專利名稱：一種特別適于厚壁鑄鋼件中較大及貫穿型缺陷的現(xiàn)場焊接修復方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鑄件焊接修復技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種厚壁鑄鋼件的現(xiàn)場焊接修復方法。
背景技術(shù)：
火力發(fā)電廠鍋爐、四大管道、汽輪機等重要部件采用大型鑄鋼件很多，且大部分用于高溫高壓的工況下，惡劣的工作條件對其安全提出了非常高的要求。主汽閥，調(diào)節(jié)閥、堵閥和鍋爐聯(lián)箱上的鑄造三通等部件由于體積大、不同部位壁厚變化大等因素，常常在制造 過程中因冷卻速度不同而存在組織不均勻性，并常常伴隨鑄造缺陷，導致在運行條件下很容易發(fā)生開裂失效?，F(xiàn)有技術(shù)中，由于在現(xiàn)場焊接修復后難以實施局部焊后熱處理，因此通常采用異質(zhì)冷焊修復方法進行修復。然而，針對較大(達到壁厚的一半)及貫穿型的缺陷，采用異質(zhì)冷焊工藝較難完成。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種特別適于厚壁鑄鋼件中較大及貫穿型缺陷的現(xiàn)場焊接修復方法。為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案一種特別適于厚壁鑄鋼件中較大及貫穿型缺陷的現(xiàn)場焊接修復方法，包括焊前準備工序、焊接修復工序以及焊后質(zhì)量檢驗工序，特別是在焊前準備工序中對有缺陷的部位進行打磨以形成坡口，其中確保打磨后的坡口內(nèi)部無尖角槽或棱角，坡口周圍內(nèi)外壁30mm范圍內(nèi)打磨出金屬光澤，形成的坡口經(jīng)表面檢查確認無殘留缺陷以及除油污后，進入焊接修復工序；焊接修復工序包括依次進行的下列步驟(I)、預熱所述坡口至需進行焊接修復的位置的內(nèi)壁溫度達到不產(chǎn)生焊接冷裂紋的最低溫度；(2)、采用鎢極惰性氣體保護焊方式對坡口的全部位置進行I 2層打底焊，用實心焊絲材料對整個坡口底部進行填充，對坡口中幾何形狀突變劇烈的區(qū)域進行圓滑過渡，其中，控制鎢極惰性氣體保護焊層間溫度在130°C 220°C之間；(3)、步驟(2)完成后，升溫至220°C 330°C，恒熱保溫3 8小時，采用手工電弧焊進行坡口的填充焊，其中手工電弧焊采用與母材同質(zhì)或同類的電焊條，且采用多層多道焊，焊道焊后立即用氣錘進行錘擊，且使錘痕密布均勻；(4)、焊后消氫熱處理在坡口焊滿后，在溫度300°C 400°C下進行消氫熱處理，消氫熱處理時間為2 6小時；(5)、焊后熱處理首先在溫度500°C 550°C下進行消除應(yīng)力退火，然后在700°C 750°C下進行高溫回火，熱處理完成后，以65°C /h 150°C /h的降溫速率冷卻至室溫。根據(jù)本發(fā)明的進一步和優(yōu)選實施方案在焊前準備工序中進行打磨時，先沿直線向根部打磨，逐漸適當擴寬，直至打磨出缺陷，并將坡口打磨成便于后續(xù)焊接操作的形狀。在焊前準備工序中可以通過用有機溶劑擦拭來除油污。在焊接修復工序的步驟(I)中，預熱可以采用履帶式加熱器、繩式加熱器或二者的組合，或者也可以采用現(xiàn)有的專用加熱裝置來進行加熱。在所述步驟⑵和(3)的焊接過程中，輔以手持式紅外測溫儀實時監(jiān)控溫度，在溫度低于要求的溫度的最低值時，重新加熱，在溫度超出要求的溫度的最高值時，停止焊接。 步驟(4)和(5)中的熱處理采用加熱片或加熱繩或二者的組合，或者也可以采用現(xiàn)有的專用加熱裝置來進行加熱。所述焊后質(zhì)量檢驗工序包括無損檢測、硬度檢測、現(xiàn)場金相檢測以及殘余應(yīng)力測試。其中，無損檢測采用目視檢查、磁粉探傷和超聲檢查相結(jié)合的方法。根據(jù)本發(fā)明的一個具體方面，鑄鋼件的材料為碳鋼或低合金鋼，步驟(I)中，預熱至 130 220°C。根據(jù)本發(fā)明的又一具體方面所述的缺陷為貫穿型缺陷時，所述方法還包括在步驟
