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分析电站阀门用高合金耐热钢焊接工艺

发表时间：2020/3/3 来源：《电力设备》2019年第19期作者：刘志晨

[导读] 摘要：本文主要介绍了电站阀门的焊接工艺，此工艺主要是针对铸件的补焊、阀门的表面密封堆焊和扎锻件结构焊接。

        （中国电建集团青海工程有限公司青海西宁 810003）
        摘要：本文主要介绍了电站阀门的焊接工艺，此工艺主要是针对铸件的补焊、阀门的表面密封堆焊和扎锻件结构焊接。采用以上焊接工艺时，需掌握工艺流程和保证使用焊材的合理性，严格按照焊接工艺流程进行施焊以确保焊接质量，保证电站阀门焊接质量优良性及安全使用寿命。
        关键词：补焊；堆焊；电站阀门
        前言
        电站阀门在整个电站起关键性作用，但是对该部分施工作业时，需使用焊接工艺。而采用的焊接工艺中，常见的有三种，一种是补焊，该种工艺主要是使用在铸件有缺陷的补救措施中；另一种是堆焊，堆焊工艺使用在电站阀门密封表面，起到耐磨和耐腐蚀作用；最后一种是扎锻件结构焊接，主要是指阀门主体与阀座、接管之间链接处的焊接。
        一、铸件的补焊
        在电站的阀门中，C12A铸件如果有相应的缺陷可以采用补焊的方法来进行弥补，具体使用的标准是根据ASME A217执行。
        （1）采用补焊工艺施工以前，需对铸件开检测工作，检测工作开展需按照图纸需要、焊接工艺需要和合同规定需要进行检测，检测的方法中可以使用射线检测法、渗透检测法和磁粉检测法。对铸件开展检查工作后，获得铸件缺陷问题并对缺陷开展清洁工作，完成清洁工作后可对有缺陷部位开展补焊工艺。
        （2）铸件采用补焊工艺修补时，需对铸件进行热处理，并且在进行热处理工艺之前按照相应的工艺要求开展其它处理工作。
        （3）对焊材的选用。铸件补焊工艺时需使用合理的焊材，焊材选择直接关系焊接质量。选择的焊材需和母材材质相匹配，只有符合母材料的焊条使用，才能够保证补焊工艺质量。
        （4）当采用的补焊技术是使用在修补铸件的试验泄漏问题，或者是有铸件有凹凸深坑问题，同时铸件的厚度超过25mm（1in）时。对该种情况采用补焊工艺，采用补焊工艺后需采取消除应力热处理。完成焊接后，还需采用检测手段，保证焊接工艺的质量，使用检测手段可以使用超声检测法。
        （5）铸件采用补焊工艺时，同一缺陷使用的补焊工艺不能够超过两次。
        在电站阀门的焊接工艺中采用补焊方法，该种焊接一般采用的焊条电弧焊接工艺。使用该工艺对C12A进行补焊，焊接时会出现晶粒严重软化和粗化问题，该问题出现影响焊接处和母材料的相匹配性。而且采用电弧焊接工艺，还容易产生冷裂纹，该焊接质量问题发生在焊接完成后，因此在焊接时很难发现冷裂缝问题，导致对铸件造成很大的伤害。
        为了保证采用补焊工艺中焊接处和母材料接头性能相符合，需对焊接工艺的合理选择、焊接材料的合理选择和焊接方法的合理选择很重要。对采用电弧焊时容易出现晶粒软化和粗化问题，其控制该问题的关键是对焊接线能量控制，一般情况下可以控制在20kj/cm以内。对于防止铸件补焊后期出现的冷裂纹问题，主要是对后期温度控制，将后期温度控制在合理范围，能有效减少冷裂纹的产生。最后是合理选择焊材，在控制补焊工艺质量中，焊工水平和焊材质量直接关系焊接的质量，因此，需焊接作业人员必须是持有有效焊工资质，经过岗前培训考试合格后由主管部门颁发上岗证的人员，保证焊材质量使用的焊条需符合相关标准。
