轮机高压调节阀的堆焊修复方案

魔神

        湛江发电厂2号汽轮机的1号高压调节阀开启失灵，严重影响机组安全稳定运行。对阀门进行解体检查，发现高压调速汽门阀座下沉10mm，导致阀碟导向凸肩脱离导向槽，无法对蒸汽进行正常调节。鉴于机组临修时间短，阀座下沉现场很难恢复，决定采用堆焊处理，增加导向凸肩的高度，达到恢复高压主汽调节阀原有的使用功能。     
    1 高压主汽调节阀修复方案     
    1．1阀碟导向凸肩工作机理     
    2号机组为东方汽轮机厂制造的（N300－16．7／537／537－3型）汽轮机，它的高压主汽调节阀是由1个主汽阀和2个调节阀组成，高压调节阀是用于调节高压缸的进汽量。机组运行时，油动机作为机械提升装置，使阀碟导向凸肩沿导向槽上下移动，控制调节阀碟的开度。机组运行时，调节阀的高温蒸汽为16．7MPa，537℃，导向凸肩主要承受热应力和一定的周向剪切应力作用。    
    1号高压调节阀的阀碟与阀座配合直径为170mm，导向凸肩尺寸为55mm×30mm×10mm（高×宽×厚）。阀碟材料采用20Cr3MoWVA合金钢，为了提高阀碟耐汽蚀的性能，其表面进行过高温渗氮处理。     
    1．2堆焊材料和焊接设备的选择     
    根据调节阀的工作条件，阀碟导向凸肩既要保证有足够高温强度，又要满足一定的耐磨性。鉴于机组抢修，无法采购到最佳匹配材料，参照堆焊材料的选用原则以及对各堆焊材料力学性能的分析，选用与母材材质相近的TIG－R34（12Cr2MoWVTIB，Φ2．5mm）焊丝。焊接设备采用LincolnV300－1及氩弧焊接配套工具;温度监控使用美国MX2红外线测温仪。     
    2 焊接性能分析     
    根据碳当量公式计算，材料20Cr3MoWVA的主要特点是含碳及合金元素较多，焊接时焊缝及热处理区容易出现淬硬组织，当焊件刚性及接头应力较大时，容易产生冷裂纹。     
    经过渗氮处理的阀碟，其表面硬度高达HV900，焊接时极易产生裂纹。    
    3 堆焊工艺     
    3．1工艺线     
    焊前打磨清洗－预热－堆焊－焊后热处理－焊后车削。     
    3．2焊前准备     
    首先用角向砂轮打磨彻底清理去除堆焊部位20mm范围内的渗氮层，打磨深度应大于0．4mm，测量打磨部位的硬度值，并保证施焊区域达到HB185～321的要求。按JB4730－94检测标准，检查打磨后的导向凸肩表面质量不得有裂纹、夹渣等缺陷，达到Ⅰ级标准为合格。     
    然后用丙酮清洗阀碟焊接部位及其周围50mm范围内，保证无水、油等;用砂纸清除氩弧焊丝表面的油污和锈斑等脏物。     
    3．3焊接工艺及参数     
    采用氧乙炔火焰加热的方法进行焊前预热，预热温度为350～400℃，用测温仪测量预热温度。阀碟焊接部位露出，其它部位用石棉布包覆，避免电弧烧伤。工艺参数I＝80～90A，氩气流量8～10L／min，直流正接，电压范围10～15V，焊接速度30～45mm／min，每道摆动宽度≤10mm，每层堆焊厚度≤4mm。预热温度达到后开始焊接，层间温度控制在300～400℃，焊接过程中不允许产生任何缺陷，重点检查引、收弧处，发现缺陷立即用角向磨光机去除。为保证加工余量，按图堆焊尺寸，外径增加5mm，内径减少5mm，堆高13mm。一边堆焊完成后再堆焊另一边。     
    焊接完成后，用硅酸铝耐火棉包覆缓冷，焊接部位冷到100～150℃，立即进行焊后局部热处理。热处理采用火焰加热至640～660℃，保温30min，用测温仪监测，升温速度和冷却速度均＜300℃／h，冷却至300℃以下可不控制，冷却时用硅酸铝纤维毯包覆缓冷。     
    4 焊后检验     
    按照工艺·线完成阀碟的堆焊和机械加工后，经渗透探伤和超声波探伤检查，焊缝没有裂纹、夹渣、气孔等缺陷质量，堆焊质量达到JB4730－94标准Ⅰ级的要求;在加工表面进行硬度测试，其平均硬度值为HB241，与原母材的硬度值相近，满足工件的使用性能。     
    5 结论     
    2号机组1号高压主汽调节阀焊接修复并运行近1年后，在机组大修时解体检查，堆焊的阀碟凸肩经5616h运行未发现任何问题。可见用TIG－R34氩弧焊丝堆焊20Cr3MoWVA材料采用预热350～400℃，焊后640～650℃，保温30min处理的焊接工艺是合理可行的。它不但解决了高压主汽调节阀正常对蒸汽进行调节，还节省了上万元资金。