電站汽輪機(jī)高中壓外缸裂紋現(xiàn)場修復(fù)

鄭 偉

（內(nèi)蒙古電力科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010020）

1 缺陷概況

某發(fā)電公司1號機(jī)組為東汽生產(chǎn)的亞臨界、中間再熱、雙缸雙排汽、直接空冷凝汽式汽輪機(jī)，型號NZK300-16.7/537/537，該機(jī)組于2015年4月投產(chǎn)運行，至本次裂紋發(fā)生時已運行約2萬h。2017年10月啟機(jī)運行30 h后發(fā)現(xiàn)外缸上、下半內(nèi)壁溫差偏大，且溫差值有繼續(xù)變大的趨勢，于是作了滑停。第二天拆下下缸保溫時發(fā)現(xiàn)，右側(cè)中壓進(jìn)汽管根部到左側(cè)中壓進(jìn)汽管根部有長約1250 mm的裂紋。

該裂紋已嚴(yán)重威脅到機(jī)組及工作人員的安全，電站共有2臺機(jī)組為當(dāng)?shù)鼐用窆┡?號機(jī)組停機(jī)后只有2號機(jī)組單機(jī)供暖，一旦再出故障，勢必雙停，無法保障供暖。發(fā)電公司領(lǐng)導(dǎo)就高中壓下缸裂紋問題作出指示：現(xiàn)場處理缺陷，保證供暖，待供暖期結(jié)束視修復(fù)情況再作決定。因無法檢查汽缸內(nèi)壁裂紋的分布情況，高中壓外缸下半不能移動且不揭缸，消缺及焊接修復(fù)位置狹小，采用仰焊進(jìn)行焊接，焊接量大、周期緊，返修工作難度大。

2 修復(fù)方法的確定

汽輪機(jī)下缸材料為ZG15Cr1Mo1，最大壁厚處110 mm。為有效控制下缸焊接時的變形量，首選冷焊修復(fù)工藝，選取與閥體材料成分不同的鎳基焊接材料進(jìn)行焊接修復(fù)，使補焊材料具有較高的韌性及良好的抗裂性能，且焊后不需熱處理。消缺方案分3步：鉗工打磨；碳弧氣刨消缺；現(xiàn)場補焊。見圖1。

圖1 消缺方案

3 準(zhǔn)備工作

3.1 千分表的安裝

為監(jiān)測消缺和補焊過程中的缸體變形，在下缸4只貓爪附近安裝千分表6塊，監(jiān)測下缸變形狀況。焊接過程中使用千分表對焊接變形進(jìn)行檢測，每隔1 h記錄一次千分表讀數(shù)，當(dāng)讀數(shù)＞0.05 mm時停止焊接，用錘擊并冷卻措施使其數(shù)值恢復(fù)到≤±0.05 mm后方可繼續(xù)施焊。

3.2 缺陷消除和坡口的制備

首先用氣動旋轉(zhuǎn)銼（圖2）將圖1深色區(qū)域中裂紋末端打2個止裂孔，止裂孔尺寸需完全覆蓋裂紋，避免使用碳弧氣刨消除裂紋和補焊時裂紋繼續(xù)擴(kuò)展（圖3）；其次使用碳弧氣刨將圖1深色區(qū)域中的缺陷消除，對于裂紋貫穿部位，如將其挖穿直接施焊，無法控制根部焊接質(zhì)量，且缸內(nèi)壁成型質(zhì)量差，投運時通流易產(chǎn)生局部渦流。為此，不挖穿止裂孔中間裂紋，挖至距汽缸內(nèi)壁厚度（10～15）mm時停止氣刨。將氣刨區(qū)滲碳層用氣動旋轉(zhuǎn)銑頭打磨光滑，為便于焊接并滿足工藝要求，根據(jù)裂紋走向進(jìn)行破口修整，以便焊接運條。坡口不宜過大，以減少焊接應(yīng)力。對焊接區(qū)及周圍進(jìn)行滲透探傷，確認(rèn)無其他缺陷。消缺結(jié)束后，坡口最寬處65 mm，中壓進(jìn)汽管坡口深70 mm（圖3），下缸坡口深100 mm，坡口呈U形。

圖2 旋轉(zhuǎn)銼頭

4 焊接修復(fù)

4.1 焊接工藝

圖3 止裂孔

焊前將焊接區(qū)域周圍鐵屑等用風(fēng)槍清理干凈，在止裂孔中鑲嵌與母材成分相同的鑲塊并焊接，克服焊接內(nèi)部成型質(zhì)量較差問題。

（1）焊接材料選用 ERNiCr-3/Φ1.2mm焊絲和 ENiCrFe-1/Φ4.0 mm焊條，焊前按要求烘干。

（2）采用手工氣體保護(hù)焊+焊條電弧焊兩種方法進(jìn)行焊接，手工氣體保護(hù)焊GMAW（Gas Metal Arc Welding，熔化極氣體保護(hù)焊）為主，焊條電弧焊SMAW（Shielded Metal Arc Welding，焊條電弧焊）為輔，對于GMAW不易焊接的位置，采用SMAW焊接，焊接參數(shù)見表1。

（3）采用氧-乙炔火焰加熱方法預(yù)熱焊接部位至（100～150）℃，使用紅外測溫槍監(jiān)測，控制加熱溫度、層間溫度在此范圍內(nèi)。

（4）采用分段、分散對稱焊接，用絲速度（50～70）mm/min，每層焊道厚度≤5 mm。要特別注意避免層間缺陷的產(chǎn)生。

表1 焊接參數(shù)

4.2 施焊注意事項

焊接過程用氣動電鏟錘擊焊縫，減少焊接應(yīng)力及變形。層間清理干凈焊渣。道與道之間圓滑過渡，焊接過程中用6倍放大鏡對焊道進(jìn)行目視檢驗，焊接過程中出現(xiàn)尖銳部位進(jìn)行打磨圓滑以減少焊接過程中的應(yīng)力峰值。焊接完畢用保溫棉保溫，覆蓋緩冷。

5 焊后檢驗

（1）表面檢驗。在焊縫厚度為20 mm時進(jìn)行第一次PT（Penetrant Testing，滲透檢驗）；焊縫厚度為50 mm時進(jìn)行第二次PT；焊接全部完成后進(jìn)行第三次PT（圖4）。

（2）硬度檢驗。對母材及補焊區(qū)焊縫進(jìn)行表面硬度檢驗，符合DL/T 869—2012《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》的要求。

（3）金相檢驗。對母材及補焊區(qū)焊縫進(jìn)行金相組織檢驗，符合DL/T 869—2012《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》和DL/T 753—2015《汽輪機(jī)鑄鋼件補焊技術(shù)導(dǎo)則》的要求。

（4）下缸缸體變形測試：由6只千分表讀數(shù)可知，變形量≤0.05 mm，滿足設(shè)備安裝要求。

（5）修后性能試驗。經(jīng)過9個月運行，機(jī)組各項指標(biāo)符合要求。

圖4 焊接完成后的下缸焊縫

6 結(jié)束語

焊接修復(fù)共使用焊絲80 kg焊條5 kg，消缺、焊接歷時14 d，修后各項檢驗均符合要求，缸體下缸變形控制良好。正常運行9個月后各項復(fù)檢結(jié)果均符合要求,證明所選用的焊接修復(fù)工藝合理可行。同時也為電站同類耐熱鑄鋼件設(shè)備的現(xiàn)場焊接修復(fù)提供經(jīng)驗借鑒。