1（δ

=38mm）材料，試板尺寸及接頭形式如圖1所示，焊接參數(shù)如表3所示。試板焊后經(jīng)350℃×2h后熱處理，然后進(jìn)行680℃×8h退火熱處理，如圖2所示。接頭力學(xué)性能試驗(yàn)列于表4中。圖1

試板尺寸及接頭形式示意表3

工藝評定焊接參數(shù)圖2

試件焊后退火熱處理曲線圖表4

接頭力學(xué)性能從表4可見，ZG15Cr1Mo1鑄鋼焊接接頭抗拉強(qiáng)度達(dá)到母材技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，四件側(cè)彎試樣全部合格，表明焊縫致密性較好，焊縫內(nèi)部質(zhì)量優(yōu)良。ZG15Cr1Mo1鑄鋼焊接接頭力學(xué)性能試驗(yàn)獲得令人滿意的結(jié)果。07生產(chǎn)應(yīng)用中壓外缸是35萬kW火電汽輪機(jī)的關(guān)鍵部件（見圖3），該缸體外徑為φ3436mm，內(nèi)徑為φ3296mm，δ=80mm。一般分上、下兩部分鑄造，上部毛坯重量為41t，下部毛坯重量為47t。在焊接工藝評定合格的條件下，制定了鑄件的焊接修復(fù)工藝措施及工藝規(guī)程，用于指導(dǎo)缸體鑄造缺陷的焊接修復(fù)。圖3350MW汽輪機(jī)中壓外缸

在鑄件缺陷修復(fù)前，采用機(jī)械加工方法將缺陷清理干凈，經(jīng)表面著色探傷檢查確定無缺陷后進(jìn)行施焊，每焊完一道焊縫要及時快速錘擊焊縫，改善應(yīng)力分布狀態(tài)，每片缺陷焊完后進(jìn)行350℃×2h局部消氫處理。在焊接過程中，采用小熱輸入，進(jìn)行多道多層焊，鑄件缺陷全部焊接修復(fù)完成后，進(jìn)行680℃×8h整體退火處理，鑄件補(bǔ)焊區(qū)經(jīng)外觀和超聲波探傷檢查，結(jié)果全部達(dá)到產(chǎn)品技術(shù)要求。08結(jié)語依照ASMEIX

標(biāo)準(zhǔn)，對

ZG15Cr1Mo1

合金鑄鋼（δ

=38mm）V形坡口，采用TWE-911B