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(chǎng)焊接修復(fù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鑄件焊接修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種厚壁鑄鋼件的現(xiàn)場(chǎng)焊接修復(fù)方法。
背景技術(shù)：
火力發(fā)電廠鍋爐、四大管道、汽輪機(jī)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(duì)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(guò)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(dǎo)致在運(yùn)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(chǎng)焊接修復(fù)后難以實(shí)施局部焊后熱處理，因此通常采用異質(zhì)冷焊修復(fù)方法進(jìn)行修復(fù)。然而，針對(duì)較大(達(dá)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(chǎng)焊接修復(fù)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(chǎng)焊接修復(fù)方法，包括焊前準(zhǔn)備工序、焊接修復(fù)工序以及焊后質(zhì)量檢驗(yàn)工序，特別是在焊前準(zhǔn)備工序中對(duì)有缺陷的部位進(jìn)行打磨以形成坡口，其中確保打磨后的坡口內(nèi)部無(wú)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(rèn)無(wú)殘留缺陷以及除油污后，進(jìn)入焊接修復(fù)工序；焊接修復(fù)工序包括依次進(jìn)行的下列步驟(I)、預(yù)熱所述坡口至需進(jìn)行焊接修復(fù)的位置的內(nèi)壁溫度達(dá)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(hù)焊方式對(duì)坡口的全部位置進(jìn)行I 2層打底焊，用實(shí)心焊絲材料對(duì)整個(gè)坡口底部進(jìn)行填充，對(duì)坡口中幾何形狀突變劇烈的區(qū)域進(jìn)行圓滑過(guò)渡，其中，控制鎢極惰性氣體保護(hù)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(shí)，采用手工電弧焊進(jìn)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(jìn)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(jìn)行消氫熱處理，消氫熱處理時(shí)間為2 6小時(shí)；(5)、焊后熱處理首先在溫度500°C 550°C下進(jìn)行消除應(yīng)力退火，然后在700°C 750°C下進(jìn)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(jìn)一步和優(yōu)選實(shí)施方案在焊前準(zhǔn)備工序中進(jìn)行打磨時(shí)，先沿直線向根部打磨，逐漸適當(dāng)擴(kuò)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(zhǔn)備工序中可以通過(guò)用有機(jī)溶劑擦拭來(lái)除油污。在焊接修復(fù)工序的步驟(I)中，預(yù)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(lái)進(jìn)行加熱。在所述步驟⑵和(3)的焊接過(guò)程中，輔以手持式紅外測(cè)溫儀實(shí)時(shí)監(jiān)控溫度，在溫度低于要求的溫度的最低值時(shí)，重新加熱，在溫度超出要求的溫度的最高值時(shí)，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(lái)進(jìn)行加熱。所述焊后質(zhì)量檢驗(yàn)工序包括無(wú)損檢測(cè)、硬度檢測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)金相檢測(cè)以及殘余應(yīng)力測(cè)試。其中，無(wú)損檢測(cè)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(gè)具體方面，鑄鋼件的材料為碳鋼或低合金鋼，步驟(I)中，預(yù)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(shí)，所述方法還包括在步驟
(3)中，焊至坡口深度的1/3 2/3時(shí)進(jìn)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(shí)間為2 6小時(shí)。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(dá)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(fù)厚壁鑄鋼件中較大及貫穿型缺陷的焊接修復(fù)方法，同樣也可以用于其它鑄鋼件及缺陷類型的焊接修復(fù)。因此，本發(fā)明的保護(hù)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(diǎn)本發(fā)明在焊接修復(fù)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(duì)打磨后的坡口全部位置進(jìn)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(guò)程中進(jìn)行錘擊消除殘余應(yīng)力，使焊接修復(fù)過(guò)程的殘余應(yīng)力得到有效控制；在焊后進(jìn)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(duì)組織和硬度進(jìn)行調(diào)節(jié)的同時(shí)消除焊接殘余應(yīng)力。本發(fā)明的焊接修復(fù)方法特別適于電站、化工行業(yè)厚壁鑄鋼件中較大(達(dá)到壁厚一半以上)及貫穿型缺陷的焊接修復(fù)，焊接修復(fù)后的焊縫經(jīng)測(cè)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(bǔ)焊焊縫典型金相組織。
