一种电站高温耐热钢部件焊接修复方法
【专利摘要】本发明公开了一种电站高温耐热钢部件焊接修复方法，包括以下步骤：步骤一：施焊之前采用机械方法将开裂区域清除，制备坡口；步骤二：沿裂纹的发展方向将裂纹清除干净，修磨坡口；步骤三：采用低Cr含量的Ni基焊条，整个过程的焊接方法为手工焊条电弧焊；步骤四：焊接过后采用氧乙炔火焰将焊接修复部位加热至300-400℃，覆盖保温棉缓冷。本发明采用低铬镍基焊材进行焊接修复，采用该焊材所制备的修复区熔敷金属的热膨胀系数较低，同耐热钢接近，在高温服役状况下可显著减小熔合区的应力水平，此外，由于该Ni基焊材Cr含量低，可显著延长修复区服役寿命。
【专利说明】一种电站高温耐热钢部件焊接修复方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电站高温耐热钢部件焊接修复方法。
【背景技术】
[0002]电站耐热钢部件如联箱，高调门，堵阀，汽缸等工作于高温、高压环境中，在结构设计不合理以及内部存在显微裂纹、疏松、成分偏析等缺陷的影响下，损伤开裂时有发生。对这些部件进行焊接修复可以避免整体更换带来的巨大经济损失，具有较高的工程实际价值，但是由于抢修工期较短以及设备尺寸过大等原因，现场条件下常常无法进行焊后热处理。在这些情况下焊后回火热处理的同质热补焊工艺难以实现，因而只能选择异种焊接材料，采用局部预热的异质冷焊方式对其进行焊补。
[0003]目前，对于电站高温部件异质冷焊主要选择Ni基焊材，利用其所得焊缝良好的塑韧性来达到免热处理冷焊修复的目的。虽然这种焊接修复技术获得了一定程度的应用，但仍然存在以下三个主要问题:
[0004](I)目前焊接修复所用的Ni基焊材同耐热钢的热膨胀系数存在一定差异，导致在熔合区附近存在较高的应力水平，高温服役条件下修复部件在蠕变-疲劳交互作用下容易导致熔合区发生开裂，造成早期失效。
[0005](2)目前所选择的Ni基焊材熔敷金属成分，Cr含量较高(质量百分数大于13wt.%)，这将导致C元素具有从母材向焊缝迁移倾向，在工件高温服役过程中造成耐热钢粗晶区和熔合区附近形成尺寸粗大的析出相，产生蠕变孔洞而造成开裂。例如文献 J.D.Parker, G.C.Stratford.Review of factors affecting condition assessmentof nickel based transition joints.Science and Technology of Welding andJoining.1999,4(1):29-39研究表明，采用Inconel 182镍基焊材制备的焊接接头在高温服役情况下熔合区析出了大量尺寸较大的碳化物，造成性能下降，导致最终的开裂。
[0006](3)由于无法进行焊后热处理，耐热钢焊接修复区的热影响区韧性较低，增加了修复区的开裂倾向。
【发明内容】
[0007]为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种电站高温耐热钢部件焊接修复方法，采用低铬镍基焊材进行焊接修复，采用该焊材所制备的修复区熔敷金属的热膨胀系数较低，同耐热钢接近，在高温服役状况下可显著减小熔合区的应力水平，此外，由于该Ni基焊材Cr含量低，碳元素迁移倾向小，熔合区在长时高温服役状况下形成析出相的倾向明显减小，可显著延长修复区服役寿命，而且，本发明针对耐热钢修复区中热影响区脆化问题，提出合理选择打底层以及填充层的焊条直径和焊接热输入，通过第一层填充层焊道对耐热钢热影响区的回火作用来提高热影响区韧性，提高修复区质量。
[0008]为实现上述目的，本发明的具体方案如下:
[0009]一种电站高温耐热钢部件焊接修复方法，包括以下步骤:[0010]步骤一:施焊之前采用机械方法将开裂区域清除，制备坡口 ；
[0011]步骤二:沿裂纹的发展方向将裂纹清除干净，修磨坡口 ；
[0012]步骤三:采用低Cr含量的Ni基焊条焊接，整个过程的焊接方法为手工焊条电弧焊;
[0013]步骤四:焊接过后采用氧乙炔火焰将焊接修复部位加热至300-400°C，覆盖保温棉缓冷。
[0014]所述步骤二中，将裂纹清除干净时采用角向磨光机和旋转锉。
