火電機(jī)組大型鑄鋼件缺陷檢查及處理經(jīng)驗(yàn)介紹課件

火電機(jī)組大型鑄鍛件缺陷檢查及處理經(jīng)驗(yàn)介紹20157月火電廠金屬技術(shù)監(jiān)督培訓(xùn)班主要內(nèi)容：1、汽缸裂紋補(bǔ)焊2、主汽門裂紋修復(fù)3、汽輪機(jī)低壓缸結(jié)合面補(bǔ)焊4、高壓閥門門柄堆焊5、汽輪機(jī)葉片的焊接汽缸裂紋補(bǔ)焊汽輪機(jī)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(xiǎn)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(dǎo)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(yīng)力。引起汽缸變形的原因是預(yù)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(dāng)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(jié)構(gòu)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(bǔ)焊4.焊工選擇具有高壓焊工資格證且經(jīng)驗(yàn)豐富的焊工擔(dān)任此項(xiàng)工作。5.焊接材料的選擇ZG20CrMo、ZG15Cr1MoV鋼碳當(dāng)量在0.45%以上，焊接性較差，同時(shí)缸體剛度大，補(bǔ)焊時(shí)需要較高的預(yù)熱溫度，焊后需進(jìn)行高溫回火熱處理，使補(bǔ)焊工藝受到限制。缸體上下結(jié)合面的精度要求很高（不得超過0.5mm），補(bǔ)焊時(shí)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(bǔ)焊目前一般采用冷焊法和熱焊法兩種補(bǔ)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(xué)成分相近的珠光體耐熱鋼焊條。汽缸裂紋補(bǔ)焊四、焊接工藝（一）冷焊法1.工藝特點(diǎn)應(yīng)用奧氏體不銹鋼焊條或鎳基焊條補(bǔ)焊時(shí)，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(yù)熱和焊后熱處理。施焊工藝簡單，使缸體不受強(qiáng)烈的熱脹作用，對減小變形和降低應(yīng)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(yù)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(yīng)力；同時(shí)缸體長期高溫運(yùn)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(diǎn)——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(dǎo)致運(yùn)行后的裂紋，所以奧氏體焊條宜用于運(yùn)行溫度較低，應(yīng)力水平較小部位的小裂紋的補(bǔ)焊上。2.工藝措施奧氏體鋼焊條補(bǔ)焊宜選用15-35、16-25、25-20等高鎳焊條，現(xiàn)在補(bǔ)焊區(qū)坡口上堆焊隔離層，后用18-8型奧氏體焊條填滿補(bǔ)焊區(qū)。隔離層最少焊兩層，后敷的焊道應(yīng)壓敷前一焊道寬度的1/4~1/3。汽缸裂紋補(bǔ)焊3.操作技術(shù)（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(yīng)錘擊消除應(yīng)力；（4）每一層應(yīng)焊成中間凹兩側(cè)高，使每層冷卻時(shí)有一個(gè)彈性的伸展面；（5）大于100mm長的裂紋，焊縫應(yīng)采用逆向分段焊，后敷的焊道應(yīng)壓敷前一焊道寬度的1/4~1/3；（6）起頭和收弧要錯(cuò)開，避免重合在一起，表面不可高于母材。4.焊后檢驗(yàn)焊后將焊縫表面進(jìn)行打磨，進(jìn)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(rèn)為合格。例：某電廠凝汽式汽輪機(jī)組高壓缸內(nèi)壁上發(fā)現(xiàn)深20mm、長120mm的裂紋，應(yīng)用此方案處理，運(yùn)行至今效果良好。汽缸裂紋補(bǔ)焊（3）為降低補(bǔ)焊區(qū)的收縮應(yīng)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(gè)工序與補(bǔ)焊銜接緊湊。即每施焊一段，隨時(shí)錘擊焊縫，緊跟回火處理。錘擊時(shí)所用的錘頭寬度為10mm，而且半徑為1.5~2mm的圓弧錘痕應(yīng)密集排列，避免麻痕重復(fù)和跳躍。跟蹤回火宜采用中號焊嘴的中性焰，其焰芯對準(zhǔn)焊縫中心，以橫向擺動手法緩慢前移，回火時(shí)間約為焊接時(shí)間的2~2.5倍，回火溫度以焊縫表面呈亮紅色為宜。補(bǔ)焊操作完畢，用石棉布將焊縫補(bǔ)焊區(qū)蓋嚴(yán)墊好，復(fù)原感應(yīng)線圈，進(jìn)行脫氫處理。3.焊后質(zhì)量檢查焊后將表面磨平，進(jìn)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(rèn)為合格。