(3)中，焊至坡口深度的1/3 2/3時進行一次中間消氫熱處理，該中間消氫熱處理的溫度為300 400°C，時間為2 6小時。根據(jù)本發(fā)明的又一具體方面，厚壁鑄鋼件的材質(zhì)為ZG15CrlMolV低合金耐熱鋼，在步驟(3)中采用的電焊條為超低氫型高韌性焊條。根據(jù)本發(fā)明，厚壁鑄鋼件通常指壁厚度范圍為40 200mm的鑄鋼件。“較大缺陷”是指深度達到壁厚一半以上的缺陷。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，本發(fā)明提供的特別適于焊接修復厚壁鑄鋼件中較大及貫穿型缺陷的焊接修復方法，同樣也可以用于其它鑄鋼件及缺陷類型的焊接修復。因此，本發(fā)明的保護范圍不應(yīng)受到鑄鋼件厚度以及缺陷類型的限制。由于上述技術(shù)方案的采用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點本發(fā)明在焊接修復前，確保缺陷徹底清除干凈，避免裂紋再度產(chǎn)生；采用TIG焊對打磨后的坡口全部位置進行打底焊，有效防止鑄鋼件特別是原始鑄造缺陷較多的鑄鋼件再度產(chǎn)生裂紋；本發(fā)明還在手工電弧焊焊接過程中進行錘擊消除殘余應(yīng)力，使焊接修復過程的殘余應(yīng)力得到有效控制；在焊后進行的熱處理包括消除應(yīng)力和高溫回火熱處理，其能夠在對組織和硬度進行調(diào)節(jié)的同時消除焊接殘余應(yīng)力。本發(fā)明的焊接修復方法特別適于電站、化工行業(yè)厚壁鑄鋼件中較大(達到壁厚一半以上)及貫穿型缺陷的焊接修復，焊接修復后的焊縫經(jīng)測試后質(zhì)量好，不易再次發(fā)生裂紋。


圖I為閥體外壁裂紋照片；圖2為顯示打磨后的坡口形狀的照片；圖3為補焊焊縫典型金相組織。
具體實施例方式已知，主蒸汽閥門是火力發(fā)電廠主要的熱力設(shè)備，不僅平穩(wěn)運行狀況下長期承受高溫高壓載荷作用，而且在啟、停機以及符合發(fā)生變化時還會受到交變應(yīng)力的作用，因此，在主蒸汽閥門的薄弱部位或存在內(nèi)部制造缺陷的區(qū)域容易產(chǎn)生裂紋而失效。2011年4月某發(fā)電公司的一臺俄羅斯超臨界500麗燃煤機組2號蒸汽閥門閥體(材料為ZG15CrIMolV低合金耐熱鋼)均出現(xiàn)貫穿性裂紋，引發(fā)蒸汽泄露，隨后I號主蒸汽閥門閥體也發(fā)現(xiàn)存在多道裂紋等缺陷。下面以2號閥體外表面的I處長度為IOOmm左右的裂紋(參見圖I，裂紋張口寬度為2 3mm，對應(yīng)的該處內(nèi)壁裂紋I條，泄漏處厚度約為95mm)的修復為例，對本發(fā)明的現(xiàn)場焊接修復方法進行說明。根據(jù)本實施例，焊接修復方法分為焊前準備工序、焊接修復工序以及焊后質(zhì)量檢驗工序三個工序進行，具體如下。