具體實(shí)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(yùn)行狀況下長(zhǎng)期承受高溫高壓載荷作用，而且在啟、停機(jī)以及符合發(fā)生變化時(shí)還會(huì)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(tái)俄羅斯超臨界500麗燃煤機(jī)組2號(hào)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(hào)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(hào)閥體外表面的I處長(zhǎng)度為IOOmm左右的裂紋(參見圖I，裂紋張口寬度為2 3mm，對(duì)應(yīng)的該處內(nèi)壁裂紋I條，泄漏處厚度約為95mm)的修復(fù)為例，對(duì)本發(fā)明的現(xiàn)場(chǎng)焊接修復(fù)方法進(jìn)行說(shuō)明。根據(jù)本實(shí)施例，焊接修復(fù)方法分為焊前準(zhǔn)備工序、焊接修復(fù)工序以及焊后質(zhì)量檢驗(yàn)工序三個(gè)工序進(jìn)行，具體如下。I、焊前準(zhǔn)備工序 (I)、打磨缺陷形成坡口 采用現(xiàn)場(chǎng)適用的打磨切削設(shè)備(如角磨機(jī)、坡口機(jī)等)將有缺陷的部位打磨清理干凈，打磨時(shí)應(yīng)先沿直線向根部打磨，逐漸適當(dāng)擴(kuò)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(guò)渡，無(wú)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(rèn)裂紋的挖除是補(bǔ)焊成功的先決條件，如果裂紋挖除不干凈，留下隱患，還會(huì)導(dǎo)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(jí)別達(dá)到JB/T4730-2005滲透I級(jí)，確認(rèn)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(rèn)打磨消除完成后用丙酮等有機(jī)溶劑擦拭以去除油污等表面雜質(zhì)。2、焊接修復(fù)工序焊接修復(fù)工序按坡口的預(yù)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(jìn)行，具體如下(I)、預(yù)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(jìn)行焊接修復(fù)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(hù)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(hù)氣體保護(hù)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(shí)心焊絲材料(焊絲牌號(hào)TIG-R31、規(guī)格Φ2. 5mm，焊接電壓9-1IV、焊接電流70-90A)，TIG焊進(jìn)行2層焊接，用實(shí)心焊絲材料對(duì)整個(gè)焊縫坡口底部進(jìn)行填充，對(duì)坡口中幾何形狀突變劇烈的區(qū)域進(jìn)行圓滑過(guò)渡。焊接過(guò)程輔以手持式紅外測(cè)溫儀實(shí)時(shí)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(shí)，采用手工電弧焊進(jìn)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(jìn)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(yù)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(shí)在400°C下進(jìn)行2小時(shí)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(jìn)行2小時(shí)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(shí)在補(bǔ)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(shí)對(duì)補(bǔ)焊后焊縫及熱影響區(qū)材料的組織進(jìn)行調(diào)整。消除應(yīng)力退火的時(shí)間根據(jù)補(bǔ)焊焊縫厚度確定(本例中為8小時(shí))，在消除應(yīng)力退火期間，材料強(qiáng)度和延展性等材料特性未被明顯改變。高溫回火的時(shí)間也根據(jù)補(bǔ)焊焊縫厚度確定(本例中為2小時(shí))，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(yàn)工序焊后質(zhì)量檢驗(yàn)包括無(wú)損檢測(cè)(VT+MT+UT)、硬度檢測(cè)、覆膜金相檢驗(yàn)、典型焊接接頭的殘余應(yīng)力測(cè)試和閥組變形厚度測(cè)量，具體如下(I)無(wú)損檢測(cè)焊后將補(bǔ)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(duì)補(bǔ)焊的焊縫及熱影響區(qū)進(jìn)行了檢查，補(bǔ)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(biāo)顯示。(2)、硬度檢測(cè)使用便攜式硬度儀現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行硬度檢查，對(duì)補(bǔ)焊焊縫及附近區(qū)域熱影響區(qū)及母材分別測(cè)量3處，補(bǔ)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(duì)焊接接頭補(bǔ)焊區(qū)域進(jìn)行表面復(fù)型金相檢驗(yàn)，典型的金相組織如圖3所示，補(bǔ)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(jí)，熱影響區(qū)金相組織為貝氏體+鐵素體，晶粒度為4-5. 5級(jí)。