汽轮机堆焊工艺

1、汽轮机堆焊工艺1堆焊的特点与用途汽轮机零部件表面的堆焊，主要是为了是焊件表面获得具有特殊 性能的金属层，以满足工作要求。例如阀座、阀头的耐磨堆焊，调节 阀阀座的耐磨堆焊，汽缸防缝隙腐蚀堆焊、进汽插管堆焊以及转子轴 颈堆焊等。使其达到延长使用寿命和节约用材。堆焊作为汽轮机焊接 技术中的主要组成部分，随着技术发展，焊接方法趋于先进，焊接材 料更加合理，充分发挥出堆焊的优越性，使应用范围更加广泛。在焊接表面堆焊特殊性能的金属，充分发挥堆焊覆层的作用，达 到，耐磨、耐磨、耐蚀以提高使用寿命。避免使用整体特殊材料制作， 即节约了贵重材料又节省了加工工时， 同时满足了机组使用要求，具 有很大的经济效果。根

2、据汽轮机零部件的使用要求，堆焊的主要用途是为了提高耐磨 性，耐高温性能，耐蚀性和耐冲击性。2阀门、阀座堆焊方法的选择堆焊技术的应用，主要掌握的是正确、合理的选用堆焊材料和堆 焊方法。为此，必须了解被堆焊零部件的材质，工作条件和对堆焊层 的使用要求，在选定堆焊材料之后确定适宜的堆焊方法及堆焊工艺， 解决堆焊中出现的技术问题。目前广泛采用的堆焊方法有氧一乙炔堆焊、 焊条电弧焊、埋弧焊、 氩弧焊和等离子弧堆焊。堆焊方法选择的依据是堆焊金属稀释率小，熔敷速度快，生产率高，综合成本低，劳动条件好。结合生产实际情况，我公司生产中阀门堆焊司太立合金分别采用 过氧一乙炔气焊、焊条电弧焊、氩弧焊、 Cr12钢堆

3、焊采用埋弧焊。 2.1氧一乙炔火焰堆焊司太立合金氧一乙炔火焰堆焊设备简单，使用方便，火焰能率较低，熔深浅， 母材熔化量少，稀释率低，焊缝质量高；但是生产率低，劳动条件差， 要求操作技术高，难度大，对于堆焊司太立合金是一种传统的成功方 法。它和普通的气焊法完全不同，首先必须按焊件厚度选择焊炬和焊 嘴，保证熔化温度和速度适宜，同时，火焰性质是重要因素，直接影 响着操作和熔敷金属。司太立合金堆焊的火焰是所谓的“ 3倍乙炔过 剩焰”（3倍还原焰），见示意图1.这种碳化焰，温度较低，对堆焊金属和工件加热和冷却较缓和，利 于避免裂纹产生，同时火焰保护气氛良好，堆焊金属中的碳和合金元 素烧损最少，同时还使工

4、件表面渗碳。但对不锈钢零件的堆焊宜采用 “22.5倍乙炔过剩焰”，以防止不锈钢基体因火焰渗碳而降低抗腐 蚀性能。2.2氩弧焊堆焊司太立合金氩弧焊方法中目前应用较多的是钨极氩弧焊， 由于氩气的保护堆 焊过程中基体金属和焊丝中的合金元素不易氧化烧损，同时，可使熔点不同或熔点相差的不同金属熔焊在一起， 而且避免了焊层中气孔等 缺陷，使焊缝质量得到保证，适合于特殊材料的堆焊。与氧一乙炔堆 焊相比，钨极氩弧焊具有操作简单，质量好，生产率高，劳动条件好 等优点，尤其是没有渗碳现象，更适合要求耐腐蚀的奥氏体不锈钢基 体的堆焊。但是在堆焊熔敷过程中，在第一层的操作时，不要使电弧 直接对着基体金属，使电弧产生在

5、焊丝和钨极之间，尽量减小基体金 属的溶深。为了保证堆焊金属的性能，一般要求堆焊 23层。3堆焊金属的选择堆焊金属选择的原则是满足零部件工作条件下使用性能要求，具有良好的焊接和经济性。作为汽轮机制造行业，零部件的表面堆焊都长期工作在高温工况下，因此，堆焊金属不但具有耐磨性，而且要具有耐高温性能，我公 司使用的司太立合金（Co-Cr-W）堆焊金属具有耐磨、耐腐蚀、耐热等 性能，尤其是在高温下硬度降低较少（俗称红硬性）的特性，更适宜汽 轮机、船机的各种类型高温阀门的堆焊。司太立合金系列包括许多牌号，因其用途不同而化学成分有所变 化。几种常用牌号合金的化学成分和性能见表 1和表2。表1司太立合金的化学

6、成分和硬度合金牌号化学成分平均硬度HRc适用堆焊方法硬度 HRcCoNiCrWMoFeC氧-乙炔焊条TIGSatellite No1基 33012 32.5525446无数据Satellite No6基 3284 3142443739Satellite No12基 3298 31.4474740无数据Satellite No21基 2.5275 20.25263325Satellite No32基 2.22612 21.8434440表2司太立合金物理、力学性能合金牌号物理性能力学性能比重g/cm2熔点C比热Cal/g. C热膨胀系数(20 C- 600C )X 106/C常温抗拉强度 Kg/