I、焊前準備工序 (I)、打磨缺陷形成坡口 采用現(xiàn)場適用的打磨切削設(shè)備(如角磨機、坡口機等)將有缺陷的部位打磨清理干凈，打磨時應(yīng)先沿直線向根部打磨，逐漸適當擴寬，直至打磨出缺陷，并盡可能使打磨出的區(qū)域形狀便于后續(xù)操作，打磨后的坡口內(nèi)部特別是坡口(如圖2所示)根部圓滑過渡，無尖角槽或棱角，坡口周圍內(nèi)外壁30_范圍內(nèi)需打磨出金屬光澤。(2)、缺陷清除的確認裂紋的挖除是補焊成功的先決條件，如果裂紋挖除不干凈，留下隱患，還會導致裂紋再度產(chǎn)生。最終制備的坡口區(qū)域由專業(yè)探傷人員表面檢查，質(zhì)量級別達到JB/T4730-2005滲透I級，確認打磨坡口區(qū)是否有未清理完的殘留缺陷，若有再次徹底清除干凈。缺陷確認打磨消除完成后用丙酮等有機溶劑擦拭以去除油污等表面雜質(zhì)。2、焊接修復工序焊接修復工序按坡口的預熱一打底層TIG焊接一填充焊道的手工電弧焊一焊后消氫及熱處理的流程進行，具體如下(I)、預熱采用履帶式加熱器、繩式加熱器或其它專用加熱裝置將需進行焊接修復的位置的內(nèi)壁溫度加熱至150°C，之后開始焊接工作；(2)、打底層焊采用鎢極惰性氣體保護焊(TIG焊)方式，在此期間用作熱源的電弧在不可熔電極與工件間燃燒，惰性保護氣體保護熔化的焊接材料免受周圍空氣的影響，其中，采用與母材同質(zhì)或同類的實心焊絲材料(焊絲牌號TIG-R31、規(guī)格Φ2. 5mm，焊接電壓9-1IV、焊接電流70-90A)，TIG焊進行2層焊接，用實心焊絲材料對整個焊縫坡口底部進行填充，對坡口中幾何形狀突變劇烈的區(qū)域進行圓滑過渡。焊接過程輔以手持式紅外測溫儀實時監(jiān)控溫度，TIG焊層間溫度控制在130°C 220°C，否則停焊或重新加熱。(3)、步驟(2)完成后，升溫至250°C，恒熱保溫4小時，采用手工電弧焊進行坡口的填充焊，其中手工電弧焊采用超低氫型高韌性R317L、規(guī)格Φ3. 2mm的焊條，焊接電壓21 26V，焊接電流100 120A，電焊條即為焊接電極，電弧在焊條和工件間燃燒，采用多層多道焊，焊道焊后立即用氣錘進行錘擊，且使錘痕密布均勻，如此可以有效降低焊接產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，預防焊接裂紋，手工電弧焊層間溫度控制在250°C 300°C之間，否則停焊或重新加熱，在手工電弧焊中間，焊至深度為40mm時在400°C下進行2小時的中間消氫熱處理。(4)、焊后消氫熱處理在步驟(3)坡口焊滿后，在400°C下進行2小時的消氫熱處理，以避免冷裂紋的產(chǎn)生。
(5)、焊后熱處理采用電加熱方式540°C中溫回火(消除應(yīng)力退火)+730°C高溫回火熱處理，熱處理時在補焊部位布置加熱器，在兩側(cè)管道及主汽門管道上布置繩式加熱器分別控溫，焊后熱處理的作用是為了消除焊接殘余應(yīng)力，同時對補焊后焊縫及熱影響區(qū)材料的組織進行調(diào)整。消除應(yīng)力退火的時間根據(jù)補焊焊縫厚度確定(本例中為8小時)，在消除應(yīng)力退火期間，材料強度和延展性等材料特性未被明顯改變。高溫回火的時間也根據(jù)補焊焊縫厚度確定(本例中為2小時)，熱處理完成后應(yīng)緩慢冷卻至室溫(降溫速率約65°C/h 150。。/h)。3、焊后質(zhì)量檢驗工序焊后質(zhì)量檢驗包括無損檢測(VT+MT+UT)、硬度檢測、覆膜金相檢驗、典型焊接接頭的殘余應(yīng)力測試和閥組變形厚度測量，具體如下(I)無損檢測焊后將補焊區(qū)域及熱影響區(qū)打磨清理干凈，露出金屬光澤，采用目視檢查、磁粉探傷和超聲檢查相結(jié)合的方法，對補焊的焊縫及熱影響區(qū)進行了檢查，補焊焊 縫外觀成型良好，未見裂紋、未熔合等缺陷存在，MT及UT均未見超標顯示。