设备消缺是电厂安装、运行经常遇到的工作，施工之前由于设备制造质量差、运输及维护保管不良、电厂安装或投产运行后某些部件存在着种类不同的缺陷或泄露。修正这些缺陷，可以解决工程急需及备品供应问题，对保障电厂长期安全运行具有十分重要意义。同时在电厂安装过程中，也经常碰到管道附件(如蠕胀测点)安装，由于受客观条件限制，不能进行焊后热处理。本文主要针对低合金耐热钢冷焊工艺在实际操作中的可行性进行分析。
摘 要：采用高镍基焊材补焊珠钢体耐热合金钢工艺，由于可不做焊后热处理，焊接时间短，成本低，节约检修时间，提高经济效益。
关键词：中级机械工程师论文,补焊工艺,过渡层,缺陷,检验
一、低合金耐热铸钢补焊工艺
(一)采用和母材同类型的珠光体焊条热焊工艺
焊前预热、焊后进行高温回火，焊接工艺比较复杂、焊接费用高，且焊后容易产生变形。同时，由于可能受部件客观条件限制，焊前预热和后热处理达不到工艺措施的要求，易造成坡口边缘产生未熔合或冷裂纹缺陷，且焊后热处理的组织也无法保证。如汽轮机高压外缸、高压自动主汽门等耐热钢铸件补焊、压力容器补焊等。因此，此工艺现场不宜采用。
(二)用铁基奥氏体不锈钢焊条冷焊工艺
这种工艺焊接工期短，焊接成本低，但焊接时存在以下问题。
1.热应力问题
由于母材和填充金属的线膨胀系数差异较大，它们所组成的焊接接头会产生很大的热应力，可促使融合区缺陷的发展和聚集。焊接接头冷却收缩时，拘束应力在脱碳层得到松弛，而在增碳层集中，形成应力集中，在周期性加热和冷却条件下工作时，可能出现熔合区珠钢体侧热疲劳裂纹。耐热钢在20～593℃平均线胀系数为 14.22(cm/cm/℃×10-4)，而铁基奥氏体不锈钢在20～593℃平均线胀系数为 18.70(cm/cm/℃×10-4)，随着焊缝金属线胀系数的降低，铁素体/焊缝熔合线上的有效应力呈线性减少。有资料研究表明，焊缝线胀系数以更接近低强母材些为最好。
2. 耐热钢合金成分含量问题
用奥氏体不锈钢补焊珠刚体耐热钢时，由于珠刚体耐热钢合金成分含量低，对焊缝金属的成分有冲淡作用，焊缝的奥氏体形成元素不足，使焊缝中出现马氏体组织，从而引起焊接接头质量恶化，甚至引起裂纹。另一方面，熔化的母材与填充金属相互混合的程度在熔池内部和边缘并不相同，熔池边缘液态金属的温度较低，流动性较差，液态停留时间较短，受到机械力搅拌的作用也较弱。固熔化的母材和填充金属不能充分的混合，在融合区形成一个合金元素浓度高的过渡层。过渡层内会出现硬度很高的马氏体组织，在焊接或使用中可能导致熔合区的破坏，降低焊接结构的可靠性。
3. 碳浓度呈现的不均匀性问题
焊缝和母材由于合金成分相差较大，焊接时熔合区合金元素要进行再分配，特别是含有大的性能量的碳化物形成元素与碳的结合，导致碳的扩散和迁移，结果碳的浓度呈现极大地不均匀性。通常在焊后冷却条件下，碳来不及扩散迁移，所以焊态焊缝熔合区的碳迁移是不明显的，但在长时间的高温作用下，碳扩散层明显，含铬量低的一侧出现脱碳层，含铬量高的一侧出现增碳层，造成熔合区过早破坏。
综上所述：笔者认为，如果采用铁基奥氏体不锈钢焊条补焊工艺，最多只适用于小面积缺陷的补焊，或者尽可能不采用此工艺补焊。
(三)采用高镍基焊条或者焊丝进行补焊
其优点为：焊后不需要热处理，焊接时间短，成本低，尤其是电厂，能提前运行，不影响生产、发电，经济效益明显;镍基合金在熔合区不会生成脆性过渡层，不会出现脆性马氏体组织;碳迁移问题能被镍有效抑制，焊缝熔合区金相组织具有很好的稳定性，高温下具有很好的工作性能，在镍基合金焊缝熔合区脱碳层中，由于聚集再结晶而引起的晶粒增长要比铁基焊缝需要更多的时间，早期失效概率比铁基合金焊缝低10倍左右;高镍基焊材的线胀系数与珠钢体耐热钢接近，耐热钢在20～593℃平均线胀系数为 14.22(cm/cm/℃×10-4)，而镍基焊缝金属在20～593℃平均线胀系数为 15.12(cm/cm/℃×10-4)，这样可以减少熔合区热应力和热疲劳的不断影响。
