大口徑調(diào)節(jié)閥閥瓣密封面焊接修復(fù)工藝研究
介紹了超臨界火電機(jī)組鍋爐配套進(jìn)口大口徑調(diào)節(jié)閥閥瓣用F91及鈷鉻合金化學(xué)成分及基本性能。分析了F91閥瓣堆焊鈷鉻鎢合金的焊接修復(fù)工藝過程。給出了焊接工藝技術(shù)規(guī)范、質(zhì)量控制方法和檢測(cè)使用結(jié)果。
1、概述
隨著火力電站建設(shè)的發(fā)展，火電機(jī)組參數(shù)不斷的改進(jìn)，所采用的鋼材種類也越來越多。火電機(jī)組配套閥門主要零件的材質(zhì)也較廣泛地選用蠕變強(qiáng)度和抗氧化性能較好的馬氏體耐熱鋼(如T/F91)。
目前，國(guó)內(nèi)閥門制造企業(yè)對(duì)閥門零件基體F91材質(zhì)堆焊鈷鉻鎢合金的焊接工藝尚不成熟，產(chǎn)品經(jīng)常出現(xiàn)密封面裂紋和熔合線裂紋等問題，所以，真空技術(shù)網(wǎng)(http://genius-power.com/)調(diào)研后發(fā)現(xiàn)此類閥門一般采用進(jìn)口閥門。
2、特性分析
2.1、F91化學(xué)成分及基本性能
F91鋼為Cr9Mo1V鋼，屬于馬氏體型耐熱鋼。鋼中鉻元素使鋼具有高強(qiáng)度，同時(shí)能提高鋼的抗氧化性、抗腐蝕性。鉬元素主要是提高鋼的強(qiáng)度，抑制鉻鋼的熱脆性。釩能提高鋼的低溫、中溫強(qiáng)度以及熱強(qiáng)性，增加鋼在高溫下的組織穩(wěn)定性，改善低碳合金鋼的焊接性能(表1、表2)。在使用中，F(xiàn)91鋼具有較大的淬硬和冷裂傾向，焊接時(shí)可能產(chǎn)生冷裂紋和熱裂紋。
表1 ASTMA182F91的化學(xué)成分
表2 ASTMA182F91的力學(xué)性能
2.2、鈷鉻合金化學(xué)成分及基本性能
鈷鉻合金(Stellite合金)以Co為基本成分，加入Cr、W、C等元素，主要成分為0.7%～3.0%C，25%～33%Cr，3%～25%W，其余為Co。鈷基堆焊層的基體組織是奧氏體+共晶組織。這類堆焊合金具有良好的耐各類磨損的性能，特別是在高溫耐磨條件下的各類磨損。但這類合金容易形成冷裂紋或結(jié)晶裂紋，合金堆焊層抗裂性差，因而焊接工藝十分復(fù)雜。
由于焊件的結(jié)構(gòu)形式為深孔加平面，所以焊接方法選用手工電弧焊。焊材的化學(xué)成分和機(jī)械性能如表3。
表3 熔敷金屬化學(xué)成分(Wt%)和焊層硬度值
3、修復(fù)過程
在F91閥瓣上堆焊鈷鉻鎢合金主要問題是沿熔合線橫向環(huán)形裂紋和密封面縱向裂紋。兩種材料的焊接性都差，焊接特性有很大差異，加之口徑大壁厚，所以兩者結(jié)合焊時(shí)選擇合適焊接工藝非常重要。
3.1、閥瓣結(jié)構(gòu)圖及焊前堆焊槽
600MW超臨界機(jī)組進(jìn)口大口徑調(diào)節(jié)閥，其閥瓣材質(zhì)為F91，在閥瓣密封面處需要堆焊鈷鉻鎢合金。圖1為閥瓣的結(jié)構(gòu)(要求堆焊層厚度≥2mm，洛氏硬度HRC值≥38)。此結(jié)構(gòu)施焊時(shí)焊接應(yīng)力相對(duì)較大，同時(shí)施焊部位有2處，且一處為深孔施焊。分析基體和焊材的特性，為提高焊縫的抗裂性，設(shè)計(jì)如圖2的焊接形式。
圖1 閥瓣結(jié)構(gòu)
3.2、焊接操作
焊機(jī)采用ZX7-500逆變式直流手弧焊機(jī)，反極性接法。焊前Stellite6焊條250℃烘焙1h，烘干的焊條放在150℃保溫箱內(nèi)，隨用隨取�？紤]施焊部位有2處，避免施焊時(shí)基體降溫過快，使焊接部位與基體溫差較大，所以對(duì)焊件整體爐內(nèi)預(yù)熱到650℃。先焊內(nèi)孔焊縫，后焊外圓焊縫，電流140～160A，單道焊縫，施焊4層。第1層電流選擇偏小值，為140A，降低稀釋率，其他3層電流160A。快速焊，保持不擺動(dòng)，層間接頭盡量錯(cuò)開。焊后立即置于650℃爐里均溫1h后隨爐緩冷，室溫出爐。
圖2 閥瓣(堆焊前)
3.3、檢測(cè)試驗(yàn)
本次共施焊2件。經(jīng)加工后PT+UT檢測(cè)，按JB/T4730-2005的Ⅰ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定〔2〕，密封面、熔合線及熱影響區(qū)均無缺陷。密封面硬度HRC檢查值為38～40。整體裝配后按JB/T3595-2002規(guī)定設(shè)計(jì)壓力的1.5倍水壓試驗(yàn)合格〔3〕。
4、結(jié)語
采用本文焊接方法、焊接結(jié)構(gòu)形式及焊接工藝制造的閥瓣，質(zhì)量?jī)?yōu)良，符合設(shè)計(jì)要求。解決了馬氏體耐熱鋼采用手工電弧焊堆焊鈷鉻鎢合金時(shí)密封面和熔合線部位產(chǎn)生裂紋的問題，對(duì)閥門行業(yè)發(fā)電站用閥的國(guó)產(chǎn)化的焊接工藝制造提供了保證和借鑒。
