山東電建二公司  郭克智  

黃島電廠三期擴(kuò)建工程#5汽輪機(jī)缸體上的一個(gè)偏心銷(xiāo)在加工的過(guò)程中，由于加工人員對(duì)尺寸的理解錯(cuò)誤，導(dǎo)致偏心銷(xiāo)尺寸直徑多加工了5mm，無(wú)法滿(mǎn)足使用要求，故要求對(duì)偏心銷(xiāo)進(jìn)行堆焊后再進(jìn)行車(chē)削加工，以符合要求尺寸。

1  方案的選擇與決定

1.1  焊接性和可操作性分析

由于該材質(zhì)含碳量比較高，淬硬傾向大，特別是在焊接過(guò)程中，母材近縫區(qū)容易產(chǎn)生低塑性的淬硬組織，導(dǎo)致haz脆性增大。在焊接冷卻的過(guò)程中，奧氏體增碳后易于形成孿晶馬氏體，可在界面上產(chǎn)生顯微裂紋，成為潛在的裂源，并起到吸氫和應(yīng)力集中的作用。該部件尺寸差別較大，還需留有加工余量。多層多道焊也存在不利之處，第一，焊接作業(yè)量大。如選用手工鎢極氬弧焊，必須采用多層多道焊，不間斷連續(xù)焊需要二十多個(gè)小時(shí)，采用手工電弧焊也需要近十個(gè)小時(shí)。第二，如該鋼種采用多層多道焊工藝，在焊接過(guò)程中存在“組織遺傳”特性，即由于焊接haz的加熱速度很快，處于第二焊道正火區(qū)的第一焊道粗晶區(qū)，具備了產(chǎn)生這些組織遺傳的基本條件。粗晶粒并未得到細(xì)化，而是在晶粒邊界出現(xiàn)許多等軸晶粒，即出現(xiàn)組織遺傳。在焊接熱影響區(qū)出現(xiàn)組織遺傳之后，將引起進(jìn)一步脆化，組織轉(zhuǎn)變?yōu)槲诲e(cuò)型板條馬氏體和少量孿晶馬氏體。由于馬氏體組織硬度很高，而且很脆，是焊縫中不希望出現(xiàn)的組織。通過(guò)分析，我們不難發(fā)現(xiàn)，這種材料的焊接性很差。而且由于工件比較大，除補(bǔ)焊工作量很大，還要采取其他的輔助措施，如預(yù)熱、恒溫、防變形等，所以說(shuō)可操作性也比較差。

1.2  方案的選擇

由于材質(zhì)特殊，既要保證焊接過(guò)程中不出現(xiàn)質(zhì)量缺陷，還要保證焊縫有比較好的機(jī)械加工性能，只能采用小規(guī)范、小參數(shù)的焊接操作，減小熔深，降低熔合比。同時(shí)減少局部焊接熱輸入量，降低溫差，防止出現(xiàn)焊接熱應(yīng)力裂紋或冷裂紋，故手工鎢極氬弧焊或許是 佳選擇。針對(duì)焊接材料的選擇，由于情況特殊，為減少在焊接過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，我們優(yōu)先選用不銹鋼焊絲，成本可能比較高，但焊接質(zhì)量比較有保證。此外，由于工件粗大，焊前預(yù)熱是一項(xiàng)很重要的工藝措施，充分的預(yù)熱有利于降低熱影響區(qū)的硬度，改善焊縫的塑性，減小焊后殘余應(yīng)力。由于焊接持續(xù)時(shí)間太長(zhǎng)，為保證工件的局部溫度，減小溫度梯度，同時(shí)也為了保持工件在停止焊接時(shí)的溫度，我們選用跟蹤電加熱，既能控制層間溫度，又能保證工件的溫度。由于工件尺寸差別較大，為防止焊接過(guò)程中，由于工件不同部位受熱膨脹不一致，導(dǎo)致工件變形，我們選用垂直固定焊接位置。

2  修復(fù)過(guò)程

（1）       焊前準(zhǔn)備：認(rèn)真清理工件需要堆焊的區(qū)域，去除油污、鐵銹等，并進(jìn)行著色試驗(yàn)，以檢驗(yàn)工件是否存在表面質(zhì)量缺陷。

（2）       焊接方法：手工鎢極氬弧焊。

（3）       焊接材料：er309，φ2.4mm

（4）       工藝參數(shù)：為減少焊接熱輸入量，采用小規(guī)范、小參數(shù)，盡量控制母材成分向焊縫的過(guò)渡；直流正接，焊接電流控制在80～105a，焊接電壓10～15v；氬氣99.99%，保護(hù)氣流8～12l/min。

（5）       預(yù)熱方式：電加熱為主配合火焰預(yù)熱，預(yù)熱溫度200～250℃，升溫速度50℃/h；中間焊接停止時(shí)跟蹤電加熱恒溫160℃；焊接過(guò)程中控制層間溫度≤260℃。如焊接過(guò)程中，工件溫度升高速度過(guò)快，應(yīng)適當(dāng)采取散熱降溫，盡量控制工件溫度不要過(guò)高。

（6）       焊接位置：為防止因工件截面不一致，在焊接過(guò)程中由于受熱導(dǎo)致工件撓度發(fā)生變化，引起垂直度發(fā)生偏移。采取垂直固定焊接位置，并盡量懸空。