(2)、硬度檢測使用便攜式硬度儀現(xiàn)場進行硬度檢查，對補焊焊縫及附近區(qū)域熱影響區(qū)及母材分別測量3處，補焊焊縫及熱影響區(qū)硬度值均分布在190-230HB范圍內(nèi)，處于較合理范圍。(3)、覆膜金相對焊接接頭補焊區(qū)域進行表面復型金相檢驗，典型的金相組織如圖3所示，補焊焊縫金相組織為回火索氏體+少量鐵素體，晶粒度為9-10級，熱影響區(qū)金相組織為貝氏體+鐵素體，晶粒度為4-5. 5級。(4)、殘余應(yīng)力測試采用盲孔法對典型的補焊焊縫進行了殘余應(yīng)力測試，其中測試點均選擇在應(yīng)力較大的焊縫區(qū)和熱影響區(qū)，測試結(jié)果表明經(jīng)過熱處理后的補焊焊縫最大殘余應(yīng)力出現(xiàn)在熱影響區(qū)，為105MPa，遠低于母材343MPa的屈服強度，說明采用的錘擊消除殘余應(yīng)力措施及熱處理工藝可以起到良好的消除殘余應(yīng)力效果。上述實施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍，凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種特別適于厚壁鑄鋼件中較大及貫穿型缺陷的現(xiàn)場焊接修復方法，包括焊前準備工序、焊接修復工序以及焊后質(zhì)量檢驗工序，其特征在于 在所述焊前準備工序中對有缺陷的部位進行打磨以形成坡口，其中確保打磨后的坡口內(nèi)部無尖角槽或棱角，坡口周圍內(nèi)外壁30mm范圍內(nèi)打磨出金屬光澤，形成的坡口經(jīng)表面檢查確認無殘留缺陷以及除油污后，進入焊接修復工序； 所述焊接修復工序包括依次進行的下列步驟 (1)、預熱所述坡口至需進行焊接修復的位置的內(nèi)壁溫度達到不產(chǎn)生焊接冷裂紋的最低溫度； (2)、采用鎢極惰性氣體保護焊方式對坡口的全部位置進行f2層打底焊，用實心焊絲材料對整個坡口底部進行填充，對坡口中幾何形狀突變劇烈的區(qū)域進行圓滑過渡，其中，控制鎢極惰性氣體保護焊層間溫度在130°C 220°C之間； (3)、步驟(2)完成后，升溫至220°C 330°C，恒熱保溫:Γ8小時，采用手工電弧焊進行坡口的填充焊，其中手工電弧焊采用與母材同質(zhì)或同類的電焊條，且采用多層多道焊，焊道焊后立即用氣錘進行錘擊，且使錘痕密布均勻； (4)、焊后消氫熱處理在坡口焊滿后，在溫度300°C 400°C下進行消氫熱處理，消氫熱處理時間為2飛小時； (5)、焊后熱處理首先在溫度500°C 550°C下進行消除應(yīng)力退火，然后在700°C 750°C下進行高溫回火，熱處理完成后，以65°C /h 150°C /h的降溫速率冷卻至室溫。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的特別適于厚壁鑄鋼件中較大及貫穿型缺陷的現(xiàn)場焊接修復方法，其特征在于在所述焊前準備工序中進行所述打磨時，先沿直線向根部打磨，逐漸適當擴寬，直至打磨出缺陷，并將所述坡口打磨成便于后續(xù)焊接操作的形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的特別適于厚壁鑄鋼件中較大及貫穿型缺陷的現(xiàn)場焊接修復方法，其特征在于在所述焊前準備工序中通過用有機溶劑擦拭來除油污。