設備消缺是電廠安裝、運行經常遇到的工作，施工之前由于設備制造質量差、運輸及維護保管不良、電廠安裝或投產運行后某些部件存在著種類不同的缺陷或泄露。修正這些缺陷，可以解決工程急需及備品供應問題，對保障電廠長期安全運行具有十分重要意義。同時在電廠安裝過程中，也經常碰到管道附件(如蠕脹測點)安裝，由于受客觀條件限制，不能進行焊后熱處理。本文主要針對低合金耐熱鋼冷焊工藝在實際操作中的可行性進行分析。

　　摘　要：采用高鎳基焊材補焊珠鋼體耐熱合金鋼工藝，由于可不做焊后熱處理，焊接時間短，成本低，節約檢修時間，提高經濟效益。

　　關鍵詞：中級機械工程師論文,補焊工藝,過渡層,缺陷,檢驗

　　一、低合金耐熱鑄鋼補焊工藝

　　(一)采用和母材同類型的珠光體焊條熱焊工藝

　　焊前預熱、焊后進行高溫回火，焊接工藝比較復雜、焊接費用高，且焊后容易產生變形。同時，由于可能受部件客觀條件限制，焊前預熱和后熱處理達不到工藝措施的要求，易造成坡口邊緣產生未熔合或冷裂紋缺陷，且焊后熱處理的組織也無法保證。如汽輪機高壓外缸、高壓自動主汽門等耐熱鋼鑄件補焊、壓力容器補焊等。因此，此工藝現場不宜采用。

　　(二)用鐵基奧氏體不銹鋼焊條冷焊工藝

　　這種工藝焊接工期短，焊接成本低，但焊接時存在以下問題。

　　1.熱應力問題

　　由于母材和填充金屬的線膨脹系數差異較大，它們所組成的焊接接頭會產生很大的熱應力，可促使融合區缺陷的發展和聚集。焊接接頭冷卻收縮時，拘束應力在脫碳層得到松弛，而在增碳層集中，形成應力集中，在周期性加熱和冷卻條件下工作時，可能出現熔合區珠鋼體側熱疲勞裂紋。耐熱鋼在20～593℃平均線脹系數為 14.22(cm/cm/℃×10-4)，而鐵基奧氏體不銹鋼在20～593℃平均線脹系數為 18.70(cm/cm/℃×10-4)，隨著焊縫金屬線脹系數的降低，鐵素體/焊縫熔合線上的有效應力呈線性減少。有資料研究表明，焊縫線脹系數以更接近低強母材些為最好。

　　2. 耐熱鋼合金成分含量問題

　　用奧氏體不銹鋼補焊珠剛體耐熱鋼時，由于珠剛體耐熱鋼合金成分含量低，對焊縫金屬的成分有沖淡作用，焊縫的奧氏體形成元素不足，使焊縫中出現馬氏體組織，從而引起焊接接頭質量惡化，甚至引起裂紋。另一方面，熔化的母材與填充金屬相互混合的程度在熔池內部和邊緣并不相同，熔池邊緣液態金屬的溫度較低，流動性較差，液態停留時間較短，受到機械力攪拌的作用也較弱。固熔化的母材和填充金屬不能充分的混合，在融合區形成一個合金元素濃度高的過渡層。過渡層內會出現硬度很高的馬氏體組織，在焊接或使用中可能導致熔合區的破壞，降低焊接結構的可靠性。

　　3. 碳濃度呈現的不均勻性問題

　　焊縫和母材由于合金成分相差較大，焊接時熔合區合金元素要進行再分配，特別是含有大的性能量的碳化物形成元素與碳的結合，導致碳的擴散和遷移，結果碳的濃度呈現極大地不均勻性。通常在焊后冷卻條件下，碳來不及擴散遷移，所以焊態焊縫熔合區的碳遷移是不明顯的，但在長時間的高溫作用下，碳擴散層明顯，含鉻量低的一側出現脫碳層，含鉻量高的一側出現增碳層，造成熔合區過早破壞。

　　綜上所述：筆者認為，如果采用鐵基奧氏體不銹鋼焊條補焊工藝，最多只適用于小面積缺陷的補焊，或者盡可能不采用此工藝補焊。

　　(三)采用高鎳基焊條或者焊絲進行補焊

　　其優點為：焊后不需要熱處理，焊接時間短，成本低，尤其是電廠，能提前運行，不影響生產、發電，經濟效益明顯;鎳基合金在熔合區不會生成脆性過渡層，不會出現脆性馬氏體組織;碳遷移問題能被鎳有效抑制，焊縫熔合區金相組織具有很好的穩定性，高溫下具有很好的工作性能，在鎳基合金焊縫熔合區脫碳層中，由于聚集再結晶而引起的晶粒增長要比鐵基焊縫需要更多的時間，早期失效概率比鐵基合金焊縫低10倍左右;高鎳基焊材的線脹系數與珠鋼體耐熱鋼接近，耐熱鋼在20～593℃平均線脹系數為 14.22(cm/cm/℃×10-4)，而鎳基焊縫金屬在20～593℃平均線脹系數為 15.12(cm/cm/℃×10-4)，這樣可以減少熔合區熱應力和熱疲勞的不斷影響。

