焊接修复范文

焊接修复范文（精选8篇）

焊接修复 第1篇

1 问题描述

祁连山项目生料磨TRMR53.4辊磨磨辊轴 (MR5341.2-5) 从现场运回徐州中材装备维修, 其中圆锥轴承位ϕA1、圆柱轴承位ϕA2 处磨损严重, 出现大量沟槽。

该磨辊轴材质要求40Cr, 调质处理, 硬度≥240HB, 总长度Lmm, 最小直径ф460mm, 最大直径ϕ556mm, 表面粗糙度最高要求1.6, 轴承位同轴度0.025, 具体见图1。

2 修复方案

2.1 磨辊轴主要修复过程

由于该轴中间有 ϕ60mm的通孔, 在轴精车完后, 需要转入后道工序深孔钻将ϕ60mm的通孔打出来, 这样轴的两端中心孔便不复存在, 给后续磨辊轴维修带来很大困难。该磨辊轴圆柱轴承位ϕA2, 磨损较严重, 轴承内圈抱死在轴表面上, 且该轴承位有大面积凹坑, 对该轴部位进行车加工去除直径3mm, 小面积无法加工的地方, 进行清理打磨, 见金属光泽后进行堆焊处理;由于该轴的中心孔已被中间通孔取代, 两端通孔同心度误差在0.5~5mm, 即中心孔已经不存在, 维修时无法使用中心孔, 该轴的圆锥轴承位фA1 与圆柱轴承位同轴度要求0.025mm, 为保证两轴承位的同轴度, 需要将圆锥轴承位ϕA1的外圆车加工去除直径3mm, 一起堆焊处理;堆焊前要将该轴放在电加热炉中预热至200~250℃进行焊接, 再保温8h以上, 缓冷至常温;然后上机床车加工堆焊轴承位处, 在上车床前需要做一件与ф60mm的通孔配合的堵头 (装在直径ϕA1 端) , 按照轴套ϕA3尺寸找正做中心孔后, 上车床车加工轴承位至图纸要求尺寸。

2.2 磨辊轴焊接性分析

该磨辊轴材质为40Cr, 其化学成分见表1, 机械性能分析见表2。

该材料含碳量高, 抗裂性差, 即焊接性能有限, 有形成裂纹的倾向, 用常规法补焊, 在熔池及周围由于温差及温度突变, 极易产生裂纹, 达不到补焊要求。

2.3 焊接材料的选择

为了保证磨辊轴的使用性能, 焊接材料宜选择等强或弱强的高韧性材料, 同时根据磨辊轴的实际使用情况及磨辊轴的磨损面积整体考虑, 焊接材料选择用CO2气体保护焊焊接, 焊丝选用ER50-6。其优点是电弧稳定、飞溅小、烟雾少、易脱渣, 其熔融金属有很好的力学性能和抗裂性能。ER50-6焊丝化学成分及力学性能见表3和表4。

3 具体工艺方案

3.1 焊接修复工艺

3.1.1 焊接前准备

(1) 对磨辊轴进行全部清洗工作以去除轴表面油污、锈等脏杂物。

(2) 对该轴的圆锥轴承位ϕA1和圆柱轴承位ϕA2 (磨损严重) 处上机床车加工单面2mm。在上C61100机床车加工之前, 先做一件堵头 (与中间直径60 通孔配合) 置于圆锥轴承位ϕA1 端中间直径60 通孔处, 将其点焊在轴端处;然后上中心架选好位置, 并对其进行调整, 使其中心与卡盘、尾座顶尖处于同一中心上;机床四爪卡盘夹住磨辊轴直径ϕA4端, 用中心架支撑轴套ϕA3 处并找正其外圆, 使主轴转动灵活, 不能有卡滞现象, 找好后将带堵头端中心孔打出来, 然后用尾座顶住中心孔车加工轴承位 ϕA1 和 ϕA2 处, 尺寸加工至ϕA1-4和ϕA2-4;若有个别处车加工不到, 仍然带有凹坑, 直接打磨见金属光泽即可。

(3) 在磨辊轴两轴承位车加工好后, 将该磨辊轴置于电加热炉中预热至250~300℃, 然后施焊。

3.1.2 磨辊轴两轴承位堆焊

(1) 对两轴承位进行堆焊处理, 单面焊高3mm。

(2) 采用CO2气体保护焊补焊, 焊丝选用ER50-6, 焊接时应采用短弧、小电流焊接, 层间温度控制在250~300℃, 要求每焊完一层即打磨处理, 并锤击敲打, 以消除焊接产生的应力。在焊接时要对称焊接, 以防变形将轴拉伸弯曲。焊接参数见表5。

(3) 焊接注意事项。在焊接时电流尽量选用下限I=240A, 用短弧法、热能密度高的焊接热源焊接, 减少熔合比, 降低焊缝中含碳量, 减少裂纹倾向, 同时在焊透的条件下, 尽量用小线能量, 以减少热影响区软化。焊接时各层的每道焊缝应用小锤进行锤击以减小焊接应力。焊接时每层焊缝的高度不宜过大, 以≯3mm为宜。另外, 焊接过程中每焊完一道后要清渣及锤击, 及时发现缺陷并处理, 焊后对焊缝进行超生波检查, 要求无裂纹产生。

(4) 补焊完成后, 应将该补焊轴置于电加热炉中保温300℃8h以上, 然后缓冷至常温, 以避免因为氢扩散而软化轴组织结构。

3.2 磨辊轴补焊完经冷却至常温后车加工工艺

(1) 将补好的磨辊轴直径ϕA4处用四爪卡盘夹住, 顶住尾座端补焊前做好的堵头中心孔, 按照轴套部位ϕA3处进行找正外圆。

(2) 找正后对圆锥轴承ϕA1和圆柱轴承位ϕA2进行粗加工, 圆锥轴承位尺寸车加工至ϕA1-1, 圆柱轴承位尺寸车加工至ϕA2-1;然后对两轴承位进行精加工至图纸要求尺寸, 为确保该磨辊轴轴承位的公差尺寸及表面光洁度, 在精加工时留余量0.15~0.20mm, 最后用砂带工装抛光处理至图纸要求尺寸及表面要求的光洁度1.6。

(3) 车加工刀具材料的选择。刀具材料选用YT15 硬质合金刀, 主偏角选用75°~90°, 前角选20°~25°, 后角取2°~3°。实践证明, 选择此种刀具集合参数, 可有效减少振动和弯曲变形。

(4) 切削参数的选择。

a切削速度

提高切削速度有利于降低切削力, 但切削速度过大容易使轴弯曲, 破坏切削过程的平稳性。因此在加工时, 粗加工切削速度范围40~50m/min, 精加工切削速度范围50~60m/min。

b切削深度

随着切削深度的增大, 切削力及切削热随之增加, 容易引起轴受力变形增加。在加工时, 粗加工切削深度2~6mm, 精加工切削深度0.05~0.3mm。

c进给量

进给量增大会使切削厚度增加, 切削力大, 精加工时切削深度小, 采用大进给量会提高零件表面质量, 粗加工进给量0.3~0.35mm/r, 精加工进给量1~3mm/r。

4 实际效果

通过采取上述工艺措施, 最终将磨损严重的辊磨磨辊轴修复好, 并发运到现场使用。按照以往经验, 该磨辊轴若重新制作一件, 从毛坯采购到加工完成, 至少需要2至3个月时间, 而采用这种工艺修复方案, 在保证产品质量的同时, 既节省时间, 也节约资金, 最为重要的是能确保水泥厂按期正常运转, 将水泥厂的损失降到最低。

参考文献

[1]费敬银.机械设备维修工艺学[M].西安:西北工业大学出版社, 2001.

