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摘 要：本文介绍了低温預热加冷焊修复2#机组中压自动主汽门阀体裂纹的全过程，针对缺陷的实际情况选择处理方案，采用合理、有效的工艺措施，得到了较理想的结果，为现场大型铸钢件补焊修复裂纹提供了实践经验。
关键词：分段冷补焊；主汽门；裂纹
中图分类号：TG44 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）18-0214-02
前 言
金川集团有限公司热电厂#2汽机是哈尔滨汽轮机厂2006年生产的C/N-130-150MW抽凝式机组，于2007年底投产。该机组为亚临界、单轴、双缸、双排汽、高中压合缸、低压双分流、一次中间再热、反动、凝汽式汽轮机。中压调门其裂纹处门体厚度为80mm，在机组运行时所承受的额定压力为3.8MPa，温度540℃。
在2010年6月进行年修过程中，对机组进行了金属监督检验工作，MT检测过程中发现A侧中压自动主汽门[1]靠进汽侧R处的阀体外壁有一条长约100mm的线性显示尤为明显，怀疑为表面裂纹。经打磨除此处外其他MT检测缺陷已消除，故要求每打磨2mm都进行一次MT检测，直至打磨深度达10mm时，肉眼已明显看到，裂纹沿阀体外壁纵向分布，由内向外扩展，通过测量裂纹长约165mm。
由于此阀门属于大型铸件，壁厚不匀，裂纹深度无法准确判断。为了消除此安全隐患，保证机组的安全运行，特委托哈汽厂家制定了严格的焊接工艺措施，选派得力高压焊工现场对该裂纹进行了补焊修复，焊接后经MT、PT检测合格，现已使用一年多，效果良好，未发现异常。
1 阀体材质焊接性分析
中压自动主汽门材质为ZG15Cr1Mo1V，均属于珠光体耐热钢。其化学成分见表1。
按国际焊接学会推荐的碳当量计算公式，计算ZG15Cr1Mo1V钢的碳当量ω（C）eq为0.69～0.98%。可见该钢的焊接性较差，焊接前需要进行预热，而且在焊接过程中应严格控制道间温度，焊后必须及时进行高温回火处理。
1.1 焊后阀体的变形
ZG15Cr1MoV钢导热系数小，热膨胀系数大，且该阀体壁厚最后达85mm，在焊接的热循环作用下，会造成较大的变形和残余应力。引起阀门变形的原因是预热、焊接和焊后热处理对阀门不均匀的加热，有可能导致阀门密封不严、开启不灵活、严重时导致阀门失效。焊接引起的变形是无法避免的，只能在焊接工艺方面采取适当措施加以控制。裂纹的存在有巨大的危险性。
1.2 脆 裂
ZG15Cr1MoV钢的可焊性差，焊后易在焊缝和近焊区形成塑形差的组织，结构的刚性又较大，如果工艺上不注意，就可能在焊后发生脆裂。
由于补焊区域空间狭小，裂纹挖除困难，并且无法用电加热进行焊后高温回火处理。针对以上问题，采用低氢型Ni307A焊条进行补焊。
2 对裂纹区的表面进行宏观检查
为了把阀体裂纹的数量、长度、始点、终点全面检查清楚，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5倍放大镜进行宏观检查，将全部裂纹进行标记。
3 焊前准备
3.1 铲除裂纹
裂纹的彻底挖除是补焊成功的先决条件，如果裂纹挖除不干净，将留下隐患，就会导致继续开裂。此外，焊缝的破口尺寸过大或过小，都会影响补焊质量。坡口过大使焊缝填充金属量增加，焊缝热输入增加，扩大了焊缝热影响区，焊后残余应力大；坡口尺寸过小，影响焊接过程中的操作，产生熔合不良或坡口未融合等缺陷。
