李君

（哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150040）

1 引言

沙陀電站轉(zhuǎn)輪上冠采用ZG0Cr13Ni5Mo，在加工過(guò)程中，因圖紙改版，誤將24個(gè)分布圓孔加工為20個(gè)孔，需要采用補(bǔ)焊的方式修復(fù)錯(cuò)位孔后重新加工。轉(zhuǎn)輪上冠連軸孔為轉(zhuǎn)輪與主軸連接部位，承受非常大的扭矩，且由于焊接量大，結(jié)構(gòu)拘束度大，對(duì)補(bǔ)焊工藝提出了更大的要求。

2 修復(fù)結(jié)構(gòu)與母材焊接性分析

2.1 錯(cuò)位孔結(jié)構(gòu)分析

沙陀上冠直徑為Φ5530mm、高1588mm，腔內(nèi)深1288mm,聯(lián)軸孔為通孔，直徑為Φ150mm，深330mm,均勻分布20個(gè)，連軸孔及補(bǔ)焊位置見(jiàn)圖1?？椎奈恢眉跋鄬?duì)封閉的結(jié)構(gòu)造成補(bǔ)焊時(shí)拘束度比較大，加上鑄鋼件的低塑韌特性，在焊接過(guò)程中極易出現(xiàn)裂紋。

圖1 陰影部位為補(bǔ)焊位置

2.2 母材焊接性分析

0Cr13Ni5Mo這種Cr-Ni系馬氏體不銹鋼是通過(guò)添加奧氏體形成元素Ni來(lái)取代部分C以改善馬氏體不銹鋼的組織和性能，并加入元素Mo提高其強(qiáng)度和耐腐蝕性。雖然韌性、焊接性?xún)?yōu)于Fe-Cr-C系馬氏體，但其淬硬傾向也很大，在擴(kuò)散氫及殘余應(yīng)力的作用下，連續(xù)冷卻到120℃以下時(shí)，冷裂傾向更為嚴(yán)重。其次，這種鋼的熱導(dǎo)率低，易過(guò)熱，焊接時(shí)溫度超過(guò)1150℃以上的熱影響區(qū)內(nèi)，產(chǎn)生粗大的馬氏體組織，引起脆性提高。

3 修復(fù)、補(bǔ)焊工藝方案

3.1 補(bǔ)焊方法的選擇

目前，常用的手工焊接方法有焊條電弧焊SMAW、鎢極氬弧焊GTAW和熔化極氣體保護(hù)焊GMAW。SMAW效率適中，電弧相對(duì)分散，且其熱影響區(qū)較大；GTAW電弧較集中，焊縫成型號(hào)，但其工作效率較低；考慮到補(bǔ)焊量較大，選擇了焊接效率較高，且應(yīng)用廣泛的GMAW焊接方法。以95%Ar+5%CO2作為保護(hù)氣體，能降低液體金屬表面張力，從而能降低射流過(guò)度臨界電流，提高熔滴過(guò)渡穩(wěn)定性。

3.2 焊接材料的選擇

選擇直徑為Φ1.2mm的HS367M焊絲作為補(bǔ)焊材料，HS367M的合金成份為0Cr17Ni6MnMo，位于舍夫勒相圖中的三相區(qū)A+M+F。相對(duì)于與母材同材質(zhì)的焊接材料HS13/5L，淬硬傾向小，冷裂敏感性降低，且具有良好的塑性、韌性；相對(duì)于奧氏體材質(zhì)的焊接材料ER316L、ER309L，具有較高的強(qiáng)度，且易于焊后超聲波探傷UT對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行檢查。

3.3 焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)一個(gè)襯墊塊置于每個(gè)通孔的中間位置，點(diǎn)焊固定，如圖2所示。厚110mm的襯墊塊加工K型坡口，這種結(jié)構(gòu)型式可以減小補(bǔ)焊的填充量，且空間更易于焊工進(jìn)行施焊。為保證在襯墊塊坡口處不產(chǎn)生未焊透現(xiàn)象，在襯墊塊的一側(cè)坡口焊接3層后，在背面清根，并進(jìn)行著色滲透PT探傷檢查，確認(rèn)合格后，交替對(duì)稱(chēng)施焊修復(fù)通孔。

圖2

3.4 其它防止冷裂紋的工藝措施

a.焊前預(yù)熱和層間溫度控制在100℃～150℃。預(yù)熱能減緩焊縫的冷卻速率，從而降低補(bǔ)焊區(qū)域的拘束度，并且較高的溫度有助于擴(kuò)散氫的溢出。保持層間溫度可以防止過(guò)熱在熱影響區(qū)形成粗大的馬氏體組織。

b.采用多層多道焊的方法，嚴(yán)格控制線熱輸入量，焊接工藝規(guī)范見(jiàn)表1。焊接過(guò)程中，配合捶擊消除焊接殘余應(yīng)力的方式，要求達(dá)到表面均勻塑性變形。

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c.焊后進(jìn)行消氫處理，在溫度未小于100℃前，將補(bǔ)焊區(qū)域加熱至250℃，保溫4小時(shí)，然后以30℃/h的冷卻速度降到室溫。

4 補(bǔ)焊、修復(fù)結(jié)果

4.1 按照上述工藝措施補(bǔ)焊后，對(duì)補(bǔ)焊區(qū)域進(jìn)行著色滲透PT、超聲波UT探傷檢查，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷。

4.2 此上冠與下環(huán)組合焊接后，進(jìn)行了整體退火處理，退火后探傷也無(wú)超標(biāo)缺陷。并且，機(jī)組已運(yùn)行了兩年時(shí)間，電站無(wú)任何不良反饋。

5 結(jié)論

5.1 對(duì)于ZG0Cr13Ni5Mo的補(bǔ)焊修復(fù)過(guò)程中，控制焊接殘余應(yīng)力與擴(kuò)散氫的含量是防止冷裂紋的主要工藝因素。

5.2 采用GMAW焊接方法、HS367焊接材料補(bǔ)焊ZG0Cr13Ni5Mo母材，可以有效地防止冷裂紋的發(fā)生，證明上述補(bǔ)焊工藝是可靠的。

[1]邢麗娜.水電行業(yè)用超級(jí)馬氏體不銹鋼合金化特點(diǎn)[J].山西冶金,2009（4）:1～3.

[2]于啟湛，丁成鋼等.不銹鋼的焊接[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.9：225～250.