[2]李亚江.特殊及难焊材料的焊接[M].北京:北京化学工业出版社, 2003.

焊接修复 第2篇

关键词： 马氏体不锈钢；静叶；焊接；修复

中图分类号： TG442

1课题背景

秦山核电站HN310 - 54.5型320MW凝汽式汽轮机为单轴，三缸，反动式和凝汽式全速饱和蒸气汽轮机，R14大修汽轮机开缸后的在役检查发现：调门端1级下隔板A侧第18个静叶片（简称静叶）叶根处存在一处长约15 mm的裂纹，由迎气面叶片根部起裂向叶片内、外边缘扩展，长度约为15 mm，缺陷具体情况如图1～图2所示。

汽轮机静叶片的损耗也会导致动叶激振脉动的加大而导致其断裂损坏，而且静叶一旦其发生断裂与动

叶发生碰撞，则会对整个机组的安全运行带来严重的威胁。据美国电力研究协会（EPRI）统计报道，由于汽轮机叶片失效而导致的全美电厂停机所造成的直接经济损失大约在15.5～18.4亿美元[1]。我国对100～200 MW汽轮发电机组的33次叶片事故情况的统计分析结果表明，平均每次叶片事故所造成的直接经济损失达1000万元人民币[2]。因此，找出本次叶片断裂的原因，制订合理的焊接修复方案并有效实施，对提高叶片的寿命，有着重大的现实意义和指导意义。

2静叶片失效的原因分析

静叶是汽轮机的关键零件，对汽轮机的安全运行至关重要，导致汽轮机静叶失效可能有如下因素：

2.1材质的原因

秦山核电站调门端1级下隔板静叶属于锻件，锻造过程中如钢中的含氢量较高，易产生白点、微裂纹等制造缺陷，这些缺陷在运行过程中就可能成为叶片裂纹的发源地。

2.2停机后维护不当及外来硬质异物击伤

机组检修维护过程中，由于偶然遗留的硬质异物等由蒸气携带进入汽轮机的通道，打伤静叶片。

2.3长期高温疲劳过载

静叶片材料工作状态较恶劣：在较高温度下工作同时又要承受蒸汽激振力、振动以及湿蒸汽区水滴冲蚀的作用等。在这种工况下，如果静叶片本身存在一定的缺陷或损伤，就极易发生缺陷的扩展。

现场观察该失效叶片裂纹宏观形貌，大致分辨出裂纹走向为由迎气面叶片根部起裂向叶片内、外边缘扩展，判断可能的原因为叶根部分由偶然遗留异物或外力击伤后在工作温度交变应力作用下，裂纹可能会扩展，因此需要采用焊接的方式进行修复。

3静叶片补焊修复的可行性分析

3.1静叶片材料及结构

静叶片材料为10705BA，美国西屋公司牌号，属12%型马氏体不锈钢，具有较高的室温强度、韧性及冷变形性能，其最终热处理后的金相组织为回火马氏体+微量δ铁素体，但δ铁素体的含量不得超过5%。

低压缸第一级静叶片气道为直通道，在与持环相配的顶部开有一条宽4 mm的30°斜口，用半圆塞紧条将隔板固定于持环上，而内径采用围带圆铆钉头铆接结构。

3.2母材焊接性分析[3]

3.2.1材料性能特点

该钢与ASME SA268 TP410材料及GB/T8732《汽轮机叶片用钢》中的1Cr12Mo钢等价，其主要化学成分及力学性能见表1和表2。

3.2.2焊接冷裂纹倾向

冷裂纹的主要影响因素为钢的成分（反映淬硬倾向）、扩散氢及拘束度。1Cr12Mo钢的碳当量在2.5%～2.7%，从成分的角度来看，其冷裂纹敏感性相当高；研究表明，氢脆对组织状态相当敏感，尤其对于1Cr12Mo这种高碳马氏体钢敏感度最大；结构拘束度较大时，该钢几乎具备了冷裂纹产生的全部必要因素，具有相当大的冷裂纹敏感性。

因此在该结构件的焊接中宜采取焊前预热、焊后后热，及低氢焊材以避免冷裂纹的产生。

3.2.3焊接热裂纹倾向

对于1Cr12Mo钢而言，焊接热裂纹主要与材料中的如S、P、C、Mn的元素含量及焊接工艺有关。

S、P等杂质元素引起的杂质偏析呈膜状分布于晶界，形成的低熔点共晶体（如FeS），扩大了凝固温度区间的范围，加大了焊接热裂纹的产生倾向。此外，C，Ni含量的增加也会促使S的偏析，从而增加了热裂倾向。研究表明，材料中适量的锰可以与S形成MnS，可以避免生成FeS，从而降低材料的热裂倾向。

焊接工艺方面，熔池过热、层间温度过高易促使热裂纹产生；此外，焊接速度过快，易增大热裂敏感区CSZ（Crack Susceptible Zone）的宽度，增大热裂纹倾向。

因此对于1Cr12Mo钢的焊接，既需要控制母材及焊材中杂质S、P的含量，又需要对C、Mn、Ni等合金元素进行优化配置，同时采用合理优化的焊接工艺以避免热裂纹的产生。

3.2.4焊接拘束及应力状态对焊接缺陷的影响

焊接拘束及应力状态对上述两种1Cr12Mo钢焊接中可能发生的裂纹形式都有很大影响。焊接拘束度大、刚度大则导致焊接残余应力状态较高，易导致冷裂纹的发生；焊接拘束度大还会增大焊接成形时的应变量及应变增长率，从而导致焊接热裂纹的产生。

因此，合理布置焊缝、合理安排施焊顺序，采用合适的工艺方法降低补焊区域的拘束应力，对1Cr12Mo钢结构补焊修复有重要作用。

3.3静叶片补焊焊接工艺的制定

从上述对母材的焊接性分析结果表明，1Cr12Mo钢焊接性较差，焊接时产生冷、热裂纹的敏感性较高，必须针对汽轮机静叶片的结构及消除缺陷后坡口的结构特点、静叶片材料化学成分及力学性能的特点，选择合理的焊接材料及焊接方法，制订合理的现场施焊工艺。

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对于1Cr12Mo马氏体耐热钢的补焊，常用工艺有二种：

（1）选用同质焊接材料。即采用与叶片材料同质的1Cr12Mo钢焊接材料，为防止冷裂纹需预热到200～450℃，且补焊后需要进行高温回火热处理，回火温度为680～720℃，该方法适用于较大厚度构件的焊接修复，其优点主要为同质材料的接头其结合性更好、补焊接头的理化性能较高。

