F92閥體深孔密封面堆焊D802的研究

　　通過對(duì)開裂機(jī)理的分析和試驗(yàn)研究，使F92 閥體深孔密封面堆焊D802 的裂紋減少，質(zhì)量穩(wěn)定。產(chǎn)品堆焊一次合格率達(dá)到98%以上。

1、概述

　　隨著我國(guó)火電事業(yè)的不斷發(fā)展，超( 超) 臨界火電機(jī)組的運(yùn)用越來越多，F(xiàn)92 材料以其優(yōu)異的性能發(fā)揮著重要作用。F92 材料閥體密封面深孔堆焊D802 的過程中( 特別是DN10 ～ DN50 密封面的堆焊) ，存在著合格率低，焊后裂紋，及延時(shí)裂紋頻次較高的問題。解決的辦法大多數(shù)是補(bǔ)焊，甚至是多次補(bǔ)焊。不僅提高了生產(chǎn)成本，延長(zhǎng)了生產(chǎn)周期，多次補(bǔ)焊還導(dǎo)致密封面周圍組織的性能變壞，影響使用壽命，留下安全隱患。經(jīng)過對(duì)F92 閥體深孔密封面堆焊D802 多次的研究及試驗(yàn)，較好地解決了堆焊難題，使堆焊一次成功率達(dá)到98%以上。

2、材料特性

2.1、F92

　　F92 材料成分及力學(xué)性能如表1 和表2 所示。F92 材料是在F91 材料的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，成分的主要變化是-0. 5% Mo + 1. 80% W + 4 × 10 -5 B，其性能變化主要體現(xiàn)在600℃以下100 000h 蠕變強(qiáng)度比F91 提高約30%，高溫強(qiáng)度與F91 之比為113MPa: 85MPa。由于W 的增加，鎢的特殊碳化物阻止鋼的晶粒長(zhǎng)大，降低了鋼的過熱敏感性，材料的紅硬性和回火穩(wěn)定性得到了提高。在冷卻過程中，過冷奧氏體更加穩(wěn)定，空淬能力強(qiáng)。微量硼的增加，提高了鋼的淬火強(qiáng)度和耐熱鋼的高溫強(qiáng)度，改善了切削加工性能。但是奧氏體晶粒長(zhǎng)大的傾向加大，回火脆性的傾向加大。由于F92 材料合金總量更高，導(dǎo)熱性能較差，在熱處理和焊接過程中應(yīng)力較大和應(yīng)力分布不均勻的問題是主要矛盾。

表1 F92 材料化學(xué)成分

表2 F92 材料力學(xué)性能

2.2、D802

　　D802 是一種鈷鉻鎢合金焊芯、鈦鈣型藥皮的堆焊用焊條( 表3) ，宜采用直流反接。堆焊金屬在1 000℃仍具有良好的耐磨性及耐腐蝕性。堆焊層硬度≥40HRC。D802 含碳量高，合金總量高，高溫耐磨性能、高溫強(qiáng)度及高溫耐蝕性能好，適用于高溫高壓電站閥門的密封面堆焊。但是焊接性能較差，對(duì)焊接工藝的要求很高，隨著施焊面積的加大，焊接裂紋及延時(shí)裂紋上升趨勢(shì)明顯。閥體密封面堆焊的一次合格率較低。

表3 D802 焊條成分

3、開裂機(jī)理

　　F92 和D802 兩種材料的強(qiáng)度和硬度較高，塑性和韌性較低。在堆焊過程中，DN20 以下的閥體出現(xiàn)堆焊裂紋的概率幾乎為零，隨著閥門公稱尺寸的加大，裂紋呈上升趨勢(shì)。根據(jù)裂紋產(chǎn)生的現(xiàn)象，真空技術(shù)網(wǎng)(genius-power.com)組織專家進(jìn)行了原因分析。當(dāng)閥門公稱尺寸≤DN20 時(shí)，熱應(yīng)力+ 組織應(yīng)力+ 焊接應(yīng)力+ 其他應(yīng)力< F92 的抗拉強(qiáng)度，其堆焊后不出現(xiàn)裂紋。當(dāng)閥門公稱尺寸>DN32 時(shí)，熱應(yīng)力+ 組織應(yīng)力+ 焊接應(yīng)力+ 其他應(yīng)力≥F92 的抗拉強(qiáng)度，其堆焊后裂紋產(chǎn)生的概率明顯增加。延時(shí)裂紋是由于焊件應(yīng)力接近臨界應(yīng)力，組織轉(zhuǎn)變不完全，焊件在加工后仍存在殘余奧氏體向淬火馬氏體轉(zhuǎn)變，這種組織的存在是延時(shí)裂紋出現(xiàn)的原因。

4、焊接工藝

　　密封面堆焊的關(guān)鍵是合理的堆焊接工藝和堆焊過程中嚴(yán)格的工藝控制。在焊接過程中既要保證很好的熔合，不產(chǎn)生夾渣或氣孔，又要嚴(yán)格控制好熱輸入和層間溫度，將焊接應(yīng)力降至最小范圍。避免在堆焊過程中產(chǎn)生裂紋。通過多次試驗(yàn)，優(yōu)選出一套比較合理的工藝參數(shù)( 表4) 。具體操作要點(diǎn)是焊條直徑宜小，焊接電流宜小，焊接速度宜快，焊接層高宜薄，層間溫度必須嚴(yán)格控制。

表4 手工電弧焊( SMAW) 工藝條件