　　國外電站對奧氏體鋼與鐵素體鋼焊接接頭容易發生早期失效問題，一些研究機構分別研究了以奧氏體鋼作為填充金屬接頭和用鎳基合金作為填充金屬接頭。通過對這種異種鋼失效接頭統計表明，用奧氏體填充金屬的接頭早期失效的概率比鎳基的高，前者在運行104h 前就可能發生失效，運行104h時，其失效的概率已經達到≥1%。而鎳基填充金屬的接頭在運行104h后的失效概率還很小，105 h后才達到≥1%的水平。所以，筆者認為，在施工工期極短，沒有焊后熱處理時間的情況下或者由于有可能受部件客觀條件限制，焊前預熱和后熱處理達不到工藝措施的要求的情況下進行工件局部補焊，完全可以采用高鎳基焊接材料進行補焊，此工藝目前在國內也是得到大家認可的局部補焊工藝。

　　二、大管徑、厚壁管道缺陷補焊及附件安裝焊接工藝

　　火力發電廠常出現大管徑、厚壁管道在安裝、運行或檢修過程中，此類管道表面被碰傷或發現其它小面積局部缺陷或泄露現象，根據電力安裝規程規范屬于超標缺陷或影響電廠的正常運行，要求進行補焊，建議應遵循以下幾點。(1)如在安裝過程中發現此類缺陷，母材材質為CrMoV或CrMo鋼材，應盡量克服各種困難，采用和母材同類型的珠光體焊條熱焊工藝，焊前預熱、焊后進行高溫回火，保證管道以后的安全運行。如果母材材質為普通碳鋼，根據電力規程規范需要焊后熱處理，而熱處理因特殊原因無法進行，建議可考慮采用鎳基焊材進行小面積局部補焊。(2)在電廠運行、檢修過程中發現此類缺陷，考慮到提前生產發電需要，盡可能降低損失，提高經濟效益�？刹捎酶哝嚮�焊接材料進行小面積局部補焊。

　　在電廠安裝過程中，常出現管道蠕脹測點等現場安裝焊接。如果采用和母材同類型的珠光體焊條熱焊工藝，焊前預熱、焊后進行高溫回火，考慮到蠕脹測點螺絲絲扣容易因變形而損壞，影響安裝質量，所以也可考慮采用鎳基焊絲進行焊接，焊后不需要進行高溫回火。

　　三、補焊工藝措施

　　(一)清除缺陷

　　1.裂紋缺陷清除與坡口制備

　　(1)挖除裂紋時，應先查明裂紋的始末端，用著色試驗和磁粉探傷檢查裂紋的長度及其末端，確認裂紋位置后，在裂紋的下尖端5-10mm處用鉆頭垂直于焊縫鉆止裂孔。

　　(2)根據裂紋的走向和焊接位置制備坡口。橫焊時，在垂直平面內開成不對稱形的坡口，要求上坡口大，下坡口小。其他焊接位置應開成V形或U形坡口，盡量不在仰焊位置補焊。

　　(3)開坡口時，用φ10mm-φ18mm不等直徑的2-3個鉆頭，先小后大，以寶塔型沿裂紋鉆孔。若裂紋是穿透性的，則應鉆至根部，注意留有鈍邊，以保證第一層補焊的質量。

　　(4)采用角向磨光機機械法去除帶菱角部分的金屬，坡口底部轉角處應盡量圓滑，坡口不得有急劇的凹凸不平和死角，打磨完坡口，經磁粉探傷或著色檢驗，確認無裂紋后方可補焊。

　　(5)也可采用碳弧氣刨，但應特別注意在刨除工作結束后，必須用電動工具將淬硬層清除干凈后再進行滲透探傷。

　　2. 清除工件表面凹坑等缺陷

　　用磨光機或其它電動工具將缺陷清除即可，經磁粉探傷或著色檢驗后再焊接。

　　3.清理坡口

　　用丙酮將待焊部位及其周圍50mm范圍內的油污清理干凈。

　　(二)焊前預熱

　　采用冷焊工藝焊前工件材質應在預熱150～200℃溫度下再焊接，可采用氧乙炔加熱方法，將坡口兩側各150mm范圍內母材均勻加熱。

　　(三)應注意事項

　　(1)采用多層多道、短弧焊接，先焊兩側后焊中間，施焊過程中焊條不做橫向擺動，以加強熔池保護，收弧時必須填滿弧坑，以防止出現弧坑裂紋。(2)嚴禁隨意引燃電弧，控制層間溫度不超過100度，接頭錯開，每焊一道后立即進行錘擊消除應力，錘擊順序應先錘擊焊道中部，后錘擊焊道兩側，錘痕盡量保持排列整齊，并避免在一處重復或有跳越現象。錘擊深度為0.3～0.6mm，可采用壓縮空氣，風鎬進行。(3)部件表面小面積局部缺陷可采用全氬弧焊接，對于大面積缺陷修復，如鑄缸開裂等現象，可以先用高鎳基合金焊條進行過渡層堆焊，焊完冷卻后進行表面滲透檢驗，無缺陷后再用A507焊條進行坡口滿焊。這樣既可以保證焊接質量，同時還可以節約成本。(4)焊完用石棉布進行保溫緩冷，待冷卻至室溫后用磨光機將焊縫表面打磨圓滑過渡，以減少應力集中，并經無損檢驗合格。(5)機組運行后，平時如有檢修的機會或小修、大修時，均應對補焊部位進行檢查或檢驗。

　　四、結束語

　　筆者曾經在200MW和300MW機組安裝、檢修中，經歷過以上幾種補焊方法。如蠕脹測點安裝焊接;主汽門自動安全閥裂紋挖補焊接、T91管焊接等，機組運行至今良好。并經多次咨詢和技術資料論證，認為采用高鎳基焊材補焊珠鋼體耐熱合金鋼，此工藝在特殊情況下是可行的。只要嚴格施工工序，過程控制把關，即經濟又能保證質量。