（2）选用镍基或奥氏体焊接材料。即采用镍基合金焊材或奥氏体钢焊材作为焊接材料，该种焊接方法低温预热100～150℃即可，且焊后只进行200～400℃后热或包扎缓冷即可，对于堆敷量较小的堆焊，可采用这种方法进行焊接。

（3）三种叶片补焊推荐焊接材料的预热和热处理规范如表3所示。

3.4静叶片补焊工艺的最终确定

3.4.1焊接材料及焊接方法的确定

综合考虑静叶片的结构因素及现场的施工条件：虽然采用同质材料的接头强度较高，但其技术要求亦较高，即在现场为了避免冷裂纹需要高温预热，为了使焊缝区域淬硬的马氏体转变为高韧性的回火马氏体，焊后需先使结构整体冷至120℃以下保温一段时间完成马氏体转变，再进行（700±20）℃，保温0.5 h的焊接热处理，这对人员及设备都有着较高要求，以现场的氧乙炔火焰加热方式，实现这样的热处理工艺难度相当大，且难以控制，因此可控性不好，且因静叶片补焊量较小（裂纹挖补后其坡口最深处仅7 mm），因此该方法未被采纳。

反之，采用镍基、奥氏体焊接材料针对补焊量较小的焊接结构非常有效，且其对预热及热处理的要求都不高，因此该方法被确定为最终的补焊方法。因镍基合金焊缝中的Ni含量较高，会促使S偏析，从而形成低熔点共晶物Ni+NiS，其熔点仅为650℃，从而增大热裂倾向[3]，奥氏体钢焊材虽然也有一定的热裂纹倾向，但其低于镍基材料，且从元素含量上看，其与1Cr12Mo钢亦更为接近，因此选用奥氏体钢焊接材料E309-15（SH A302），2.5mm，作为施焊材料。关于三种不同焊接材料形成接头难度的具体比较详见表4。

在焊接方法的选择上，静叶片补焊主要有两种：即焊条电弧焊（SMAW）和钨极惰性气体保护焊（GTAW）。因叶片处的位置较为复杂，且结合修复实施单位的工艺评定，现场采用焊条电弧焊作为补焊修复的焊接方法。

3.4.2焊接工艺参数的确定

最终确认选择采用奥氏体钢焊材作为焊接材料，该种焊接方法低温预热至150℃，且焊后只进行250℃后热、包扎缓冷。施焊的具体焊接工艺参数见表5。

4.1母材确认及焊材复验

母材由厂家确认为10705BA（1Cr12Mo），且提供了相关材质证明资料。

对焊材进行了质量复检，按照AWS A5.4《手工电弧焊用不锈钢焊条标准》堆焊试块，采用美国Nition XL2型合金分析仪进行了化学成分分析，半定量确认各元素质量百分含量为Mo 0.12%，Nb 0.04%，Ni12.05%，Fe62.80%，Mn 1.80%，Cr22.51%，因此确认该材质为E309-15。

4.2缺陷清除及坡口制备

（1）清除缺陷选用机械方式，采用气动打磨刀具进行清理；

（2）裂纹清除后进行复验，边打磨边确认，直至确认缺陷已彻底清除。

（3）在多次打磨及PT探伤之后，最终挖除深度为7 mm。

（4）坡口制备以减少焊接填充金属量，降低焊接应力和变形，避免产生焊接缺陷，便于焊接操作为原则，坡口为圆滑过渡，最终尺寸为30 mm×10 mm×7 mm

（5）坡口处15～20 mm范围内用不锈钢钢丝刷等工具打磨出金属光泽，去除水、铁锈、油污等污物，并用丙酮擦洗清理干净。

（6）打磨时，用特制胶布保护好该叶片其他位置及周边叶片，防止碰伤。

4.3焊前预热

焊前预热采用氧乙炔火焰加热方法。焰心距叶片表面大于10 mm，并尽可能使叶片不同部位温度保持均匀，预热范围为坡口两侧各50～80mm ，低温预热到180 ℃后包扎保温棉缓慢冷却至150℃，过程中采用红外测温仪确认温度。

4.3.1层间温度

焊接修复过程中，层间温度不得低于预热温度下限且不高于制订工艺的最高层间温度，即控制在150～200 ℃：当低于预热温度下限时停止施焊，重新加热到要求的层间温度后继续施焊；层间温度的上限超过200℃时，待焊道温度冷却至200 ℃以下时再进行焊接操作。

4.3.2焊接修复操作

（1） 焊前应认真用丙酮清除叶片坡口及其周围的油污、水、锈及灰尘等杂质；

（2） 焊接材料选用直径25 mm焊条，采用SMAW焊接方法，采用小热输入量多层多道焊接，焊层厚度应不大于焊接材料直径，焊道宽度不超过焊接材料直径的3倍；焊接时焊条摆动幅度要小，焊道两侧停留稍长时间，以利气孔和焊渣的浮出，收弧时注意填充满弧坑，以免产生弧坑裂纹；

（3） 焊道呈凸起状，防止热裂纹的产生；

（4） 补焊修复过程每一焊道完毕后，及时检查焊层（道）表面，清理可能出现的裂纹、气孔、咬边、凹陷等缺陷，采用专用工具对焊道进行清理后方可进行下一道焊层的施焊；

4.5补焊焊缝的修磨、成形

补焊及焊后热处理完成后，采用气动打磨刀具，对补焊静叶焊缝整体进行修磨，一是打磨掉可能存在的焊接缺陷，二是使之圆滑过渡，避免应力集中，三是使叶片恢复焊前的形状，保持结构原貌。

5焊后无损检验

叶片补焊并焊后热处理、冷却、修磨后12 h，对该补焊叶片进行了渗透检验，检验结果如下：对04厂房1#低压缸调端下1级第18片静叶片补焊处进行100%液体渗透检测，未发现记录性缺陷显示。依据执行程序，评定为合格。

6结论及意义

（1）对秦山核电站320MW汽轮机静叶裂纹进行原因分析，分析结果表明，裂纹产生在叶片的根部，由于高温应力集中等原因向两侧扩展，因此需要对叶片进行焊接修复。

（2）现场成功实施了包括裂纹挖除、预热、补焊、焊后热处理、焊后修磨等焊接操作。无损检验结果表明采用此种焊接修复工艺方法是可行的。

（3）静叶片材料为10705BA（1Cr12Mo），该类马氏体不锈钢不仅用于静叶材料、也大量用于汽轮机动叶及汽机的其它结构部件中，借鉴马氏体不锈钢局部裂纹缺陷的修复方案具有一定的现实意义。

参考文献

[1]吴宇坤，周敬恩. 汽轮机叶片常见失效方式及现状研究. 汽轮机技术， 1995， 37（6）： 362-367.

[2]祝晓燕，王彦惠. 汽轮机叶片疲劳寿命与故障诊断研究的发展及现状，电力科学与工程，2000（2）：11-14

[3]陈伯蠡. 焊接工程缺欠分析与对策（第2版）. 北京： 机械工业出版社， 2006： 58-121.