国外电站对奥氏体钢与铁素体钢焊接接头容易发生早期失效问题，一些研究机构分别研究了以奥氏体钢作为填充金属接头和用镍基合金作为填充金属接头。通过对这种异种钢失效接头统计表明，用奥氏体填充金属的接头早期失效的概率比镍基的高，前者在运行104h 前就可能发生失效，运行104h时，其失效的概率已经达到≥1%。而镍基填充金属的接头在运行104h后的失效概率还很小，105 h后才达到≥1%的水平。所以，笔者认为，在施工工期极短，没有焊后热处理时间的情况下或者由于有可能受部件客观条件限制，焊前预热和后热处理达不到工艺措施的要求的情况下进行工件局部补焊，完全可以采用高镍基焊接材料进行补焊，此工艺目前在国内也是得到大家认可的局部补焊工艺。
二、大管径、厚壁管道缺陷补焊及附件安装焊接工艺
火力发电厂常出现大管径、厚壁管道在安装、运行或检修过程中，此类管道表面被碰伤或发现其它小面积局部缺陷或泄露现象，根据电力安装规程规范属于超标缺陷或影响电厂的正常运行，要求进行补焊，建议应遵循以下几点。(1)如在安装过程中发现此类缺陷，母材材质为CrMoV或CrMo钢材，应尽量克服各种困难，采用和母材同类型的珠光体焊条热焊工艺，焊前预热、焊后进行高温回火，保证管道以后的安全运行。如果母材材质为普通碳钢，根据电力规程规范需要焊后热处理，而热处理因特殊原因无法进行，建议可考虑采用镍基焊材进行小面积局部补焊。(2)在电厂运行、检修过程中发现此类缺陷，考虑到提前生产发电需要，尽可能降低损失，提高经济效益。可采用高镍基焊接材料进行小面积局部补焊。
在电厂安装过程中，常出现管道蠕胀测点等现场安装焊接。如果采用和母材同类型的珠光体焊条热焊工艺，焊前预热、焊后进行高温回火，考虑到蠕胀测点螺丝丝扣容易因变形而损坏，影响安装质量，所以也可考虑采用镍基焊丝进行焊接，焊后不需要进行高温回火。
三、补焊工艺措施
(一)清除缺陷
1.裂纹缺陷清除与坡口制备
(1)挖除裂纹时，应先查明裂纹的始末端，用着色试验和磁粉探伤检查裂纹的长度及其末端，确认裂纹位置后，在裂纹的下尖端5-10mm处用钻头垂直于焊缝钻止裂孔。
(2)根据裂纹的走向和焊接位置制备坡口。横焊时，在垂直平面内开成不对称形的坡口，要求上坡口大，下坡口小。其他焊接位置应开成V形或U形坡口，尽量不在仰焊位置补焊。
(3)开坡口时，用φ10mm-φ18mm不等直径的2-3个钻头，先小后大，以宝塔型沿裂纹钻孔。若裂纹是穿透性的，则应钻至根部，注意留有钝边，以保证第一层补焊的质量。
(4)采用角向磨光机机械法去除带菱角部分的金属，坡口底部转角处应尽量圆滑，坡口不得有急剧的凹凸不平和死角，打磨完坡口，经磁粉探伤或着色检验，确认无裂纹后方可补焊。
(5)也可采用碳弧气刨，但应特别注意在刨除工作结束后，必须用电动工具将淬硬层清除干净后再进行渗透探伤。
2. 清除工件表面凹坑等缺陷
用磨光机或其它电动工具将缺陷清除即可，经磁粉探伤或着色检验后再焊接。
3.清理坡口
用丙酮将待焊部位及其周围50mm范围内的油污清理干净。
(二)焊前预热
采用冷焊工艺焊前工件材质应在预热150～200℃温度下再焊接，可采用氧乙炔加热方法，将坡口两侧各150mm范围内母材均匀加热。
(三)应注意事项
(1)采用多层多道、短弧焊接，先焊两侧后焊中间，施焊过程中焊条不做横向摆动，以加强熔池保护，收弧时必须填满弧坑，以防止出现弧坑裂纹。(2)严禁随意引燃电弧，控制层间温度不超过100度，接头错开，每焊一道后立即进行锤击消除应力，锤击顺序应先锤击焊道中部，后锤击焊道两侧，锤痕尽量保持排列整齐，并避免在一处重复或有跳越现象。锤击深度为0.3～0.6mm，可采用压缩空气，风镐进行。(3)部件表面小面积局部缺陷可采用全氩弧焊接，对于大面积缺陷修复，如铸缸开裂等现象，可以先用高镍基合金焊条进行过渡层堆焊，焊完冷却后进行表面渗透检验，无缺陷后再用A507焊条进行坡口满焊。这样既可以保证焊接质量，同时还可以节约成本。(4)焊完用石棉布进行保温缓冷，待冷却至室温后用磨光机将焊缝表面打磨圆滑过渡，以减少应力集中，并经无损检验合格。(5)机组运行后，平时如有检修的机会或小修、大修时，均应对补焊部位进行检查或检验。
四、结束语
笔者曾经在200MW和300MW机组安装、检修中，经历过以上几种补焊方法。如蠕胀测点安装焊接;主汽门自动安全阀裂纹挖补焊接、T91管焊接等，机组运行至今良好。并经多次咨询和技术资料论证，认为采用高镍基焊材补焊珠钢体耐热合金钢，此工艺在特殊情况下是可行的。只要严格施工工序，过程控制把关，即经济又能保证质量。