铲除裂纹的方法如下：
（1）将裂纹进行标记，在裂纹的始点和终点各钻一个？准8～？准10mm的止裂孔，以防止挖铲裂纹时在外力作用下导致裂纹扩大。
（2）用机械方法清除缺陷，着色检查确保缺陷消除。
（3）坡口内无尖角、毛刺、坡口底部圆滑过渡，坡口边缘50mm内露出金属光泽。
3.2 焊接坡口的制作
在挖裂纹的同时就要考虑坡口的形状大小，既要挖掉裂纹又保证破口尺寸，无尖角、死角，以利于施焊，必要时用电磨头修理。为了能有效地控制焊接应力和减少焊接工作量，决定采用U形坡口，尽量减少母材的熔合比，以减少焊接残余应力，减少裂纹的产生，坡口根部的最小圆角半径为5mm，坡口形式及尺寸如图1所示。
3.3 焊机的选用
选用ZX7-400逆变式弧焊机。
3.4 施焊人员
选相关行业或者电力系统具有合金大管焊接合格证的高压焊工2名。
3.5 焊接材料的选择
焊缝必须具有一定的抗热疲劳性能、抗氧化性和热稳定性，本次修复选用Ni307A焊条相当于型号GB/T：ENiCrFe-3，符合阀体冷焊工艺。
4 焊接工艺
4.1 工艺特点
应用镍及镍合金焊条补焊时，焊缝金属在焊接热循环的作用下不发生形变，其塑形很好，焊接过程不需要预热和焊后热处理。施焊工艺简单，使阀体不受强烈的热涨作用，对减小形变和降低应力是有利的。这类焊条抗裂性能较强，熔敷金属对氢的溶解度较高，不致产生冷裂问题。
但镍及镍合金非常容易被硫和铅脆化，形成热裂纹，所以除必须严格控制焊条的硫、铅等含量，焊前应进行认真清理。除去表面的油污、水锈、油漆、灰尘等脏物。同时焊接时气孔敏感性强，操作时采用短弧施焊。且镍及镍合金年导热性差，焊接时容易过热，引起晶粒粗大，因此焊接操作时应选用较小的焊接电流，焊条最好不要横向摆动，收尾时注意填满弧坑。
4.2 补焊工艺
（1）用丙酮将施焊部位及其周围50mm范围内的油、污、杂质清理干净。
（2）焊前焊条在烘干箱加热250℃恒温1h，放入焊条保温桶内送至补焊现场随用随取。因为焊条电阻大，药皮易发红脱落，变质，焊条头最好剩70mm左右。
（3）焊机直流反接。
（4）用大号烤把将坡口及其周围加热到200～250℃，进行第一次敷焊层焊接，缓冷到室温后开始填充层焊接。
（5）施焊时要求小电流短焊道。采用多层多道焊，每焊一段应锤击焊缝消除应力。采用红外线测温仪测温，严格控制层温100℃以下方可焊接下一层。焊道从坡口底部开始，依次向坡口外侧排列。将第一层均匀打磨掉1～2mm，确认无焊接缺陷后，再继续焊接。要求焊道成封闭状，相邻焊道重合1/3：每焊道都进行锤击。填满坡口后，在坡口边缘再焊一道退火焊道，然后将盖面层打磨至与母材齐平，与收弧处错开。熄弧时先把电弧引向坡口中部，填满弧坑后熄弧，避免迅速熄弧。
（6）用石棉被保温缓冷3h以上。
5 外观及表面检验
补焊后表面打磨清除熔渣、焊瘤和飞溅物，补焊金属表面平整，并平滑过渡到母材，进行了PT和MT探伤，经检验补焊区未见缺陷痕迹。
6 结束语
由于中压自动主汽门按照铸造工艺制作，往往存在疏松、缩孔等缺陷，这些缺陷在外力的诱发下，很容易产生裂纹，本文提出的低温预热加冷焊修复工艺，在保证焊接质量的同时，也降低了劳动强度，具有实用价值，为同类型问题的处理提供借鉴。
参考文献
[1]马彦喜.汽轮机缸体及自动主汽门的现场补焊.汽轮机技术，1992，1.