铸铁齿轮断齿焊接修复 第3篇

1. 焊前准备

将断齿部位清理, 清除油污, 用砂轮等工具修磨断齿残留部位, 保证补焊部位平整, 高度尺寸一致。用汽油将待焊部位进行清洗, 并烘干, 避免补焊时产生气孔, 夹渣等缺陷。在断齿处沿每个齿的齿宽方向均布加工六个径向M10螺孔, 孔间距25mm, 孔深35mm。制造若干件销轴 (图1) , 材料45号钢。将销轴拧入M10孔中, 拧紧固定。

因铸铁可焊性较差, 选用三种焊条, E4303碳钢、A102不锈钢和Z308纯镍铸铁焊条。采取分层补焊, 焊前对焊条进行烘干处理, A102焊条烘干温度150℃, 保温1.5h。E4303和Z308焊条烘干温度200℃, 保温2h。电焊机选用交流焊机。

2. 补焊

由于拆卸工作量较大, 故决定不拆卸大齿轮, 直接在机床上进行补焊。将断齿部位转到上部, 搭建平台, 操作者在平台上进行补焊操作。焊前用陶瓷纤维加热毡对待焊部位预热。补焊分三层, 打底层、中间层和表面层。

(1) 打底层。由于铸铁齿轮母材和融合线部位易产生裂纹, 影响补焊修复, 考虑补焊金属与母材的融合质量, 选用直径3.2mm的Z308铸铁焊条作为打底层补焊, 采用交流焊机, 焊接电流100~120A, 焊缝长度100mm为宜, 不要连续施焊, 分散在几处起焊。为减小应力, 防止裂纹发生, 要防止局部过热, 尽量使补焊部位处于较低温度, 以减小补焊部位和其他部位的温差。补焊电弧尽可能短, 避免母材金属过多融入补焊层。打底层焊两层, 焊完一层立即锤击焊道。检查是否存在缺陷, 发现缺陷必须返修。

(2) 中间层。中间层用直径3.2mm的A102不锈钢焊条补焊, 将销轴表面和底层焊道表面覆盖两层, 焊接电流90~110A, 小电流快速焊, 低电压, 焊条行走不摆动, 焊道要窄。

(3) 表面层。表面层用直径4mm的E4303碳钢焊条补焊, 多层多道补焊, 电流120~150A。焊道两侧融合要好, 无咬边, 焊道之间无沟痕, 焊条运行要稳, 各焊道的起止点应错开, 后段焊道应在前段焊道弧坑的中间起弧, 电弧不宜过长, 收弧时要填满弧坑。控制各层间温度<150℃。每焊完一层, 待焊层冷却到不烫手时再焊下一层, 这样可以减小焊接应力, 防止产生裂纹。焊接中焊条要保持指向销轴表面, 使铸铁母材的温度小于碳钢销轴的温度, 以便于施焊时排渣和熔透焊道。

3. 修齿

焊补完成后, 用陶瓷纤维加热毡对补焊部位进行加热保温, 消除应力, 防止裂纹发生。制作检查样板, 单齿齿廓样板一件, 单齿齿槽样板一件, 双齿齿廓样板一件。用砂轮进行修磨, 样板控制检测, 达到尺寸要求 (图2) , 考虑其他轮齿都存在一定磨损, 所以修磨的齿廓齿厚要小一些, 保证齿轮啮合顺利。缓慢转动齿轮, 检查齿轮啮合间隙, 特别是侧间隙非常重要。

水轮机转轮裂纹的焊接修复 第4篇

水轮机属于流体机械中的透平机械一类, 它的主要工作是将水流的能量转换成为旋转机械能的动力机械。早在2000多年前, 中国古人就发明了水轮, 用于灌溉以及加工粮食, 这就是水轮机的最早模型。现代水轮机则安装在水电站内, 用来带动发电机进行发电。

而对于水轮机而言, 其核心部件就是转轮。通过转轮的工作, 可以把水流的能量转化为人类需要的机械能, 完成能量之间的转换;可以说转轮的质量好坏决定着水轮机工作性能的优劣。转轮的叶型、尺寸精度、表面粗糙度和材料质量直接影响机组的效率和使用寿命。目前, 国际上都是以转轮的质量来衡量一个国家水轮机制造工艺的优良。

1 水轮机转轮裂纹的产生原因

水轮机运转时间长了, 其转轮会不可避免地产生一些小的裂纹, 这样将会给水轮机组的安全运行带来极大的隐患, 一旦发生安全事故, 对水电厂来说将是不可挽回的重大损失。水轮机的转轮轮毂与叶片间过渡区是容易发生裂纹的区域, 从力学结构上来分析, 它是整个转轮最薄弱的环节。经过多年的理论分析和实践证明, 此区域造成裂纹的原因主要有以下几种情况:

1.1 受力过于集中

在离心力和水压力的共同作用下, 在转轮叶片周边作为转轮工作时的主要应力区。相当应力沿叶片周边的分布可以通过第三强度理论可以计算得出, 通过分析计算我们找到了转轮叶片的四个主要应力区, 其位置分别为:

1) 叶片进水的正面并靠近上冠部分;

2) 叶片出水边正面的中部;

3) 叶片出水边背面靠近上冠处;

4) 叶片与下环连接区内。

由于受力的不均匀, 将会造成转轮叶片的上述部位过载受力, 极易产生裂纹。

1.2 铸造与焊接过程中造成的缺陷

在外部力量的影响下, 机械设备在生产过程中所形成的铸造气孔、砂眼等都有可能会形成裂纹。转轮叶片在受冷却过程中可能产生缩孔并造成松动, 这是由于其上冠和下环的厚度相关非常大。在转轮的生产铸造时, 如果焊接工艺不正确, 或者没按施工工艺要求进行操作, 就会在焊接缝和受热影响区产生裂纹。

1.3 工作运行中的原因

由于转轮的运行工作长期处于低负荷活着超负荷的状态下, 这同样会使得叶片在交变应力的作用下产生裂纹, 并且加剧。

2 水轮机转轮裂纹的种类

水轮机转轮的裂纹一般都是在出水边侧叶片与下环之间的焊接接头处形成的, 主要原因包括:

1) 形成于母材和焊缝的交界处, 焊缝纵向平行方向一般是裂纹产生的方向, 先产生于表面, 逐步向母材深处延伸;

2) 焊缝根部的最大应力集中处是裂缝的起源处。在焊接热影响区和焊缝金属内, 都有可能形成裂纹。具体情况是由母材和焊缝的强度、塑性以及根部的形状这些因素来决定的;

3) 在出水边圆R处产生的裂纹, 这种裂纹的取向一般与熔合线平行, 但有时也会与之垂直。在淬硬倾向大的区内容易形成此类裂纹。

3 水轮机转轮裂纹的焊接修复

以湖南某水电厂水轮机转轮裂纹的修复为例, 转轮母材材质为低碳马氏体不锈钢ZG0Cr13Ni5Mo, 修复裂纹选择的是三相组织G367M焊条, 它包含铁素体、奥氏体和马氏体, 可以有效预防冷裂纹的产生。转轮母材和焊缝金属的化学成分如表1所示。