主汽門裂紋修復(fù)某電廠凝汽式汽輪機(jī)，該機(jī)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(shí)采用Ni307B焊條對較長的一條裂紋進(jìn)行了補(bǔ)焊，并網(wǎng)發(fā)電后發(fā)現(xiàn)門體螺栓漏氣，停機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)垂直補(bǔ)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(jī)對該主汽門進(jìn)行徹底修復(fù)。主汽門上汽室缺陷及補(bǔ)焊位置示意圖主汽門裂紋修復(fù)一、修復(fù)技術(shù)分析主汽門門體形狀復(fù)雜，壁厚很厚且不均勻（45~240mm），裂紋深而長，并有多處沙包，挖補(bǔ)缺陷要解決厚大耐熱鋼復(fù)雜結(jié)構(gòu)焊接應(yīng)力、變形和裂紋問題。應(yīng)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(dá)7t，沒有現(xiàn)成熱處理爐來進(jìn)行預(yù)熱及熱處理，需要設(shè)計(jì)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(fù)前的準(zhǔn)備1.制作加熱器根據(jù)主汽門內(nèi)部形狀設(shè)計(jì)并制作適當(dāng)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(zhǔn)備門體解剖前需在門體外壁垂直切割線對稱四個(gè)方向劃線、沖孔、做標(biāo)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(fù)4.門體檢查對門體內(nèi)壁打磨，進(jìn)行宏觀檢查及滲透和超聲波探傷方法進(jìn)行檢查，重點(diǎn)檢查內(nèi)壁鑄造圓角和結(jié)合面螺栓孔及門座附近區(qū)域，標(biāo)記需要處理的缺陷的位置。5.缺陷挖補(bǔ)對檢查出的缺陷進(jìn)行打磨消除，小裂紋磨掉即可，不用補(bǔ)焊。大裂紋進(jìn)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(xì)檢查坡口表面，確認(rèn)無缺陷后方可施焊。補(bǔ)焊焊縫也要徹底清除，重新補(bǔ)焊，清除上汽室內(nèi)壁兩條最嚴(yán)重的補(bǔ)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(fù)三、焊接工藝措施1.裂紋補(bǔ)焊（1）將上下門體分別放置適當(dāng)位置并墊好，放置時(shí)應(yīng)注意不應(yīng)使門體因自重或加熱燈原因而產(chǎn)生變形。（2）預(yù)熱時(shí)采用繩狀加熱器或履帶加熱器對門體進(jìn)行預(yù)熱，將焊接區(qū)周圍150mm內(nèi)升溫至300~350℃。（3）焊接時(shí)采用R317L、φ3.2mm的焊條，焊條使用前按說明書要求進(jìn)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(jìn)行補(bǔ)焊。對裂紋深度超過40mm的先補(bǔ)焊坡口深度的一半，進(jìn)行一次脫氫處理，然后將裂紋全部補(bǔ)焊完，進(jìn)行保溫冷卻。2.門體對口焊接（1）裂紋補(bǔ)焊完冷卻后將門體倒立，按原標(biāo)記組隊(duì)，點(diǎn)焊槽鋼對焊好進(jìn)行固定。（2）預(yù)熱時(shí)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(shí)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(shí)停下來。主汽門裂紋修復(fù)（4）第一次熱處理時(shí)焊縫焊到坡口深度的一半時(shí)對門體采用內(nèi)外加熱進(jìn)行一次整體熱處理。熱處理時(shí)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(shè)計(jì)曲線控溫。（5）熱處理后對焊縫進(jìn)行第二次焊接時(shí)，使用R317L、φ4.0mm焊條，將焊縫全部填滿后進(jìn)行第二次熱處理。（6）熱處理溫度控制：300℃以下時(shí)，升溫速度小于70℃/h；300~710℃時(shí)，升溫速度小于30℃/h；710℃時(shí)恒溫8h。降溫控制：710~300℃時(shí)，降溫速度小于30℃/h；300℃以下時(shí)，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(shí)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(jī)低壓缸結(jié)合面補(bǔ)焊汽輪機(jī)低壓缸長期運(yùn)行會出現(xiàn)結(jié)合面裂紋或磨損的現(xiàn)象，汽輪機(jī)低壓缸結(jié)合面一般材質(zhì)為鑄鐵，在大修時(shí)可以對其進(jìn)行焊接修復(fù)。一、焊接性分析汽輪機(jī)低壓缸結(jié)合面一般是鑄鐵，再出現(xiàn)裂紋或磨損時(shí)可用手工電弧焊方法進(jìn)行補(bǔ)焊。補(bǔ)焊鑄鐵時(shí)，一般選用鑄鐵焊條。