7、mm2常温抗压强度 Kg/mm2硬度常温HRCSatellite No18.491215Satellite No68.421260 1357Satellite No128.47Satellite No218.30Satellite No328.684进汽插管堆焊工艺超临界汽轮机进汽插管，工况恶劣，技术要求高，而且基体金属焊接 性差，焊接工艺复杂，采用氩弧焊堆焊方法解决了堆焊中的技术问题,插管结构及堆焊位置见图1洞Jti*疊站耳51寸4.1材料超临界600MW机组主蒸汽进气插管材料为 1Cr9Mo1VNbN锻件,化学成分见表3：表3 1Cr9MoVNbN锻件的化学成分CSiMnPSNiCrMoV

8、NbAlN0.070.150.27www60.05w0.0290.000.00.40.00.130.550.63270.1140.071对于1Cr9MoVNbN钢的焊接，焊前预热是防止裂纹产生的有效 措施，所以确定恰当的预热温度和保持层间温度是十分重要的。而且在焊接结束以后，热处理之前，焊接接头需先缓慢冷却至100 C以下， 以确保焊后热处理之前奥氏体向马氏体的充分转变，这不仅是因为未转变的奥氏体内能够滞留相当数量的扩散氢，同时，残留奥氏体组织 将不受回火处理影响，而在冷却后转变成新的未经回火的马氏体组织。 因此，如此复杂的工艺给堆焊带来困难。对于600

9、MW超临界机组主蒸汽进气插管材料，1Cr9Mo1VNbN 基体材料的淬硬倾向大，焊接性差，再加上母材同司太立合金的线膨 胀系数相差大，给堆焊带来更多技术问题，要保证焊接质量更为困难。 以前的阀门堆焊都是坡口结构，在管子外表面堆焊司太立合金由于其 自身的重力作用及流动性，也给堆焊带来了很大难度；过去司太立合 金堆焊基体材料多为CoMo钢，9Cr材料上堆焊司太立合金，在国内尚 无先例，没有经验可借鉴；需要寻找合适的堆焊方法和堆焊工艺，以保 证超临界机组的生产制造。4.2堆焊金属材料根据进汽插管的工作条件，选用司太立 6#合金，作为插管表面 堆焊材料。司太立合金6#,化学成分见表4;它是Co Cr-

10、 W合金体系中 韧性最好的，适用于受冲击的工况下，堆焊金属常温硬度在HRC38亠 46之间。表4司太立6#硬质合金焊丝化学成分牌号CMnWNiCrMoFeSiCo司太立6号0.91.4 1.03.06.02.03.026.0 32.0 1.0w 3.00.42.0余量至今，司太立合金仍不失为一种性能优良的高参数和超高参数阀门堆焊材料，不但在电站阀门上广泛应用，而且作为放水蚀材料一直用在汽轮机叶片上。司太立合金的高温性能，如抗高温擦伤、抗氧化、高温硬度、以及热 态组织稳定性能均优于其他高温堆焊材料。结合汽轮机运行特点，经 过多年的试验、研究和试验总结，在众多牌号的司太立合金中，选择 N6#合金相

11、对其它牌号合金是基于它硬度高、塑性好、对变形和裂纹 具有一定的抵制性。适当高的硬度和具备的抗冲击性能是堆焊材料的 必备条件。4.3氩弧堆焊工艺选择合理的堆焊规范是堆焊质量的重要保证。 堆焊工艺参数主要 包括，焊接电流、焊接速度、钨极直径、氩气流量、焊丝直径、送丝 速度以及焊前预热温度和焊后热处理制度等。4.3.1试验方案确定司太立合金的堆焊，可采用氧-乙炔火焰堆焊和自动 TIG焊方法,两种方法相比较，氧乙炔火焰堆焊方法预热温度高（600C以上），劳动环境恶劣，劳动强度大，工艺复杂，工人掌握该项技术困难，而 且堆焊层硬度相对波动较大，易产生裂纹，采用此方法堆焊插管困难 较大。但是，采用此方法堆焊

12、司太立合金，基体金属的熔深较小，基 材向熔敷金属过渡较少，能最好的保存司太立和金的性能。自动TIG 焊对操作技术要求相对不高，同时可降低预热温度，简化工艺，降低 劳动强度，改善劳动环境，且堆焊层的硬度稳定，抗腐蚀性好。综上所述，我们认为还是采用自动TIG焊堆焊，采用手工TIG焊 修补。4.32焊接参数确定试验我们通过多个碳钢试件的堆焊试验摸索出合适的焊接参数范围，之后，采用产品同质试验件进一步试验，确定焊接的最佳参数：（使用司太立合金焊丝直径 4.8mm,钨极直径为 5mr）焊接规范：焊 接电流220280A,氩气流量2428L/min，转胎速度7r/min，送丝 速度2848 （自动氩弧焊机显示数字），道间距10.0mm,向右布道。预热温度：1Cr9MoVNb钢属于热强性良好的马氏体耐热钢， 该钢 在常规焊接时需要预热，控制层间温度及焊后热处理。司太立合金堆 敷时，对基体金属进行预热，预热的目的一方面是为了防止熔敷层和 基体金属产生裂纹，另