3.1 转轮裂纹焊接前的准备

首先要依据PT探伤的结果标记出需修复的区域, 明显标记出裂纹的端头位置, 从而依据裂纹尺寸及部位决定裂纹处理原则。

其次, 在清除裂纹前为阻止裂纹的扩展, 要先在裂纹的尖端打止裂孔以截断裂纹, 止裂孔的孔深应比裂纹深度深。在裂纹清除过程中, 一般采用碳弧气刨方法加砂轮机打磨的方法进行清除。为了防止过热造成裂纹扩展及叶片变形, 碳弧气刨必须间断使用, 必要时可加钻止裂孔阻止裂纹的扩展。当缺陷清除后, 一定要将碳弧气刨造成的渗碳层彻底用砂轮机打磨干净, 直到露出金属光泽, 还应进行PT检测, 确认转轮裂纹彻底清除。

第三, 为了有利于施焊, 缺陷修补处要制出焊接坡口, 坡口角度在40°~50°之间, 坡口深度要保证能清除干净裂纹, 且要彻底打磨干净渗碳层。

最后, 在进行补焊前, 一定要用丙酮将待焊区域及其附近50mm范围内的水、锈、油等有害杂质清除干净。

3.2 裂纹的焊接修复

3.2.1 焊前预热

焊接时须对焊接区域及相邻150mm范围内的母材预热至100℃~120℃之间;必须要让预热区域均匀升温, 可用红外线测温仪在加热过程中进行监控。完成预热后, 才能进行焊接修复, 并且要在焊接修复的过程中保持这温度, 施焊区域焊接修复完成后要进行保温, 一般在2小时以上。

3.2.2 焊接材料

焊接材料采用焊芯直径为3.2mm和4.0mm的G367M焊条, 焊条在使用前需对焊条进行烘干, 且不能反复多次烘烤, 烘干后保存在温度为100℃~120℃的保温筒中, 使用时随用随取。

3.2.3 焊接方法

在焊接过程中为减少飞溅, 保证电弧稳定, 应使用旋转直流电焊机, 电源采用直接反转法, 即转轮接负极, 电焊条接正极。焊接时速度应尽量快, 焊层要尽可能地薄, 且每一层不能超过3mm, 以减少焊缝时产生的热裂纹, 这样做可以有效地提高焊接质量。焊接时的工艺规范如表2所示。

3.2.4 焊接过程

具体操作过程中, 可采用多层多道焊、退步焊, 使得焊接变形量能被控制到最小;为消除焊接应力可采用层层锤击的方法, 锤头应采用不锈钢材料, 避免渗碳, 并且要将锤头磨成半径为1.5mm~2.0mm的圆, 锤击点要快、轻、密集均匀。

要严格按照焊接的工艺规范进行操作, 保证焊接的质量。在焊接操作中为了防止弧坑的产生, 要保持短弧操作, 不要跳弧和横向摆动, 并且尽量减少焊缝内部缺陷;对于穿透性裂纹, 应在其正面焊2~3道焊缝后再在其背面施焊;焊接时要注意将焊层间的焊渣清理干净;焊盖面焊道时, 不能产生咬边及焊缝表面缺陷。

3.2.5 焊接完成

在焊接完成后, 为了使焊接区域缓慢冷却, 须采用石棉布覆盖在补焊区域的表面, 使其缓慢冷却至室温。在焊缝冷却后, 将焊缝表面打磨光滑, 使焊缝与母材过渡区无咬边和沟槽;对处理部位再次采用PT探伤检测, 确认无缺陷为止。

4 结论

水轮机是否能安全稳定地运行, 关系到整个水轮发电机组的安全稳定运行。近年来, 由于水轮机转轮裂纹的影响而对水电厂的安全运行造成的影响时有发生, 对水电行业来说敲响了警钟。我们应该要规范制度、加强日常检查, 定期对应力集中等易于产生裂纹的部位进行无损探伤检查, 发现问题要及时处理, 从而确保水轮发电机组安全稳定的运行。

摘要：转轮是水轮机的核心部件, 水轮机在使用过程中转轮出现裂纹是目前水电站普遍存在的问题之一, 如果出现的裂纹较大, 将会对水电厂的安全运行产生严重的影响, 因而水电厂的重要工作之一就是对转轮裂纹的检查和修复。本文针对转轮裂纹的产生、种类以及采用G367M焊条对母材材质为马氏体不锈钢的转轮裂纹进行修复的方法进行了简要的概述, 为水轮机组的稳定运行提供了可靠的依据。

关键词：水轮机,转轮,裂纹,焊接

参考文献

[1]徐祖耀.马氏体相变与马氏体[M].北京:科学出版社, 1980.

[2]陈伯鑫.金属焊接性基础[M].北京:机械工业出版社, 1982.

[3]陈占发.混流式水轮机叶片裂纹原因分析及其处理工艺[J].水电站机电技术, 2003 (12) :34-38.

回转窑轮带表面缺陷的焊接修复 第5篇

关键词：网状裂纹,预热,异种焊接,轮带

0前言

耐火材料公司是以生产冶金石灰为主的生产厂, 回转窑是冶金石灰生产企业的核心和关键设备, 而轮带是回转窑最重要的支承部件, 回转窑依靠四档轮带, 四对托轮支承并回转, 2013年开始经常出现III挡轮带接触面会出现网状裂纹及剥落缺陷, 最大剥离尺寸为300mm*200mm*45mm的缺陷, 一旦产生这种缺陷会现出窑体振动, 对安全生产造成影响, 为了防止缺陷进一步塌崩扩宽, 使价格昂贵的轮带过早失效而报废, 决定采用焊接的方法进行修复。

1 焊接性分析

1.1 成分分析:该轮带材质为ZG35Si Mn,

1.2 焊接性分析:

由于该铸钢件采用一次性浇注成形, 因而造成内部缺陷较多, 含碳量高, 塑性很差, 碳当量值为0.53%, 可焊性较差, 焊接时淬硬性高, 补焊时热影响区可能产生硬脆的组织, 有产生裂纹的倾向, 同时轮带体积大, 刚性大, 焊接修复时拘束度大, 焊接后变形补偿能力差, 且传热快, 致使焊接时应力较大, 另外铸件尺寸大无法进行热处理, 所以该铸件采用冷焊。

2 焊接工艺

针对以上分析, 我们在确定焊接工艺时, 采取了以下措施:

2.1 焊接修复用材料

2.1.1 过渡修复用材料

为保证根部焊道的热影响区不产生或少产生淬硬组织, 减少氢的有害作用, 为此选用Ni317作为过渡层材料, 此焊条中Ni含量较高, 因而其抗裂性特别好, 熔敷金属强度较高, 镍基合金对碳和氢的溶解能力较强, 焊缝金属具有较高的塑性和韧性。

2.1.2 补焊材料的选择

2.2 为了确保轮带在焊接及使用过程中不出现裂纹, 焊接材料选择采用等强或弱强高韧性原则, 焊补缺陷的主体材料采用不锈钢焊条A307, 此焊条变形能力较强, 强度较高, 以确保修复区满足轮带运行工况条件要求, 焊前准备