        二、封面耐磨堆焊
        2.1堆焊的焊条选择
        在电站阀门密封面使用的堆焊材料中，主要有以下几种，SF-6T、D547MO、司特立合金和SF-5T。
        （1）封面的密封中使用的焊接材料中，最常见的是司特立合金，该焊接材料采用多种金属元素结合组成，其中以钴元素为基础，还加入了钨元素和铬元素等。在焊接是时使用司特立合金，有着高耐腐蚀性和耐磨损性，以上两个方面的功能，完全满足电站密封门的使用要求。
        在堆焊中使用的司特立合金，该合金组织的改变可使用含碳量多少来实现。在含碳量较低是该种金属是一种共晶体组成；随着组织内部的含碳量增加，共晶体增多，该情况下会变成亚共晶型。因此为了保证使用司特立合金能够满足焊接需要，可通过改变组织中的含碳量来改变其韧性和硬度。由于该种材料可以选择韧性和硬度，同时有着耐腐蚀和耐磨损的优良性质，因此在电站的阀门焊接中获得普遍使用，并且使用时还能保证电站阀门的可靠性和安全性。
        （2）D547MO焊条，该种焊条使用的温度低于570度，压力小于14MPa。该种焊条采用多种元素合成，基础元素是硅，其中还加入了钨、钒等元素，钨、钒等元素的使用可提高堆焊的金属热硬性，起到强化硬度的作用；同时在材料中也有着钼和铌，以上两个元素使用，可增加焊条的耐腐蚀性和耐磨损性。在电站阀门焊接时使用D547MO焊条有着耐高温和耐腐蚀的优良性质，因此也获得较大范围使用。采用该种焊条有着硬度不足问题，但是随着科学技术的不断改进，该方面的问题也在不断改善。
        （3）ST-5T是一种新型的电站阀门焊条，该种焊条也是一种合金组织，其中组织的基础为锰和铬，然后有锰和铬为基础增加钨、钼、钒和硼元素。

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该种焊条使用过程中，主要是适用与温度小于500度，压力小于6.4MPa的阀门堆焊中。
        （4）ST-6T也是一种新型焊条，该种合金焊条主要是以锰、铬、碳为基础元素，加入钼和硼等元素。该种焊条有使用稳定性高，抗裂性好的优点。在电站阀门中使用该种焊条，可使用在温度低于555度，压力小于6.4MPA的堆焊中。
        在电站阀门的堆焊中，可以根据不同的焊接环境和不同的焊接工艺需要选择合理的焊条，以此来保证堆焊的质量。
        2.2堆焊工艺
        （1）焊前准备：堆焊工艺开展前，需要保证母件的表面粗糙度，一般情况下表面粗糙度要小于12.5um；除保证表面的粗糙度以外，还需对工件做表面的清理工作，清理工作主要是对水清理、油脂清理和锈清理。工件采用堆焊工艺施工时，要求工件不能够有缺陷、有裂缝或者是有包砂等问题；如果工件形状有棱角现象，需将工件的棱角打磨成为圆角。焊接工件前，需根据工件的硬度采用不同的预热方式。工件表面焊接时，需对表面堆焊奥氏体不锈钢过渡层，过渡层需打磨平整后进行耐磨堆焊。使用上述施工方法，可以有效提高焊接部位的抗烈性，避免焊接后出现裂缝等质量问题。
        （2）操作要点：堆焊使用过程中，尽量采用平焊位置。焊接人员操作工艺中，焊条使用时不要有过多摆动，一般情况下摆动的幅度不能够超过焊条直径的3倍。为了保证焊接过程中少出现基体熔深问题，可以在使用堆焊时控制电流的下限。多层堆焊施工中，应该有效控制每一层堆焊的厚度，一般厚度控制在2mm，而且堆焊的层数在3层以上。每一层堆焊施工完成后，需对表面做清理工作，可以采用砂轮打磨表面，并且还需对每层的温度控制，一般温度控制不能够低于预热温度。堆焊工艺完成后，需采用逐渐熄灭电弧方法，采用该种操作的原因是熄弧处熔池金属如果急速冷却会导致火口裂纹问题。焊接工艺完成后，还需开展消除应力热处理，也可以采用缓冷处理。
