摘 要：電力系統中部分大型鑄鋼件裂紋補焊，因補焊坡口的形狀、位置等原因，無法一次完成敷焊層焊接，通過現場實際應用研究，認為採用分段冷補焊工藝同樣可以完成大型鑄鋼件的修復工作。
關鍵詞：大型鑄鋼件；焊接工藝；冷補焊；鎳基焊條?
在火電廠發電設備中大量使用的耐熱鑄鋼件，由於結構設計、製造和運行等原因，可能會產生裂紋，有些裂紋深度甚至超過工件壁厚的一半以上。這些裂紋的存在，嚴重影響著機組的安全運行。對於裂紋的補焊，由於熱焊方法熱處理工藝實施困難且容易導致工件變形等原因，近年來在工程中已很少採用。在裂紋的冷補焊工藝方法中，較成熟且經常採用的為鎳基奧氏體焊條冷補焊工藝，這是因為其熔敷金屬的線膨脹係數更接近於被焊的珠光體材料，同時在焊接過程中，焊縫金屬和母材的結合在靠近熔合線的地方不易形成脆性的馬氏體層。
鎳基焊條冷補焊工藝在焊接過程中主要分為預熱狀態下的敷焊層（打底層）焊接和常溫狀態下的填充層焊接2部分。通常情況下，整個敷焊層焊接完成後，立即保溫緩冷，至室溫后再進行填充層的焊接。若補焊坡口的形狀、位置等不允許一次完成敷焊層焊接，可採用分段（多次）進行敷焊層和填充層焊接工藝完成大型鑄鋼件的修復工作，下面以石家莊熱電廠#15機主汽門裂紋補焊為例，分析分段（多次）進行敷焊層和填充層焊接的鎳基焊條冷補焊工藝。?
1缺陷情況
石家莊熱電廠#15機為南京汽輪機廠生產的B25-8.83/0.98型汽輪機，至今已運行4.8 萬h，主汽門材料為ZG15Cr1Mo1V。在2001年10月的大修中發現，汽輪機自動主汽門結合面的螺栓孔之間存在2條裂紋，如圖1所示，主汽門內側裂紋深度約30 mm，裂紋從內向外貫穿整個缸體厚度，在裂紋的近末端還有一條較短的裂紋，長度約35 mm。
2補焊工藝初步制定
基於該裂紋所處的位置和裂紋的大小，決定採用冷焊的方法進行補焊，具體工藝如下：
a. 清除裂紋。用機械方法將裂紋挖除乾淨，形成U型焊接坡口，坡口根部的最小圓角半徑為5 mm。如果裂紋延伸至螺栓孔，則要將螺栓孔清理乾淨，補焊螺栓孔，最後再加工螺栓孔。
b. 用丙酮將施焊部位及其周圍50 mm範圍內的油污雜質清理乾淨。
c. 用大號烤把將坡口及其周圍加熱到200～250 ℃，進行第一次敷焊層焊接。緩冷到室溫后開始填充層焊接。
d. 焊接。焊接材料：採用φ2.5 mm和φ3.2 mm的NiCrFe-3型鎳基焊條，焊前經200～250 ℃2 h的烘烤，用乾燥的保溫筒盛裝，運至補焊現場。焊接設備：直流焊機，反接。焊接電流：?2.5 mm焊條為60～80A，3.2 mm焊條70～90 A。焊接電壓：25～30 V。施焊人員：選電力系統具有合金大管焊接合格證的焊工1～2名。
e. 施焊時要求小電流短焊道。焊道長度不超過50 mm，焊條不擺動，層間溫度不超過70 ℃，每道焊道焊后立即進行錘擊。在焊接過程中如發現焊接缺陷，立即進行修磨處理。
f. 焊后檢驗。在溫度冷卻到室溫后對補焊區域進行打磨，然後進行著色探傷檢查，無表面焊接缺陷為合格。
3實際補焊過程
3.1缺陷挖除及坡口修磨
使用機械方法打磨掉裂紋后，仍存在原始鑄造疏鬆缺陷，繼續挖至約70 mm深，坡口底部缺陷消失，兩側仍存在少量局部疏鬆，考慮到坡口兩側距螺栓孔距離有限，若完全挖凈疏鬆，勢必破壞螺栓孔，而現場補焊並加工螺栓孔很難實現，經研究決定，不再擴寬坡口。經修磨，最終坡口型式如圖2所示，平均寬度28 mm，最深70 mm。
3.2焊前準備
嚴格按照制定的工藝要求，對坡口及其周圍進行清理。焊條按要求烘乾並存放在保溫筒中待用。將主汽門門體包裹保溫材料。準備好錘擊及清除飛濺需要使用的扁鏟等用具、焊接機具以及大號烤把等。持證焊工按要求先進行模擬試焊練習。?
3.3分段補焊
鎳基焊條冷補焊施焊分敷焊層的焊接和填充層的焊接2個步驟進行。即在預熱的條件下，先完成焊條熔敷金屬與門體之間的異種金屬焊接，然後緩冷至室溫，再進行焊條熔敷金屬與敷焊層之間同種金屬的焊接。由於實際坡口窄而深，無法一次完成敷焊層的焊接，所以敷焊層與填充層的焊接分4步進行，如圖3所示。
敷焊層的焊接預熱溫度控制在200 ℃左右並保溫，使用φ2.5 mm焊條，焊接電流70 A左右，焊條不擺動，每條焊道長度不超過50 mm。每次熔敷層焊接完畢，檢查有無缺陷，緩冷至室溫時才可進行填充層的焊接。填充層焊接時要注意層間溫度不超過70℃，焊道交錯布置，接頭錯開，每道焊道焊后立即進行錘擊消除應力，清除飛濺、死角。φ2.5 mm與φ3.2 mm焊條可交替使用，避免熱輸入量過高。焊接過程中，每道焊縫焊完之後焊工應及時進行外觀檢查，特別注意弧坑處產生的細小熱裂紋，發現缺陷應及時處理，方可繼續進行焊接。焊后照片如圖4所示。
4焊后檢驗
焊后經緩冷至室溫後進行表面打磨，然後進行著色探傷，經檢驗補焊區未見缺陷痕迹，大型鑄鋼件分段冷補焊工藝成功，目前,該主汽門仍安全運行。
5結論
大型鑄鋼件鎳基焊條冷補焊，對於窄而深的坡口或因焊接位置所限，敷焊層無法一次焊完的區域，可採用分段冷補焊工藝依次進行敷焊及填充層的焊接，但反覆加熱次數不宜太多。補焊過程中錘擊非常重要，可有效地減低應力，避免因窄而深坡口的較大拘束，使焊縫產生裂紋等缺陷。
大型鑄鋼件的冷補焊，從坡口打磨、焊前預熱到實施補焊的全過程要嚴格控制溫度範圍、焊接線能量、表面錘擊以及焊接順序等每道工序，不可操之過急，這樣才能確保補焊工作順利完成
