高温再热蒸汽管道水压堵阀阀体裂纹的补焊

        1 概述
        1000MW超超临界塔式锅炉的主蒸汽出口压力为27.46MPa，出口蒸汽温度为605℃；高温再热蒸汽出口压力为5.75MPa，出口再热蒸汽温度为603℃。机组运行约5000h后进行检修，在高温再热蒸汽出口管道上的四只水压堵阀（材质为C12A）均发现了长短不一的裂纹。其中一只堵阀有39处裂纹，最长达60mm。本文对堵阀阀体表面裂纹原因进行分析，制定裂纹消除和焊接工艺措施，并实施了异质冷补和同质热补的补焊工艺，取得了良好的修复效果，保证了锅炉的安全稳定运行。
        2 裂纹原因

表1 堵阀相关参数

        堵阀（表1）为铸钢件，表面存在铸造缺陷，在缺陷尖端形成裂纹源，是造成阀体开裂的主要原因。而堵阀制造后没有经过长时间时效处理，由于内应力的存在，成为造成阀门高温下运行一段时间后阀体开裂的另一原因。阀体在补焊处开裂是由于补焊应力没有完全消除，造成运行中开裂。
        3 缺陷处理
        用角磨机打磨裂纹部位，彻底消除裂纹后，将待焊部位修磨成U形坡口，并修磨表面及清除周围50mm范围内的油和锈等杂质，且露出金属光泽。消除裂纹处进行磁粉探伤检查，确认无缺陷后进行补焊。不需补焊的部位进行圆滑过渡，不允许存在尖角。
        4 补焊工艺
        深度小于8mm的裂纹不必补焊，打磨圆顺即可。深度为8～25mm，采用异质冷补焊工艺方案。为了防止熔敷金属量大，在运行过程中存在组织应力过大，造成开裂，深度大于25mm的裂纹采用同质热补焊工艺（表2）。

表2 手工电弧焊焊接工艺规范

        焊前将碱性焊条在300～350℃下烘焙1h。现场焊接时，焊条存放在保温筒中逐根取用，保温筒应始终接通电源，温度保持在100～150℃。焊接材料应有制造厂的合格证明。    
        4.1 异质冷补焊
        阀体采用局部预热，预热范围为待补焊部位及周边100mm内。预热温度为100～150℃，采用远红外线测温仪测温。阀体预热至100～150℃后，首先采用Φ3.2mm焊条打底焊3～5mm一层，打底焊时尽量选用较小的焊接电流，以减少母材稀释。打底焊完成后立即用石棉布保温缓冷，至室温后清渣进行宏观检查，发现缺陷及时处理。然后采用同种镍基焊条在室温下进行填充及盖面。为减少变形和应力，采用多层多道焊连续施焊方法，焊条不摆动，每层焊道的单层厚度大致是所用焊条的直径，后焊道压先焊道的1/3，焊接速度控制在70～130mm/min。
        除打底层不锤击之外，其余各层在清渣后均需进行锤击，锤击时先锤击焊道中部，后锤击焊道两侧，锤痕应紧凑整齐，避免重复。每施焊完一层应及时清理焊渣，检查补焊质量，若有缺陷要及时打磨清除。在整个焊接过程中，基体金属温度不允许高于100℃。严禁在工件表面引弧、试电流。施焊过程中应特别注意接头和收弧的质量，收弧时应注意填满弧坑，多层多道焊的接头应错开。焊后将阀体补焊部位局部加热至100～150℃，采用保温棉覆盖在补焊部位以延缓冷却速度。
        4.2 同质热补焊工艺
        采用电加热法将阀体整体加热。将阀门从管道上拆卸下来，用保温棉将阀门进出口塞实。加热带布置应均匀，将阀体、肩部以上部位和焊接短管均用加热器包扎好，留出补焊部位，外面用一层保温棉，完全包扎好后，升温至200-250℃，并保持7～8h，保证阀体内壁温度达到要求。
        阀体预热至200～250℃后，首先采用Φ3.2mm焊条打底焊3～5mm一层，清渣进行宏观检查，发现缺陷及时处理。然后进行填充及盖面。为减少变形和应力，采用多层多道焊接，焊条不摆动，每层焊道的单层厚度大致是所用焊条的直径。    
        每焊完一层应及时清理焊渣（不宜重击焊缝），检查补焊质量，若有缺陷要及时打磨清除，确认无夹渣等缺陷后进行下一道补焊，直至补焊完成。严禁在工件表面引弧或试电流。施焊过程中应特别注意接头和收弧的质量，收弧时应注意填满弧坑，多层多道焊的接头应错开。
        4.3 热处理
        焊后热处理采用电加热，加热带布置均匀，将阀体、肩部以上部位和焊接短管均用加热器包扎，保温棉至少2层以上，保证阀体整体均匀升温。热处理时，先将阀体冷却至80～100℃，保温1～2h，然后以小于80℃/h的速度升温至740℃，保温4h后缓慢冷却，降温速度小于80℃/h，300℃以下可不控制温度。若焊后不能及时进行热处理，需冷至室温较长时间时，应将焊缝升温至350℃，保温2h后实施消氢处理。
        5 质量检验
        补焊后清除熔渣及飞溅物等杂质，打磨补焊金属表面平整，并平滑过渡到母材。补焊区不允许存在咬边、裂纹、未熔合、气孔、夹渣及低于相邻母材表面质量要求的缺陷。全部补焊后进行表面打磨，保持焊缝表面平整光滑，渗透检查补焊部位，合格。热补焊处进行硬度检测，硬度值约220HB，符合要求。
        6 结语
        铸钢件缺陷在线补焊是一项经济、节能的再制造工程技术。采用镍基材料低温冷焊和同质热补焊的工艺方法，对C12A材料制造的锅炉高温再热水压堵阀进行局部裂纹修复焊接，效果良好，能够满足机组使用要求，进而确保了电力设备安全、可靠和稳定的运行。
        参考文献
        [1]JB/T3595－2002，电站阀门一般要求〔S〕.
        [2]DL/T753－2001汽轮机铸钢件补焊技术导则〔S〕.