山東電建二公司  郭克智  

黃島電廠三期擴建工程#5汽輪機缸體上的一個偏心銷在加工的過程中，由于加工人員對尺寸的理解錯誤，導致偏心銷尺寸直徑多加工了5mm，無法滿足使用要求，故要求對偏心銷進行堆焊后再進行車削加工，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

由于該材質含碳量比較高，淬硬傾向大，特別是在焊接過程中，母材近縫區容易產生低塑性的淬硬組織，導致haz脆性增大。在焊接冷卻的過程中，奧氏體增碳后易于形成孿晶馬氏體，可在界面上產生顯微裂紋，成為潛在的裂源，并起到吸氫和應力集中的作用。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，不間斷連續焊需要二十多個小時，采用手工電弧焊也需要近十個小時。第二，如該鋼種采用多層多道焊工藝，在焊接過程中存在“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的第一焊道粗晶區，具備了產生這些組織遺傳的基本條件。粗晶粒并未得到細化，而是在晶粒邊界出現許多等軸晶粒，即出現組織遺傳。在焊接熱影響區出現組織遺傳之后，將引起進一步脆化，組織轉變為位錯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的組織。通過分析，我們不難發現，這種材料的焊接性很差。而且由于工件比較大，除補焊工作量很大，還要采取其他的輔助措施，如預熱、恒溫、防變形等，所以說可操作性也比較差。

1.2  方案的選擇

由于材質特殊，既要保證焊接過程中不出現質量缺陷，還要保證焊縫有比較好的機械加工性能，只能采用小規范、小參數的焊接操作，減小熔深，降低熔合比。同時減少局部焊接熱輸入量，降低溫差，防止出現焊接熱應力裂紋或冷裂紋，故手工鎢極氬弧焊或許是 佳選擇。針對焊接材料的選擇，由于情況特殊，為減少在焊接過程中可能出現的問題，我們優先選用不銹鋼焊絲，成本可能比較高，但焊接質量比較有保證。此外，由于工件粗大，焊前預熱是一項很重要的工藝措施，充分的預熱有利于降低熱影響區的硬度，改善焊縫的塑性，減小焊后殘余應力。由于焊接持續時間太長，為保證工件的局部溫度，減小溫度梯度，同時也為了保持工件在停止焊接時的溫度，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，為防止焊接過程中，由于工件不同部位受熱膨脹不一致，導致工件變形，我們選用垂直固定焊接位置。

2  修復過程

（1）       焊前準備：認真清理工件需要堆焊的區域，去除油污、鐵銹等，并進行著色試驗，以檢驗工件是否存在表面質量缺陷。

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

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

（6）       焊接位置：為防止因工件截面不一致，在焊接過程中由于受熱導致工件撓度發生變化，引起垂直度發生偏移。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  汽輪機缸體偏心銷結構簡圖

我們選擇首先在過渡端堆焊1進行堆焊，緩慢過渡。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：補焊區域需堆焊3層，預留足夠加工余量。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，在保溫材料內緩冷。

（10）   焊完一層，認真檢查堆焊區域是否存在缺陷，如裂紋、氣孔、未熔合等。如發現，用磨光機進行徹底打磨，打磨區域稍大于缺陷部位，然后再進行補焊。

3                             效果檢驗

由于焊接時間持續太長，在當天的焊接過程中，第一層并未焊完。采取恒溫200℃，并未進行脫氫處理。當焊工第二天開始焊接的時候，發現剛焊完的焊縫出現明顯的裂紋，仔細檢查才發現昨天焊完的焊縫上出現不少顯微裂紋。于是我們停止補焊，分析查找原因。由于在補焊的過程中多次檢查，并未發現裂紋，產生的裂紋應為延遲裂紋。延遲裂紋的產生主要與焊縫的含氫量有關。我們可以初步斷定，由于焊接間隙時間太長，焊縫未及時進行后熱脫氫處理，且焊縫未采取保溫措施，完全裸露在空氣中，導致焊縫中的含氫量進一步增加， 終導致焊縫開裂。至于，第二天焊后立即出現的裂紋，主要是由于母材近縫區產生了大量的淬硬組織，在焊縫冷卻的過程中，馬氏體相變產生的脆性所造成的。而焊縫一側則存在潛在裂源（氫大量聚集），所以焊縫在焊后馬上出現裂紋。

于是，我們對原工藝及時進行調整，預熱、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行如下調整：

（1）       焊接方法：首先，采用磨光機徹底清除原焊縫上的缺陷，在著色試驗確認無裂紋后再進行補焊。手工電弧焊，有一名焊工獨立完成。焊接過程中不間斷，一次完成。

（2）       焊接材料：a507  φ2.5

（3）       工藝參數：直流反接，焊接電流（65～70）a。

（4）       焊接層數：焊縫為一層。為保證足夠的焊縫抗裂強度，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，在保溫材料內恒溫。

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

4  結論

由于在該工件補焊的補焊過程中，我們忽視了一個重要環節，以為恒溫可以替代后熱處理。正是由于認識不足和經驗的欠缺，給我們造成很大的困難。在第二次補焊的過程中，我們仔細檢查每一道焊縫，在確認無任何缺陷產生后再進行下一道的焊接。 后該工件經機械加工，達到要求尺寸，及時解決了工程建設中因意外事故對施工帶來的困難，滿足了現場施工要求，保證了工程進度，為公司彌補了巨大的經濟損失，同時也為公司贏得了良好的聲譽和信譽。通過實踐證明，我們制定的工藝措施是行之有效的。我們在接受教訓的同時，及時總結經驗，并形成文字。我們希望廣大同行在遇到類似問題的時候，可以作為參考，能為大家提供一些幫助。

參考文獻：

[1]張文鉞.焊接冶金學.北京：機械工業出版社，1999.6。

[2]焊工手冊編寫小組.焊工手冊.北京：機械工業出版社，1981.4

[3]張信林.焊工技術問答.北京：中國電力出版社，2005.11

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