透平压缩机壳体裂纹补焊工艺

2011-12-23周同利

纯碱工业 2011年3期

关键词：补焊铸铁焊条

周同利

(青岛碱业股份有限公司,山东青岛 266043)

透平压缩机壳体裂纹补焊工艺

周同利

(青岛碱业股份有限公司,山东青岛 266043)

针对透平压缩机壳体加强筋部位出现裂纹问题,提出采用灰口铸件 HT250的裂纹补焊工艺,可有效地防止裂纹的产生,使焊缝有一定的塑性和强度,并有较好的抗裂性能和机加工性能。

透平压缩机;灰口铸铁;补焊;焊接工艺

青岛碱业股份有限公司压缩车间的透平压缩机壳体加强筋部位出现裂纹,透平压缩机壳体材料为H T250灰口铸铁,其加强筋部位裂纹处厚度 20 mm,裂纹成线性延伸。

该设备是我公司纯碱生产线上运行的设备,长期运行使用,若需维修可短暂停车,更换或者修复透平压缩机壳体,如果更换壳体需要联系生产厂家,再加工备件,需要很长一段时间。而补焊修复壳体较快,但是,该件材料为灰口铸铁,焊接难度较大,我公司以前几乎没做过铸铁件的焊接。

铸铁的焊接,主要应用于铸件的补焊。灰口铸铁补焊时,容易出现裂纹等问题。当焊缝强度较高而母材强度较低时,容易产生剥离。尤其对于大面积的裂纹补焊是不容易获得成功的。因此在制定补焊工艺时,对铸件的缺陷要进行具体分析,尽量减小熔合比,调整热影响区,松驰焊接应力,才能使大面积的裂纹补焊获得成功。

1 焊条选择

选用纯镍的铸308焊条有较好的抗裂性和切削加工性。镍是扩大奥氏体区的元素,当铁镍合金中镍量大于30%时,合金凝固后一直到室温都保持硬度较低、塑性较好的奥氏体组织,不发生相变。它也是非碳化物形成元素,不会与碳形成高硬度的碳化物,而且以镍为主要成分的奥氏体,能溶解较多的碳。纯镍在1 300℃时可溶解2%的碳。温度下降后,少量碳由于过饱和而析出细小的石墨,故焊缝有一定的塑性和强度,且硬度较低。

镍又促使石墨化形成元素。液态时镍的扩散能力较强,可扩散到半熔化区,对减弱半熔化区的白口宽度起到作用。所以采用纯镍焊条焊接,白口区宽度最小呈断续分布,机加工性能和抗裂性能均较好。

选用φ3.2小直径焊条,小电流、快速焊。小规范焊接,其优越性有:

1)可使熔池小,熔深浅,减少母材中碳和硫等有害元素进入焊缝。

2)焊接规范小,其线能量也小,降低了焊接应力,使焊接区出现裂纹的倾向减小。

3)可缩小热影响区宽度;其中包括最易形成白口的半熔化区宽度,使白口层变薄,提高接头机械性能。

2 焊前准备

1)钻止裂孔:在距离裂纹末端2～3 mm处钻1个直径为6～8 mm的止裂孔。

2)开坡口:采用机械方法,在裂纹开裂部位用磨光机磨出坡口,并打磨光滑,开坡口时要排除裂纹,坡口底部呈圆弧状,坡口尺寸如图1所示。

图1 焊缝坡口形式

3)焊前清理:坡口表面两侧各20 mm应将氧化皮、水、铁锈、油污、积渣和其它杂质清理干净,直到露出光泽为止。

3 焊接工艺及工艺重点分析

1)焊前预热,焊前将坡口周围预热,温度为200～250℃,以缩小焊缝与工件的温差。能使工件与焊缝的温差缩小,减慢冷却速度,防止热影响区产生淬硬组织,并可有效地防止裂纹的产生。前经150℃左右烘焙2 h。

2)焊条烘干,将铸铁焊条(铸308,φ3.2 mm)焊

3)焊接顺序,采用合理的焊接顺序(1、2、3……),如图2所示。采用手工电弧焊,电流为90～100 A。采用直流正接。

图2 焊接顺序

4)采用多层多道焊,补焊工件较厚,坡口截面较大,采用多层多道焊。焊缝截面较大,产生的收缩应力很强,容易形成焊缝剥离。故采用合理的焊接顺序,如上图2所示。

多层多道焊时,采用合理的焊接顺序。其原因之一,也是为了分散热量。关键是在坡口两侧与母材交界的那一层焊道上,要严格控制电流,运条要快,必须使焊缝与母材熔合良好。中间的焊道,因为使用纯镍焊条,其焊缝金属的塑性会较好。由于采取了合理的焊接顺序,并配合锤击焊缝,这样就能有效地防止半熔化区的“焊缝剥离”。

5)采用断续焊、分散焊、逐步退焊法。断续焊,即焊一段后停留片刻,待工件冷到50～60℃时再焊下一道焊缝,以防止热量集中。分散焊,在一个部位焊一段后再到另一部位焊接,以减少温差,降低应力。逐步退焊法,它与连续焊相比,可使焊缝的拉应力峰值有很大减低,故有利于防止焊缝裂纹的产生。

调整焊接热输入。采用分散焊、断续焊、多层多道焊,其目的是为防止局部金属过热,避免因热应力而诱发裂纹的产生。

6)锤击焊缝,是减少焊接应力的有效措施。锤击焊缝时温度大于400℃效果较好,用小圆头锤击焊缝,使焊缝金属延展,松驰焊补区的应力。但需注意:第一层因焊肉较薄不宜锤击;最后一层也不要锤击,以防止冷作硬化;其他各层均要锤击。应大于3 mm。和层间清理,将焊缝表面熔渣、有害氧化物、油脂、锈迹等清除干净后再继续施焊。

8)每层焊后清熔渣,多层多道焊时,应注意道间

9)焊后热处理及缓冷措施,在焊接区周围200 mm范围内,加热到300～350℃,用岩棉板覆盖保温使之缓慢冷却。

焊后热处理及缓冷措施,能使工件与焊缝的温差缩小,减慢冷却速度,防止热影响区产生淬硬组织,并可有效地防止裂纹的产生。

7)对接焊缝低于母材时必须补焊,其增高量不

10)检验,焊接接头进行外观检查,合格标准符合有关规定。