2.2.1 由于这种焊条均为碱性焊条;因此在焊接前用烘干箱对焊条预先烘干2h, 烘干温度为250℃, 保温150℃, 取出后存放在保温筒内, 随用随取, 使用逆变式直流焊机, 焊接电流采用直流反接, 焊接位置摆放尽量小角度爬坡, 以方便控制小电流, 避免形成焊接粗大组织。

2.2.2 缺陷清理, 先用角磨机和手动砂轮打磨清理裂纹组织, 以着色探伤确定裂纹是否清除干净。再对缺陷进行清洗, 修整, 用氧、乙炔中性火焰对其进行烧烤, 使其中的油脂等有机物彻底燃烧, 冷却后再用盐酸清洗, 缺陷坑壁应打磨成钝角, 倾斜约120°, 从底部圆滑过度到轮带表面, 在缺陷处理时, 打磨的位置从缺陷处10mm处开始, 防止缺陷扩展及造成应力集中过大, 出现隐形裂纹。

2.3 焊接过程

2.3.1 打底焊:

焊前用气焊火焰将预堆焊区周围约200mm范围内均匀预热到250℃-300℃, 此温度一直保持到焊接完毕, 焊接材料为Ni3.7 (φ3.2mm) , 焊接电流为 (90-110) A, 电弧电压为 (22-24) V, 引弧时在非焊接部位引弧, 打底焊时严格执行冷焊工艺, 采用分散、断续焊, 每次施焊长度小30mm, 缓慢熄弧, 填满弧坑焊后立即清渣进行表面锤击处理, 形成麻坑, 这样即可减少焊接应力, 又可防止焊接裂纹和剥离现象产生, 当焊道缓冷却到80℃以下, 再焊下一段, 再锤击, 以此方法焊完第一层, 随后清理干净, 检查有无焊接缺陷, 如果出现焊接缺陷, 应铲除后进行修复, 焊后保温缓冷, 消氢处理。

2.3.2 补焊层材料为A3 07 (φ4.0mm) 焊条, 直流反接, 焊接电流为 (100-120) A, 电弧电压 (23-26) V, 操作方法为横焊, 焊接过程应控制电弧不能摆动, 采用多层多道焊。另外为防止起弧和熄弧处弧坑引起应力集中, 应尽量使各层起弧位置相互错开, 层间施焊应填满弧坑, 每焊一层应趁热锤击, 使焊缝表面产生塑性变形以减少焊接应力, 每层焊缝厚度以 (2-3mm) 为宜, 每焊一层均应将焊渣, 氧化皮清除干净后再焊下一层, 焊毕应缓冷, 以减少残余焊接应力, 防止裂纹产生。在焊接过程中尽量保持连续性, 不中断以防止重复冷却, 而形成淬硬组织, 如果出现中断必须保证缓冷, 重新开始焊接前, 要重新预热到250-3 0 0℃, A3 07预热时温度不能超过100℃, 防止在焊后出现晶间腐蚀。

2.4 表面处理

对补焊区进行打磨, 用弧形样板和直尺交互检查打磨情况, 补焊面宜低于原基体0.05-0.15mm至少平齐, 不能高于基面, 以免接触应力剧增, 造成新的应力集中点和振动, 补焊打磨后, 最终以运转数圈的接触印痕来判断其高低, 边缘处进行圆滑处理, 经过以上处理发现焊接性良好, 能够满足焊接要求。最后修复区进行超声波探伤和表面着色探伤, 确保无焊接缺陷。

3 结论

焊接修复 第6篇

氧化是在铸造铝合金在进行焊接时出现的, 产成Al2O3, Al2O3具有稳定性、易燃性, 不容易清除, 致使铸造铝合金焊缝产生废弃物、不易熔合、没有焊透等焊问题;其次, Al2O3的特点就是比较容易吸附氢, 氢及其他气体在熔化状态下很容易产生气孔及溶解度大。铸造铝合金具有导热性好、极易吸附, 比热容大、散热速度快等优点, 铸造铝合金在焊时熔池会慢慢的加热, 热量会被传到内部去, 但是, 不能全部用热量来加热熔池, 这样热量会损失很大。铸造铝合金线膨胀系数是低合金钢及低碳钢的1倍左右, 在进行冷凝过程中会产生大量的收缩, 因此在焊接中会发现生焊接应力及焊接变形等问题的存在, 同时, 焊缝在凝固过程中很容易产生裂纹、缩孔、疏松等焊接问题。

2 发泡模具铸造铝合金焊接修复工艺

2.1 焊前准备

2.1.1 坡口加工

铸造铝合金的裂纹长度为940毫米, 焊接之前裂纹清除需要用扁铲清除掉, 同时坡口开双V形的, 为了不导致铸造铝合金焊接受到影响, 铸造铝合金表面要减少砂轮颗粒的进入。铜丝刷要进行打磨, 使用直径为0.15-0.2毫米的, 清除掉坡口的锈、氧化膜、油迹。在坡口两边30-40毫米处要露出金属光泽露来, 是为防止铸造铝合金在焊接中产生氢气孔。为了铝合金不被氧化掉, 清理完污迹后要立马进行焊接。打磨的过程中发现铸造铝合金背面底部杂质较高及模具内部杂质量少的问题。

2.1.2 焊接方法的选择

焊条电弧焊、气焊是发泡模具铸造铝合金焊接的主要方法, 其方法操纵比较简单, 适用于铸件及铝薄板的补焊。铸造铝合金的焊接使用惰性气体保护焊, 6毫米以下的薄板适用于TIG进行焊接, 6毫米以上的厚度的适用于MIG焊进行焊接。

2.2 焊接工艺

2.2.1 预热

低碳钢和低合金钢的1倍是铸造铝合金的膨胀系数, 在冷凝过程中会产生收缩, 因所以在铸造铝合金焊接中会会出现焊接应力及焊接变形等问题, 焊补模具最大的缺点就是结构不对称, 一边的厚度为20毫米, 一边的厚度为150毫米, 两边的厚度结构不对称, 焊缝的尺总长是1000毫米, 在进行焊接时会产生很大的焊接应力, 对模具整体进行烘烤时要采取氧-乙炔火焰, 预热的温度要低于层间温度, 烘烤温度最合适为100-200℃之间。

2.2.2 焊接材料的选择

铸造铝合金MIG焊用焊接材料有焊丝、保护气体。首先, 焊丝。根据模具材质, 选用SAl4043, 即铝硅焊丝, 其成分见表1。

其次, 保护气体。模具焊补厚度为20毫米, 氩气纯度为99.95﹪, 使用保护气为氩气作。最后, 确定焊接工艺参数。为了焊接合适的工艺参数, 要进行焊件实验, 则取择取一块与模具材质形同的材料, 确定其最优的工艺参数, 焊接电流电弧电压U=18-22V, 焊丝直径d=φ1.6毫米, 氩气流量16-18L/min, I=140-160A, 使用直流反接。铸造铝合金有热膨胀系数大, 导热速度快的特点, 导致在焊接过程熔合比较难, 为了规避熔合难的情况, 锯齿形往复运条能有效地规避焊接过程中熔合难的问题。