[0015]所述步骤二中，修磨后的坡口为U形坡口，U形坡口的圆弧对应的半径R，R5mm，U形坡口两边圆弧的切线与坡口底部平面法线方向的夹角α，α >15°。
[0016]所述步骤三中焊接过程具体如下:打底焊接时，采用火焰或电阻预热的方式将待焊部件预热至100-150°C，打底层采用Φ2.5_焊条，直流反接，焊接电流为60A-70A ；
[0017]完成打底层焊接之后采用Φ 2.5mm焊条或Φ 3.2mm焊条焊接第一层填充层各焊道，Φ2.5mm焊条对应的焊接电流为60A-90A，Φ3.2mm焊条对应的焊接电流为90-120A ；
[0018]其余填充层采用Φ 2.5mm焊条或Φ 3.2mm焊条,直流反接，Φ 2.5mm焊条的焊接电流为60A-90A，Φ3.2mm焊条的焊接电流为70-90A ；
[0019]焊接过程中除打底层和盖面层之外，其余各层均进行锤击以消除应力，锤击采用圆头锤进行手工锤击，或者采用带有圆头锤的风镐锤击，风压选择0.25MPa-0.45MPa。
[0020]所述步骤三中低Cr含量的Ni基焊条包括如下质量百分比的成分:
[0021]C0.09%-0.14%, Si0.05%_0.25%, Mnl.2%-1.8%, P 0.01%, S 0.01%, Fe38%-42%,Cr8.5%-9.5%, Mol.8%-2.2%, A10.l%-0.2%, Nb0.9%-l.4%, N ^ 0.02%, Ti ( 0.05%,B0.0005%-0.002%,余量为 Ni。
[0022]所述Ni基焊条的药皮为碱性或酸性。
[0023]完成打底层焊接之后优选推荐采用Φ 3.2mm焊条焊接第一层填充层各焊道，焊接电流90-120A，该焊道对打底层带来的热影响区具有回火作用，可提高热影响区的韧性。
[0024]本发明的有益效果:
[0025]本发明采用低铬镍基焊材进行焊接修复，采用该焊材所制备的修复区熔敷金属的热膨胀系数较低，同耐热钢接近，在高温服役状况下可显著减小熔合区的应力水平，此外，由于该Ni基焊材Cr含量低，碳元素迁移倾向小，熔合区在长时高温服役状况下形成析出相的倾向明显减小，可显著延长修复区服役寿命，而且，本发明针对耐热钢修复区中热影响区脆化问题，提出合理选择打底层以及填充层的焊条直径和焊接热输入，通过第一层填充层焊道对耐热钢热影响区的回火作用来提高热影响区韧性，提高修复区质量。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1，U形坡口结构示意图。
【具体实施方式】:
[0027]下面结合附图对本发明进行详细说明:
[0028]某电厂高压调门在检修中发现开裂，缺陷位于调门东侧支撑左上处，裂纹沿原焊接修复区熔合线走向发展，开裂部分最深处经打磨后几乎贯穿整个壁厚。上次修复距本次开裂时间为两年。该高压调门为铸造结构，材质为ZG15CrlMoV。调门壁厚在70_90mm之间，调门工作压力为12MPa，蒸汽温度为535°C。采用下述工艺对调门进行了修复。
[0029](I)采用角向磨光机和旋转锉，沿裂纹的发展方向将裂纹清除干净，将坡口修磨光滑，使其角度为15°~20°。为确保焊接质量，应尽量将原焊补区焊缝和热影响区清除干净，且将坡口周围10~15mm的范围清出金属光泽。
[0030](2)着色检验缺陷清除部位确认裂纹已全部清除干净，采用酒精和丙酮将补焊坡口面及其周围擦洗干净。
[0031 ] (3)焊工应持有奥氏体不锈钢的合格项目，施焊前应模拟现场的情况进行练习，试样检验合格后方可施焊。
[0032](4)焊接方法为手工焊条电弧焊，选择焊条熔敷金属的化学成分为:C0.09%-0.14%, Si0.05%-0.25%, Mnl.2%-1.8%, P ≤ 0.01%, S ≤ 0.01%, Fe38%-42%,Cr8.5%-9.5%, Mol.8%-2.2%, A10.l%-0.2%, Nb0.9%-l.4%, N ≤0.02%, Ti ( 0.05%,B0.0005%-0.002%，余量为Ni (质量百分数)。焊条的规格为Φ2.5mm和Φ3.2mm，焊条在使用前需经300°C *lh的规范烘干，装入保温筒中带入现场随用随取。
[0033](5)焊接电流Φ2.5mm的焊条，焊接电流为60~70A，Φ3.2mm的焊条，焊接电流为75~100A，采用直流反接。每层焊缝的厚度不得大于所用焊条的直径，保持焊缝的宽深比为2:1。
