高壓調(diào)節(jié)閥焊接性能分析以及修復方案

1高壓主汽調(diào)節(jié)閥修復方案

1.1閥碟導向凸肩工作機理2號機組為東方汽輪機廠制造的（N300-16.7／537／537-3型）汽輪機，它的高壓主汽調(diào)節(jié)閥是由1個主汽閥和2個調(diào)節(jié)閥組成，高壓調(diào)節(jié)閥是用于調(diào)節(jié)高壓缸的進汽量。機組運行時，油動機作為機械提升裝置，使閥碟導向凸肩沿導向槽上下移動，控制調(diào)節(jié)閥碟的開度。機組運行時，調(diào)節(jié)閥的高溫蒸汽為16.7MPa，537℃，導向凸肩主要承受熱應力和一定的周向剪切應力作用。1號高壓調(diào)節(jié)閥的閥碟與閥座配合直徑為170mm，其閥碟的結構如圖1所示，導向凸肩尺寸為55mm×30mm×10mm（高×寬×厚）。閥碟材料采用20Cr3MoWVA合金鋼，為了提高閥碟耐汽蝕的性能，其表面進行過高溫滲氮處理。

1.2堆焊材料和焊接設備的選擇根據(jù)調(diào)節(jié)閥的工作條件，閥碟導向凸肩既要保證有足夠高溫強度，又要滿足一定的耐磨性。鑒于機組搶修，無法采購到***佳匹配材料，參照堆焊材料的選用原則以及對各堆焊材料力學性能的分析，選用與母材材質(zhì)相近的TIG-R34（12Cr2MoWVTIB，Φ2.5mm）焊絲。焊接設備采用LincolnV300-1及氬弧焊接配套工具；溫度監(jiān)控使用美國MX2紅外線測溫儀。

2焊接性能分析

鴻豐認為根據(jù)碳當量公式計算，材料20Cr3MoWVA的主要特點是含碳及合金元素較多，焊接時焊縫及熱處理區(qū)容易出現(xiàn)淬硬組織，當焊件剛性及接頭應力較大時，容易產(chǎn)生冷裂紋。經(jīng)過滲氮處理的閥碟，其表面硬度高達HV900，焊接時極易產(chǎn)生裂紋。

3堆焊工藝

3.1工藝路線焊前打磨清洗-預熱-堆焊-焊后熱處理-焊后車削。

3.2焊前準備首先用角向砂輪打磨徹底清理去除堆焊部位20mm范圍內(nèi)的滲氮層，打磨深度應大于0.4mm，測量打磨部位的硬度值，并保證施焊區(qū)域達到HB185～321的要求。按JB4730-94檢測標準，檢查打磨后的導向凸肩表面質(zhì)量不得有裂紋、夾渣等缺陷，達到Ⅰ級標準為合格。然后用丙酮清洗閥碟焊接部位及其周圍50mm范圍內(nèi)，保證無水、油等；用砂紙清除氬弧焊絲表面的油污和銹斑等臟物。

3.3焊接工藝及參數(shù)采用氧乙炔火焰加熱的方法進行焊前預熱，預熱溫度為350～400℃，用測溫儀測量預熱溫度。閥碟焊接部位露出，其它部位用石棉布包覆，避免電弧燒傷。工藝參數(shù)I＝80～90A，氬氣流量8～10L／min，直流正接，電壓范圍10～15V，焊接速度30～45mm／min，每道擺動寬度≤10mm，每層堆焊厚度≤4mm。預熱溫度達到后開始焊接，層間溫度控制在300～400℃，焊接過程中不允許產(chǎn)生任何缺陷，重點檢查引、收弧處，發(fā)現(xiàn)缺陷立即用角向磨光機去除。鴻豐閥門認為：為保證加工余量，按圖堆焊尺寸，外徑增加5mm，內(nèi)徑減少5mm，堆高13mm。一邊堆焊完成后再堆焊另一邊。焊接完成后，用硅酸鋁耐火棉包覆緩冷，焊接部位冷到100～150℃，立即進行焊后局部熱處理。熱處理采用火焰加熱至640～660℃，保溫30min，用測溫儀監(jiān)測，升溫速度和冷卻速度均＜300℃／h，冷卻至300℃以下可不控制，冷卻時用硅酸鋁纖維毯包覆緩冷。

4焊后檢驗

按照工藝路線完成閥碟的堆焊和機械加工后，經(jīng)滲透探傷和超聲波探傷檢查，焊縫沒有裂紋、夾渣、氣孔等缺陷質(zhì)量，堆焊質(zhì)量達到JB4730-94標準Ⅰ級的要求；在加工表面進行硬度測試，其平均硬度值為HB241，與原母材的硬度值相近，滿足工件的使用性能。

5結論

2號機組1號高壓主汽調(diào)節(jié)閥焊接修復并運行近1年后，在機組大修時解體檢查，堆焊的閥碟凸肩經(jīng)5616h運行未發(fā)現(xiàn)任何問題。可見用TIG-R34氬弧焊絲堆焊20Cr3MoWVA材料采用預熱350～400℃，焊后640～650℃，保溫30min處理的焊接工藝是合理可行的。它不但解決了高壓主汽調(diào)節(jié)閥正常對蒸汽進行調(diào)節(jié)，還節(jié)省了上萬元資金。