2.3 焊后处理

为了模具能够使用正常, 焊接过后要将杂物用清理干净, 要用铜丝刷进行打磨, 再用用扁铲把内腔的凸出出部分清除, 内壁和焊缝要平整。由于铸造铝合金背面杂质含量高及焊缝长, 导致焊接应力比较大, 熔合比较难, 氧-乙炔焰适合焊后要使用, 350℃-400℃之间是烘烤最合适的温度。

2.4 焊后检验

焊后焊缝要利用超声波进行检测, 没有发现焊接缺陷的时候, 模具放置一周, 观察十分出现延迟裂纹。

3 我国铸造铝合金焊接技术的发展趋势

3.1 网络化

目前铝我国网络科技的的迅速发展提高, 铸造铝合金焊接自动化系统管理也向着一体化的方向发展。可以使用远程通信网络、计算机网络技术等, 将铸造铝合金焊接自动控制一体化及生产管理, 实现远程控制、诊断、脱机编程和维修。

3.2 智能化

现在铸造铝合金焊接发展的方向就是焊接技术智能化与自动化的结合, 将计算机网络、智能控制技术、传感技术都使用在铸造铝合金焊接自动化中, 在各种复杂环境变使其能够下实现效率高、质量高的自动铝合金焊接。

3.3 柔性化

投资自动化铸造铝合金生产线及焊接的一次成本比较高形成柔性制造系统是在设计铸造铝合金焊接装备时必须考虑的, 好更好的发挥装备的使用功能, 来满足产品不同规格工件的生产需要。

3.4 集成化

铸造铝合金焊接自动化系统的集成化技术包括硬件系统的结构集成、控制技术集成及功能集成。重要的组成环节就是集成系统中信息流科技物质流, 促进其有机地结合, 可以降低实时控制及信息量的需求。

结论

为了避免发泡模具铸造铝合金使用过程中开裂, 首先要选择较好的的焊接材料, 其次制定好的焊接工艺, 最后使用使用MIG焊成功进行修复, 这样企业大大的节约了模具成本, 提高了经济效益。

参考文献

[1]雷祥, 单际国, 郑世卿, 等.焊接工艺对6005A铝合金激光-MIG复和焊焊缝成形的影响[J].焊接, 2010 (21) :25-27.

氨合成塔换热器的焊接修复技术 第7篇

氨合成塔内部换热器的腐蚀既有全腐蚀, 又有局部腐蚀, 导致破坏的就是局部腐蚀之处。

一、内部换热器的工况条件

内部换热器在合成塔的内部, 工作压力15 MPa~32 MPa, 温度150℃~510℃, 介质有N2、H2、NH3、CO及CO2等气体。

1. 全腐蚀。

金属表面全部产生腐蚀全腐蚀, 包括高温脆化和氢腐蚀。在高温作用下, H2→2H附着在不锈钢表面, 直径很小的H原子通过晶界向钢内扩散和聚集, 形成局部高压, 产生很大的应力, 并与外界应力迭加导致裂纹产生, 同时不锈钢脱碳, 裂纹在复合应力作用下扩展, 又为氢和碳的扩散提供了条件, 最终使裂纹成为网络。

介质中的N2与合金元素化合成硬而脆的氮化物, 介质中的NH3也加速腐蚀作用。

2. 局部腐蚀。

局部腐蚀就是晶间腐蚀, 沿金属晶粒边界面向内部扩展的腐蚀。不锈钢具有耐腐蚀能力的必要条件是铬的质量分数必须大于12%, 当温度处于敏化温度区间 (450℃~800℃) 时, 碳在不锈钢晶粒内部的扩散速度大于铬的扩散速度, 室温时, 碳在奥氏体中的熔解度很小, 约为0.02%~0.03%, 一般奥氏体不锈钢中的碳含量均超过此值, 奥氏体当中超出溶解度的碳会向晶界扩散, 并和铬化合在晶界沉淀形成碳和铬的化合物, 如Cr23C6等。而铬的扩散速度较小, 晶内的Cr原子来不及向晶界扩散, 所以在晶间所形成的碳化铬所需的铬主要不是来自奥氏体晶粒内部, 而是来自晶界附近, 结果就使晶界附近的含铬量大为减少, 当晶界附近的铬的质量分数低到小于12%时, 就形成相对的“贫铬区”。此时如遇到化学腐蚀介质, 将会沿晶界发生腐蚀。

二、影响不锈钢腐蚀的因素

调整母材和焊接材料的化学成分可以增强耐腐蚀性, 如增加Ti、Nb、Mo等有益元素、减少C、N2和O2等有害元素。尽量减少焊接热影响区和焊接应力, 尽量保证氨合成塔的工况条件, 如压力、温度和气体流量的稳定等。

三、焊接修复技术

1. 焊前准备。

(1) 焊条的选用。由于换热器材质为1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢, 且板厚只有6 mm, 采用焊条电弧焊进行焊接。选用含Ti和Nb的奥132焊条, 直径Φ2.5或Φ3.2, 用前烘干150℃, 保温1h, 然后放入焊条保温桶内随用随取。

(2) 焊件的处理。对已查到的裂纹部位, 用氧乙炔中性焰加热到600℃~650℃左右, 然后用50%浓度的盐酸刷洗待焊处及其附近, 5 min后用水冲洗, 再用角向磨光机清理该部位的表层污物, 直至露出金属光泽, 并沿裂纹处磨出沟槽, 以便焊补时熔掉裂纹, 使焊道平整。

2. 补焊工艺。

(1) 焊接工艺参数的选择原则。为防止焊接变形, 必须采用小的线能量, 坚持细焊条、小电流、不摆动、快速焊的原则, 层间温度不得高于150℃。

(2) 引弧和熄弧的方法。在沟槽内引弧, 拉长电弧对起焊处预热后进行正常焊接;熄弧时切记填满弧坑。

(3) 采取合理的焊接顺序。对于列管式换热器应采取从中心向外, 对称、分散、放射形的焊补方法, 以便分散热量, 避免管板局部温度过高产生较大的焊接应力。

(4) 焊接电源的极性选择。选择直流反极性, 工件为负极, 温度低, 焊接电弧稳定, 焊件的热量少, 免得过热。

如果补焊之处偏多, 焊件温度较高时, 用冷水冲即可降低焊件温度, 减少焊接应力的产生, 防止变形和裂纹的产生, 又可以防止晶粒的长大。

四、焊后检验

1. 外观检查。对焊补处及其附近进行外观检查, 如有表面焊接缺陷应进行修理。

2. 气压试验。

对于外观检查合格的合成塔内部换热器, 需要进行气压试验。内部换热器壳体敞口较多, 要想检查换热管接头连接质量, 需将壳体开口封堵进行气压试验。具体步骤:对换热器充气1 MPa保压, 用肥皂水涂抹换热器两端面, 检查是否漏气, 并保压30 min, 两块压力表指针均不下降为合格。