收稿日期：2018-5-20
作者简介：张保珍（1982-），女，甘肃天水人，工程师，大学本科，主要从事热能与动力工程工作。
关键词：分段冷补焊；主汽门；裂纹
中图分类号：TG44 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）18-0214-02
前 言
金川集团有限公司热电厂#2汽机是哈尔滨汽轮机厂2006年生产的C/N-130-150MW抽凝式机组，于2007年底投产。该机组为亚临界、单轴、双缸、双排汽、高中压合缸、低压双分流、一次中间再热、反动、凝汽式汽轮机。中压调门其裂纹处门体厚度为80mm，在机组运行时所承受的额定压力为3.8MPa，温度540℃。
在2010年6月进行年修过程中，对机组进行了金属监督检验工作，MT检测过程中发现A侧中压自动主汽门[1]靠进汽侧R处的阀体外壁有一条长约100mm的线性显示尤为明显，怀疑为表面裂纹。经打磨除此处外其他MT检测缺陷已消除，故要求每打磨2mm都进行一次MT检测，直至打磨深度达10mm时，肉眼已明显看到，裂纹沿阀体外壁纵向分布，由内向外扩展，通过测量裂纹长约165mm。
由于此阀门属于大型铸件，壁厚不匀，裂纹深度无法准确判断。为了消除此安全隐患，保证机组的安全运行，特委托哈汽厂家制定了严格的焊接工艺措施，选派得力高压焊工现场对该裂纹进行了补焊修复，焊接后经MT、PT检测合格，现已使用一年多，效果良好，未发现异常。
1 阀体材质焊接性分析
中压自动主汽门材质为ZG15Cr1Mo1V，均属于珠光体耐热钢。其化学成分见表1。
按国际焊接学会推荐的碳当量计算公式，计算ZG15Cr1Mo1V钢的碳当量ω（C）eq为0.69～0.98%。可见该钢的焊接性较差，焊接前需要进行预热，而且在焊接过程中应严格控制道间温度，焊后必须及时进行高温回火处理。
1.1 焊后阀体的变形
ZG15Cr1MoV钢导热系数小，热膨胀系数大，且该阀体壁厚最后达85mm，在焊接的热循环作用下，会造成较大的变形和残余应力。引起阀门变形的原因是预热、焊接和焊后热处理对阀门不均匀的加热，有可能导致阀门密封不严、开启不灵活、严重时导致阀门失效。焊接引起的变形是无法避免的，只能在焊接工艺方面采取适当措施加以控制。裂纹的存在有巨大的危险性。
1.2 脆 裂
ZG15Cr1MoV钢的可焊性差，焊后易在焊缝和近焊区形成塑形差的组织，结构的刚性又较大，如果工艺上不注意，就可能在焊后发生脆裂。
由于补焊区域空间狭小，裂纹挖除困难，并且无法用电加热进行焊后高温回火处理。针对以上问题，采用低氢型Ni307A焊条进行补焊。
2 对裂纹区的表面进行宏观检查
为了把阀体裂纹的数量、长度、始点、终点全面检查清楚，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5倍放大镜进行宏观检查，将全部裂纹进行标记。
3 焊前准备
3.1 铲除裂纹
裂纹的彻底挖除是补焊成功的先决条件，如果裂纹挖除不干净，将留下隐患，就会导致继续开裂。此外，焊缝的破口尺寸过大或过小，都会影响补焊质量。坡口过大使焊缝填充金属量增加，焊缝热输入增加，扩大了焊缝热影响区，焊后残余应力大；坡口尺寸过小，影响焊接过程中的操作，产生熔合不良或坡口未融合等缺陷。
铲除裂纹的方法如下：