(4)、殘余應(yīng)力測(cè)試采用盲孔法對(duì)典型的補(bǔ)焊焊縫進(jìn)行了殘余應(yīng)力測(cè)試，其中測(cè)試點(diǎn)均選擇在應(yīng)力較大的焊縫區(qū)和熱影響區(qū)，測(cè)試結(jié)果表明經(jīng)過(guò)熱處理后的補(bǔ)焊焊縫最大殘余應(yīng)力出現(xiàn)在熱影響區(qū)，為105MPa，遠(yuǎn)低于母材343MPa的屈服強(qiáng)度，說(shuō)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(shí)施例只為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)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(hù)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(chǎng)焊接修復(fù)方法，包括焊前準(zhǔn)備工序、焊接修復(fù)工序以及焊后質(zhì)量檢驗(yàn)工序，其特征在于 在所述焊前準(zhǔn)備工序中對(duì)有缺陷的部位進(jìn)行打磨以形成坡口，其中確保打磨后的坡口內(nèi)部無(wú)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(rèn)無(wú)殘留缺陷以及除油污后，進(jìn)入焊接修復(fù)工序； 所述焊接修復(fù)工序包括依次進(jìn)行的下列步驟 (1)、預(yù)熱所述坡口至需進(jìn)行焊接修復(fù)的位置的內(nèi)壁溫度達(dá)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(hù)焊方式對(duì)坡口的全部位置進(jìn)行f2層打底焊，用實(shí)心焊絲材料對(duì)整個(gè)坡口底部進(jìn)行填充，對(duì)坡口中幾何形狀突變劇烈的區(qū)域進(jìn)行圓滑過(guò)渡，其中，控制鎢極惰性氣體保護(hù)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(shí)，采用手工電弧焊進(jìn)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(jìn)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(jìn)行消氫熱處理，消氫熱處理時(shí)間為2飛小時(shí)； (5)、焊后熱處理首先在溫度500°C 550°C下進(jìn)行消除應(yīng)力退火，然后在700°C 750°C下進(jìn)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(chǎng)焊接修復(fù)方法，其特征在于在所述焊前準(zhǔn)備工序中進(jìn)行所述打磨時(shí)，先沿直線向根部打磨，逐漸適當(dāng)擴(kuò)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(chǎng)焊接修復(fù)方法，其特征在于在所述焊前準(zhǔn)備工序中通過(guò)用有機(jī)溶劑擦拭來(lái)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(chǎng)焊接修復(fù)方法，其特征在于步驟(I)中，所述預(yù)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(chǎng)焊接修復(fù)方法，其特征在于在所述步驟(2)和(3)的焊接過(guò)程中，輔以手持式紅外測(cè)溫儀實(shí)時(shí)監(jiān)控溫度，在溫度低于要求的溫度的最低值時(shí)，重新加熱，在溫度超出要求的溫度的最高值時(shí)，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(chǎng)焊接修復(fù)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(yù)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(chǎng)焊接修復(fù)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(chǎng)焊接修復(fù)方法，其特征在于所述的缺陷為貫穿型缺陷時(shí)，所述方法還包括在步驟(3)中，焊至坡口深度的1/3 2/3時(shí)進(jìn)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(shí)間為2飛小時(shí)。
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(chǎng)焊接修復(fù)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(chǎng)焊接修復(fù)方法，其特征在于所述焊后質(zhì)量檢驗(yàn)工序包括無(wú)損檢測(cè)、硬度檢測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)金相檢測(cè)以及殘余應(yīng)力測(cè)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(chǎng)焊接修復(fù)方法，包括焊前準(zhǔn)備工序、焊接修復(fù)工序、焊后質(zhì)量檢驗(yàn)工序，焊接修復(fù)工序包括(1)、預(yù)熱；(2)、采用TIG焊對(duì)坡口的全部位置進(jìn)行1~2層打底焊，用實(shí)心焊絲材料對(duì)整個(gè)坡口底部進(jìn)行填充；(3)、升溫至220℃~330℃，恒熱保溫3~8小時(shí)，采用手工電弧焊進(jìn)行坡口的填充焊，焊道焊后立即用氣錘進(jìn)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(jìn)行消除應(yīng)力退火，然后在700~750℃下進(jìn)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(fù)后的焊縫經(jīng)測(cè)試后質(zhì)量好，不易再次發(fā)生裂紋。
文檔編號(hào)B23P6/00GK102756235SQ20121025476
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)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(cāng), 魯立 申請(qǐng)人:天津國(guó)華盤山發(fā)電有限責(zé)任公司, 神華國(guó)華(北京)電力研究院有限公司, 蘇州熱工研究院有限公司