        （3）堆焊返修：在电站密封阀门表明采用堆焊工艺后，如果出现缺肉等缺陷时，该种情况下可以采用补焊等工艺来补救。但是在局部采用补救焊接工艺，也需要根据堆焊工艺流程，对焊接处预热，焊接处理等工艺流程来开展。如果采用的堆焊工艺中，焊接处有较大裂缝或者是有较大缺陷，可以将堆焊全部去除，然后使用重新堆焊方法补救。同样，在相同的位置，使用堆焊工艺不能够超过两次。
        三、扎锻件结构焊接
        电站的阀门焊接中对扎锻结构焊接，主要是指阀门主体与阀座、接管之间链接处的焊接。在结构焊接增加了P91/F91、P92/F92等锻件材料，结构焊接和铸件焊接相对照，铸件焊接注重原材料的均值性，而结构焊接中注重的是连接之间的力学性。在结构焊接中，可以采用熔化极气体保护焊，也可以使用埋弧自动焊等工艺。
        在阀门结构10Cr9Mo1VNbN类钢焊接过程中，首先要考虑母材料与焊缝金属之间性质的一致性。该种材料主要是10Cr9Mo1VNbN类钢，具有良好的抗高温氧化性能和高温蠕变强度以及良好的塑性和加工性能。结构焊接中，最容易出现的是裂缝问题，该种问题直接影响阀门的使用效果。为解决焊接容易产生的裂缝问题，在焊接过程中，需要对材料进行预热处理，同时要保证焊接层间温度。对于焊接时出现的厚大工件，可采用手工钨极氩弧焊封底+手工电弧焊填充盖面的组合工艺方法，并注意焊接要点的控制。
        （1）钨极氩弧焊封底：采用该种焊接工艺中焊丝选用ER90S-B9 Ф2.4对工件焊接前要预热，预热温度为100～150℃。氩弧焊封底过程中，用聚光手电筒仔细检查根部焊缝，确保无跟不可看缺陷，封底完成并经目测检查合格后，立即进行次层的焊接。为防止根部焊缝金属氧化，应对阀门内充氩保护。
        （2）手工电弧焊填充盖面：采用该种焊接工艺中焊条选用 E9015-B9 φ3.2mm、φ4.0mm，盖面预热温度为200℃～300℃，层间温度：200℃～250℃。
        采用直流反接法、两人对称焊接。由于F91/P91钢焊接时，熔池铁水粘度大，流动性差，焊接规范又小，因而容易出现夹渣，层间未熔合等缺陷，因此为避免大的缺陷产生及保证焊接接头的综合机械性能，必须采用多层多道。
        结束语
        在电站阀门采用焊接施工工艺中，不管是使用补焊，还是堆焊，都需对焊接母件材料分析，根据分析结果采用合理的焊条，以此来保证焊接的质量。同时采用焊接施工中，容易出现焊接质量问题，比如裂缝问题，为防止焊接质量问题发生，需按照焊接标准流程操作，减少焊接返工率。
        参考文献：
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        [2]金明远.中合金耐热钢管的焊接性及方法研究[J].焊接技术，2016，45（03）：33-36.
        [3]周鑫磊，刘文进，周瑞，花云双，苏志东.电站阀门用高合金耐热钢焊接工艺的分析[J].阀门，2015（05）：16-20.
        作者简介：
        刘志晨（1986年～），男，青海西宁，本科学历，工程师。一直从事电力建设焊接技术管理工作。