（1）将裂纹进行标记，在裂纹的始点和终点各钻一个？准8～？准10mm的止裂孔，以防止挖铲裂纹时在外力作用下导致裂纹扩大。
（2）用机械方法清除缺陷，着色检查确保缺陷消除。
（3）坡口内无尖角、毛刺、坡口底部圆滑过渡，坡口边缘50mm内露出金属光泽。
3.2 焊接坡口的制作
在挖裂纹的同时就要考虑坡口的形状大小，既要挖掉裂纹又保证破口尺寸，无尖角、死角，以利于施焊，必要时用电磨头修理。为了能有效地控制焊接应力和减少焊接工作量，决定采用U形坡口，尽量减少母材的熔合比，以减少焊接残余应力，减少裂纹的产生，坡口根部的最小圆角半径为5mm，坡口形式及尺寸如图1所示。
3.3 焊机的选用
选用ZX7-400逆变式弧焊机。
3.4 施焊人员
选相关行业或者电力系统具有合金大管焊接合格证的高压焊工2名。
3.5 焊接材料的选择
焊缝必须具有一定的抗热疲劳性能、抗氧化性和热稳定性，本次修复选用Ni307A焊条相当于型号GB/T：ENiCrFe-3，符合阀体冷焊工艺。
4 焊接工艺
4.1 工艺特点
应用镍及镍合金焊条补焊时，焊缝金属在焊接热循环的作用下不发生形变，其塑形很好，焊接过程不需要预热和焊后热处理。施焊工艺简单，使阀体不受强烈的热涨作用，对减小形变和降低应力是有利的。这类焊条抗裂性能较强，熔敷金属对氢的溶解度较高，不致产生冷裂问题。
但镍及镍合金非常容易被硫和铅脆化，形成热裂纹，所以除必须严格控制焊条的硫、铅等含量，焊前应进行认真清理。除去表面的油污、水锈、油漆、灰尘等脏物。同时焊接时气孔敏感性强，操作时采用短弧施焊。且镍及镍合金年导热性差，焊接时容易过热，引起晶粒粗大，因此焊接操作时应选用较小的焊接电流，焊条最好不要横向摆动，收尾时注意填满弧坑。
4.2 补焊工艺
（1）用丙酮将施焊部位及其周围50mm范围内的油、污、杂质清理干净。
（2）焊前焊条在烘干箱加热250℃恒温1h，放入焊条保温桶内送至补焊现场随用随取。因为焊条电阻大，药皮易发红脱落，变质，焊条头最好剩70mm左右。
（3）焊机直流反接。
（4）用大号烤把将坡口及其周围加热到200～250℃，进行第一次敷焊层焊接，缓冷到室温后开始填充层焊接。
（5）施焊时要求小电流短焊道。采用多层多道焊，每焊一段应锤击焊缝消除应力。采用红外线测温仪测温，严格控制层温100℃以下方可焊接下一层。焊道从坡口底部开始，依次向坡口外侧排列。将第一层均匀打磨掉1～2mm，确认无焊接缺陷后，再继续焊接。要求焊道成封闭状，相邻焊道重合1/3：每焊道都进行锤击。填满坡口后，在坡口边缘再焊一道退火焊道，然后将盖面层打磨至与母材齐平，与收弧处错开。熄弧时先把电弧引向坡口中部，填满弧坑后熄弧，避免迅速熄弧。
（6）用石棉被保温缓冷3h以上。
5 外观及表面检验
补焊后表面打磨清除熔渣、焊瘤和飞溅物，补焊金属表面平整，并平滑过渡到母材，进行了PT和MT探伤，经检验补焊区未见缺陷痕迹。
6 结束语
由于中压自动主汽门按照铸造工艺制作，往往存在疏松、缩孔等缺陷，这些缺陷在外力的诱发下，很容易产生裂纹，本文提出的低温预热加冷焊修复工艺，在保证焊接质量的同时，也降低了劳动强度，具有实用价值，为同类型问题的处理提供借鉴。
参考文献
[1]马彦喜.汽轮机缸体及自动主汽门的现场补焊.汽轮机技术，1992，1.
收稿日期：2018-5-20
作者简介：张保珍（1982-），女，甘肃天水人，工程师，大学本科，主要从事热能与动力工程工作。