[0034](6)焊接顺序为环向焊接，分段退焊，具体过程:先用Φ2.5mm的焊条从坡口底部向两侧沿整个坡口表面堆敷I层，并延伸至坡口边沿外5mm处，然后用Φ3.2mm焊条进行第一道填充层焊接，焊接电流为100A，其余各填充焊道选用Φ3.2mm焊条，电流75A-90A，堆敷后修磨焊层表面使之圆滑。
[0035](7)打底层焊接前用电阻加热方式预热焊补区至150°C。
[0036](8)焊接过程中若终止时间较长应将温度升至350°C保温缓冷。
[0037](9)焊接过程中要求引熄弧都在坡口内进行，焊道分布要尽量对称，接头要错开，并注意清渣。焊工要严格执行操作工艺，采用短弧焊，焊条不摆动，窄焊道，焊道排列以压前道1/3为宜。
[0038](10)焊接时除第一层和最后一层外，其余各层应对每道焊道进行锤击。采用带有圆头锤的风镐锤击，风压选择0.35MPa-0.4MPa。锤击要趁焊缝高温时进行，锤击效果以观察到焊缝发生明显塑性变形为准。
[0039](11)盖面层采用Φ2.5mm的焊条，焊接电流60A-70A，焊缝最后高出母材1.5mm左右并与母材圆滑过渡。
[0040](12)焊后将焊补区加热至350°C保温2h后缓冷。
[0041](13)打磨焊补区与母材持平，着色检验焊补区不得有裂纹存在。
[0042]根据上述措施，焊接修复了该高压调门，焊接修复的调门焊补区未发现裂纹等缺陷。所修复的调门迄今已安全服役4年，未再发现开裂现象产生。
【权利要求】
1.一种电站高温耐热钢部件焊接修复方法，其特征是，包括以下步骤: 步骤一:施焊之前采用机械方法将开裂区域清除，制备坡口 ； 步骤二:沿裂纹的发展方向将裂纹清除干净，修磨坡口 ； 步骤三:采用低Cr含量的Ni基焊条焊接，整个过程的焊接方法为手工焊条电弧焊； 步骤四:焊接过后采用氧乙炔火焰将焊接修复部位加热至300-400°C，覆盖保温棉缓冷。
2.如权利要求1所述的一种电站高温耐热钢部件焊接修复方法，其特征是，所述步骤二中，将裂纹清除干净时采用角向磨光机和旋转锉。
3.如权利要求1所述的一种电站高温耐热钢部件焊接修复方法，其特征是，所述步骤二中，修磨后的坡口为U形坡口，U形坡口的圆弧对应的半径R，R≥5mm, U形坡口两边圆弧的切线与坡口底部平面法线方向的夹角α，α > 15°。
4.如权利要求1所述的一种电站高温耐热钢部件焊接修复方法，其特征是，所述步骤三中焊接过程具体如下:打底焊接时，采用火焰或电阻预热的方式将待焊部件预热至100-150°C，打底层采用Φ2.5mm焊条，直流反接，焊接电流为60A-70A ； 完成打底层焊接之后采用Φ2.5mm焊条或Φ3.2mm焊条焊接第一层填充层各焊道，Φ2.5mm焊条对应的焊接电流为60A-90A，Φ3.2mm焊条对应的焊接电流为90-120A ； 其余填充层采用Φ2.5mm焊条或Φ3.2mm焊条,直流反接，Φ2.5mm焊条的焊接电流为60A-90A, Φ3.2mm焊条的焊接电流为70-90A ； 焊接过程中除打底层和盖面层之外，其余各层均进行锤击以消除应力，锤击采用圆头锤进行手工锤击，或者采用带有圆头锤的风镐锤击，风压选择0.25MPa-0.45MPa。
5.如权利要求1或4所述的一种电站高温耐热钢部件焊接修复方法，其特征是，所述步骤三中低Cr含量的Ni基焊条包括如下质量百分比的成分:
C0.09%-0.14%, Si0.05%-0.25%, Mnl.2%-1.8%, P ≤ 0.01%, S ≤0.01%, Fe38%-42%,Cr8.5%-9.5%, Mo 1.8%-2.2%, A10.l%-0.2%, Nb0.9%-l.4%, N ≤0.02%, Ti ≤0.05%,B0.0005%-0.002%,余量为 Ni。
6.如权利要求5所述的一种电站高温耐热钢部件焊接修复方法，其特征是，所述Ni基焊条的药皮为碱性或酸性。
【文档编号】B23K35/24GK103464925SQ201310433417
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月22日 优先权日:2013年9月22日
【发明者】杜宝帅, 张忠文, 李新梅 申请人:国家电网公司, 山东电力研究院