（7）       焊接順序：焊接起始端可以選擇端部（1），如圖1所示。

圖1  汽輪機(jī)缸體偏心銷(xiāo)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

我們選擇首先在過(guò)渡端堆焊1進(jìn)行堆焊，緩慢過(guò)渡。在保證足夠的寬度和厚度后，沿圓柱體外壁往上分道堆焊。

（8）       焊道層數(shù)：補(bǔ)焊區(qū)域需堆焊3層，預(yù)留足夠加工余量。其中第一層焊縫稍微厚一些，不得小于3mm。

（9）       處理措施：焊后電加熱250℃×2h恒溫兩小時(shí)，在保溫材料內(nèi)緩冷。

（10）   焊完一層，認(rèn)真檢查堆焊區(qū)域是否存在缺陷，如裂紋、氣孔、未熔合等。如發(fā)現(xiàn)，用磨光機(jī)進(jìn)行徹底打磨，打磨區(qū)域稍大于缺陷部位，然后再進(jìn)行補(bǔ)焊。

3                             效果檢驗(yàn)

由于焊接時(shí)間持續(xù)太長(zhǎng)，在當(dāng)天的焊接過(guò)程中，第一層并未焊完。采取恒溫200℃，并未進(jìn)行脫氫處理。當(dāng)焊工第二天開(kāi)始焊接的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)剛焊完的焊縫出現(xiàn)明顯的裂紋，仔細(xì)檢查才發(fā)現(xiàn)昨天焊完的焊縫上出現(xiàn)不少顯微裂紋。于是我們停止補(bǔ)焊，分析查找原因。由于在補(bǔ)焊的過(guò)程中多次檢查，并未發(fā)現(xiàn)裂紋，產(chǎn)生的裂紋應(yīng)為延遲裂紋。延遲裂紋的產(chǎn)生主要與焊縫的含氫量有關(guān)。我們可以初步斷定，由于焊接間隙時(shí)間太長(zhǎng)，焊縫未及時(shí)進(jìn)行后熱脫氫處理，且焊縫未采取保溫措施，完全裸露在空氣中，導(dǎo)致焊縫中的含氫量進(jìn)一步增加， 終導(dǎo)致焊縫開(kāi)裂。至于，第二天焊后立即出現(xiàn)的裂紋，主要是由于母材近縫區(qū)產(chǎn)生了大量的淬硬組織，在焊縫冷卻的過(guò)程中，馬氏體相變產(chǎn)生的脆性所造成的。而焊縫一側(cè)則存在潛在裂源（氫大量聚集），所以焊縫在焊后馬上出現(xiàn)裂紋。

于是，我們對(duì)原工藝及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，預(yù)熱、保溫、焊接位置、焊接順序仍采用原工藝。但焊接方法和后熱處理進(jìn)行如下調(diào)整：

（1）       焊接方法：首先，采用磨光機(jī)徹底清除原焊縫上的缺陷，在著色試驗(yàn)確認(rèn)無(wú)裂紋后再進(jìn)行補(bǔ)焊。手工電弧焊，有一名焊工獨(dú)立完成。焊接過(guò)程中不間斷，一次完成。

（2）       焊接材料：a507  φ2.5

（3）       工藝參數(shù)：直流反接，焊接電流（65～70）a。

（4）       焊接層數(shù)：焊縫為一層。為保證足夠的焊縫抗裂強(qiáng)度，焊縫要求稍厚，但要盡量減少焊縫熔深。

（5）       后熱處理：焊后電加熱300℃×2h，在保溫材料內(nèi)恒溫。

（6）       滲透檢驗(yàn)：在工件冷卻至室溫后，工件需做著色試驗(yàn)，以檢驗(yàn)工件表面是否存在裂紋、氣孔等缺陷。

4  結(jié)論

由于在該工件補(bǔ)焊的補(bǔ)焊過(guò)程中，我們忽視了一個(gè)重要環(huán)節(jié)，以為恒溫可以替代后熱處理。正是由于認(rèn)識(shí)不足和經(jīng)驗(yàn)的欠缺，給我們?cè)斐珊艽蟮睦щy。在第二次補(bǔ)焊的過(guò)程中，我們仔細(xì)檢查每一道焊縫，在確認(rèn)無(wú)任何缺陷產(chǎn)生后再進(jìn)行下一道的焊接。 后該工件經(jīng)機(jī)械加工，達(dá)到要求尺寸，及時(shí)解決了工程建設(shè)中因意外事故對(duì)施工帶來(lái)的困難，滿(mǎn)足了現(xiàn)場(chǎng)施工要求，保證了工程進(jìn)度，為公司彌補(bǔ)了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)也為公司贏得了良好的聲譽(yù)和信譽(yù)。通過(guò)實(shí)踐證明，我們制定的工藝措施是行之有效的。我們?cè)诮邮芙逃?xùn)的同時(shí)，及時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，并形成文字。我們希望廣大同行在遇到類(lèi)似問(wèn)題的時(shí)候，可以作為參考，能為大家提供一些幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1]張文鉞.焊接冶金學(xué).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.6。

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[3]張信林.焊工技術(shù)問(wèn)答.北京：中國(guó)電力出版社，2005.11

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