总之, 氨合成塔内部换热器修复完成、投入使用后, 运行情况良好, 合成氨产量大有提高。通过合理的焊接装夹具、合适的焊接规范, 氨合成塔内部换热器的各项指标均能满足设计的要求, 为企业节省了资金, 并创造了更大的效益。

焊接修复 第8篇

关键词：高压油气管线,焊接修复技术,分析

管道泄漏会引发很多严重问题, 比如爆炸。目前我国运输油气的管道总长度为2.3万, 都属于在服役管道, 这些管道中时常会发生泄漏, 给国家造成了不小的损失。为了能够减少资源能源流失, 有关人员要及时的发现泄漏部位, 并且及时的进行修复处理, 焊接修复技术是经常使用一种技术。本文首先对在役焊接修复工艺进行了概述, 其次对我国油气管线的特点以及焊接修复技术进行了阐释, 希望有所帮助。

1 在役焊接修复工艺概述

如果按照现场修复需求来进行划分, 在役焊接修复工艺可以分为两种, 第一种是套管修复, 即利用两个半圆管, 将其对接上, 套在需要修复的管道部位上, 再将半圆套管通过焊接固定在管壁上, 此时将两个半圆套管相互连接上, 其就成为运行管道的一部分。此种焊接修复方法主要是应用在管道局部区域中。通常情况下, 管道局部因为腐蚀厚度逐渐的降低, 为了防患于未然对部位应用此种方法。如果管线因为腐蚀已经发生了穿孔或者出现了裂纹, 但是穿孔的程度与裂纹的程度都不严重, 相关人员也可以选择应用此种焊接修复技术。

第二种, 安装支管焊接修复技术, 即在存在问题的管段前后, 分别焊接法兰管外套管, 之后借助特制刀具, 经过法兰孔在管上开孔, 将两个法兰连接到旁路中, 这样油气等介质就可以通过旁路分流, 然后将存在问题的管段切掉, 再焊接一个新管子, 焊接结束之后, 油气等介质再从其中流通, 将旁路拆掉。这一焊接修复过程, 管道并没有停止运输, 不会造成油气介质等浪费, 焊接修复期间, 如果有需求, 可以适当的降低管内压力。此种焊接修复方法通常应用在需要改线的管道中或者是对运输无法停止的管道中。

这两种焊接修复技术就有相同的特点, 即焊接操作都在管道内部有油气等介质的情况下进行。所以这两种焊接修复技术并没哟本质上的区别, 技术难度也基本一致, 即都是在管道服役的情况下进行施工。

在役焊接时, 因为管道内部依然有介质在流动, 焊接接头部位冷却速度非常快, 因此常常会发生带压情况, 带压焊接会产生比较严重的问题。其中最为严重的就是烧穿以及焊接接头无法保证安全可靠。之所以会出现烧穿情况, 主要是因为焊接区域存在没有熔化的金属, 而该金属无法承受应力作用。焊接人员如果在带压管道上进行焊接时, 如果金属强度没有达到应力要求, 即会出现烧穿泄漏等情况。因为在役管道必须在带压情况下进行操作, 所以其发生烧穿的可能性更大。

焊接接头之所以会出现不可靠问题, 主要是因为焊接接头存在着氢致裂纹, 使得接头承载能力下降。氢致裂纹的出现需要三个条件, 首先, 焊接缝上应该有一定的应力, 这一点在役管道在焊接修复过程中都存在拉应力, 因此符合这一条件;其次, 焊缝中存在一定的氢含量, 目前我国所使用焊接工艺, 能够减轻氢含量, 但是却无法消除氢;最后, 敏感显微组织。因为上述两个条件在役焊接修复技术都符合要求, 所以研究的重点就是敏感显微组织。对于在役焊接, 管道内部流动的介质可以不断地带走热量, 因此焊前预热和焊后热处理是没有多大意义的, 只能通过控制焊接线能量来控制降低HAZ硬度值和防止敏感组织生成。

2 我国油气管线的特点和焊接修复技术的现状

管道焊接修复工艺与管道材料、直径、壁厚、输送介质以及介质的流速、压力等因素都是有关的。因此, 对管道进行在役焊接修复前必须清楚管道的材质特点、运行特点。我国管线钢的应用和起步较晚, 过去已铺设的油、气管线大部分采用Q235和16Mn钢。“六五”期间, 我国开始按照API标准研制X60、X65管线钢, 并成功地与进口钢管一起用于管线铺设。20世纪90年代初宝钢、武钢又相继开发了高强高韧性的X70管线钢。在国内, 西气东输管线首次采用X70管线钢, 是目前国内在输气管道上采用的最高钢级的管线钢, 管道设计工作压力达10 MPa, 管径为1016mm, 壁厚为14.6~26.2 mm。在此之前国内建成的天然气管道的输送压力最大为6.4 MPa, 最高钢级为X60。在输油管道方面, 具有代表性的某成品油管道于20112年7月全线贯通, 其干线管道普通地段设计压力为10 MPa, 局部地段按13.0 MPa压力设计, 干线有508和457两种管径, 分别使用X60级和X52级管材, 管道的壁厚为7.1~12.7mm, 支线管径有168、273两种规格, 管道壁厚有5.6mm和6.4 mm两种规格。

目前, 国内油气管线的修复还是以泄压停输修复为主, 现场焊接修复工艺是当前我国管线修复的主要工艺, 该工艺已经不能适应我国油气输送业的发展。对于在役焊接修复和不停输改造, 中石油管道技术公司及其它一些施工公司也时有采用, 但大多凭经验操作或参考国外的施工工艺, 目前还没有进行系统研究。中国科学院金属研究所从1994年开始, 根据我国油气管道的实际运行状况, 在国内首先开展了运行管道在役焊接工艺的开发研究。先后进行了运行管道在役焊接时氢致开裂特征和防止路线的理论研究和相应计算机模型的开发, 取得了一些有价值的数据, 对在役焊接修复工艺的制定有一定的参考价值。但他们并没有将这项工作继续下去, 没有制定出能应用于现场施工的工艺标准, 离实际应用还有很大距离, 和国外的研究水平相比也有较大差距, 而且至今也没有其它单位或研究机构对此进行系统研究的报道。令人欣慰的是, 一些管道运营维护机构对在役焊接修复工艺的制定提出了要求, 如2013年中石油管道科技中心曾向我们提出就高压管道在役焊接进行合作研究, 并希望将研究结果在某成品油管道上进行试验。

结束语

综上所述, 可知对高压油气管线的在役焊接修复技术进行研究分析十分重要, 因为在役焊接修复技术是目前高压油气管线最经常使用的一种技术, 但是这种技术在应用过程中, 还存在很多问题, 尤其烧穿与焊接接头不可靠的问题, 再加之, 我国的焊接修复技术水平与发达国家相比, 还有一定的差距, 所以对其进行研究, 可以为有关人员进行参考。

参考文献

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[3]薛小龙, 姚建平, 罗晓明, 桑芝富.压力管道在线焊接烧穿的预测[J].焊接技术, 2008 (5) .

[4]陈玉华, 王勇, 韩彬.X70管线钢在役焊接局部脆化区的组织及精细结构[J].材料热处理学报, 2007 (1) .