但由于有的設(shè)備受環(huán)境、條件、工件尺寸的影響，補(bǔ)焊要求不高時(shí)也可采用J507及鎳基焊條進(jìn)行補(bǔ)焊。二、焊前準(zhǔn)備1.裂紋檢查檢查裂紋長度，為防止裂紋擴(kuò)展，應(yīng)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(shè)備選擇特性良好的逆變焊機(jī)。3.坡口制備根據(jù)裂紋走向和深度，用角向磨光機(jī)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(xì)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(jìn)行300~350℃烘干，分別裝入保溫筒，隨用隨取。汽輪機(jī)低壓缸結(jié)合面補(bǔ)焊三、焊接工藝措施（1）坡口較小時(shí)Z308φ2.5mm焊條直接進(jìn)行補(bǔ)焊，補(bǔ)焊時(shí)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(shí)，再焊下一道，以減小焊接應(yīng)力。（2）坡口較大多層焊時(shí)可采用熱敷過渡層的方法，在確認(rèn)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(shí)動作要快，使熔池尚未冷卻時(shí)，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(yán)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(yīng)將各部位全部敷焊至坡口邊緣后，再用一個(gè)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(yīng)立即用烤把加熱達(dá)到溫度后再焊，敷焊完畢后立即將溫度升至300℃，恒溫半小時(shí)后保溫緩冷至60℃。四、焊后檢驗(yàn)自檢合格后進(jìn)行超聲和著色檢驗(yàn)。五、打磨超平檢驗(yàn)確認(rèn)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(jì)運(yùn)行影響很大。在機(jī)組檢修時(shí)可以用手工電弧焊對高壓閥門門柄進(jìn)行堆焊修復(fù)，具有重大的經(jīng)濟(jì)意義。一、焊前準(zhǔn)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(jìn)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(jī)葉片的焊接汽輪機(jī)葉片是將高溫、高壓蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，處于拉應(yīng)力、扭應(yīng)力和彎曲應(yīng)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(xué)腐蝕和水滴沖刷磨損。汽輪機(jī)長時(shí)間運(yùn)行后，末級葉片會有沖刷腐蝕現(xiàn)象，嚴(yán)重以后無法安全使用，可用焊接的方法進(jìn)行修復(fù)。汽輪機(jī)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(fù)汽輪機(jī)葉片具有很大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。一、焊接性分析2Cr13馬氏體不銹鋼焊接性較差，因?yàn)樵诤负蟪霈F(xiàn)奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變，由于提及發(fā)生變化，導(dǎo)致硬度增加，塑性降低，淬硬傾向較大，焊后殘余應(yīng)力很大，容易產(chǎn)生裂紋。為了獲得具有耐蝕性能好，力學(xué)性能高的焊縫，必須選擇適當(dāng)?shù)暮附z，進(jìn)行焊前預(yù)熱，焊后熱處理等工藝措施。二、焊前準(zhǔn)備1.選擇焊接設(shè)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(jī)。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(jī)將損壞部分切掉。拼接用2Cr13鋼片應(yīng)有材料合格證明，與葉片具有相同的力學(xué)性能，對接片進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理：1000℃油淬火+710℃回火。汽輪機(jī)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(yàn)時(shí)找出的變形規(guī)律，預(yù)先進(jìn)行適量的反變形。補(bǔ)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(xí)并考試合格，經(jīng)驗(yàn)豐富責(zé)任心強(qiáng)的高壓焊工擔(dān)任此項(xiàng)工作。7.選擇焊接材料選擇與葉片化學(xué)成分相近的H1Cr13、φ2.0mm焊絲。補(bǔ)焊塊形狀焊接位置圖汽輪機(jī)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