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的特別適于厚壁鑄鋼件中較大及貫穿型缺陷的現(xiàn)場焊接修復方法，其特征在于步驟(I)中，所述預熱采用履帶式加熱器、繩式加熱器或二者的組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或4所述的特別適于厚壁鑄鋼件中較大及貫穿型缺陷的現(xiàn)場焊接修復方法，其特征在于在所述步驟(2)和(3)的焊接過程中，輔以手持式紅外測溫儀實時監(jiān)控溫度，在溫度低于要求的溫度的最低值時，重新加熱，在溫度超出要求的溫度的最高值時，停止焊接。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的特別適于厚壁鑄鋼件中較大及貫穿型缺陷的現(xiàn)場焊接修復方法，其特征在于所述的鑄鋼件的材料為碳鋼或低合金鋼，步驟(I)中，預熱至13(T220°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的特別適于厚壁鑄鋼件中較大及貫穿型缺陷的現(xiàn)場焊接修復方法，其特征在于步驟(4)和(5)中的熱處理采用加熱片或加熱繩或二者的組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的特別適于厚壁鑄鋼件中較大及貫穿型缺陷的現(xiàn)場焊接修復方法，其特征在于所述的缺陷為貫穿型缺陷時，所述方法還包括在步驟(3)中，焊至坡口深度的1/3 2/3時進行一次中間消氫熱處理，該所述中間消氫熱處理的溫度為30(T40(TC，時間為2飛小時。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的特別適于厚壁鑄鋼件中較大及貫穿型缺陷的現(xiàn)場焊接修復方法，其特征在于所述的厚壁鑄鋼件的材質(zhì)為ZG15CrlMolV低合金耐熱鋼，在步驟(3)中采用的電焊條為超低氫型高韌性焊條。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的特別適于厚壁鑄鋼件中較大及貫穿型缺陷的現(xiàn)場焊接修復方法，其特征在于所述焊后質(zhì)量檢驗工序包括無損檢測、硬度檢測、現(xiàn)場金相檢測以及殘余應(yīng)力測試。
全文摘要
本發(fā)明涉及特別適于厚壁鑄鋼件中較大及貫穿型缺陷的現(xiàn)場焊接修復方法，包括焊前準備工序、焊接修復工序、焊后質(zhì)量檢驗工序，焊接修復工序包括(1)、預熱；(2)、采用TIG焊對坡口的全部位置進行1~2層打底焊，用實心焊絲材料對整個坡口底部進行填充；(3)、升溫至220℃~330℃，恒熱保溫3~8小時，采用手工電弧焊進行坡口的填充焊，焊道焊后立即用氣錘進行錘擊，且使錘痕密布均勻；(4)、消氫熱處理；(5)、焊后熱處理先在溫度500~550℃下進行消除應(yīng)力退火，然后在700~750℃下進行高溫回火，完成后，以65～150℃/h的速率降溫冷卻至室溫。本發(fā)明焊接修復后的焊縫經(jīng)測試后質(zhì)量好，不易再次發(fā)生裂紋。
文檔編號B23P6/00GK102756235SQ20121025476
公開日2012年10月31日 申請日期2012年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月23日
發(fā)明者于程煒, 成鵬, 梁軍, 王寶臣, 王淦剛, 賀桂林, 趙建倉, 魯立 申請人:天津國華盤山發(fā)電有限責任公司, 神華國華(北京)電力研究院有限公司, 蘇州熱工研究院有限公司