在工業(yè)管線的承壓閥門中,鑄鋼閥門由于其成本的經(jīng)濟(jì)性和設(shè)計的靈活性,受到廣泛運用。但是由于鑄造工藝受到鑄件尺寸、壁厚、氣候、原材料和施工操作的種種制約,鑄件會出現(xiàn)砂眼、氣孔、裂紋、縮松、縮孔和夾雜物等各種鑄造缺陷,尤以砂型鑄造的合金鋼鑄件為更多。因為鋼中合金元素越多鋼液的流動性越差,鑄造缺陷就更易產(chǎn)生。因此,缺陷判別和制訂合理、經(jīng)濟(jì)、實用及可靠的補(bǔ)焊工藝來確保補(bǔ)焊后的閥門符合質(zhì)量要求已成為閥門冷熱加工共同關(guān)注的問題。本文介紹幾種常見鑄鋼件缺陷的補(bǔ)焊方法和經(jīng)驗(焊條采用舊牌號表示)。
1、缺陷處理
1.1、缺陷判斷
在生產(chǎn)實踐中,有些鑄件缺陷不允許補(bǔ)焊,如貫穿性裂紋、穿透性缺陷(穿底)、蜂窩狀氣孔、無法清除的夾砂夾渣和面積超過65平方厘米的縮松等,以及雙方合同中約定的其他不能補(bǔ)焊的重大缺陷。在補(bǔ)焊前應(yīng)判斷缺陷的類型。
1.2、缺陷剔除
在工廠里一般可采用碳弧氣刨吹去鑄造缺陷,然后用手提角磨機(jī)打磨缺陷部位至露出金屬光澤。但生產(chǎn)實踐中更多的是直接用碳鋼焊條大電流除去缺陷,并用角磨機(jī)磨出金屬光澤。一般鑄件缺陷剔除,可用<4mm-J422焊條,160～180A電流,將缺陷除干凈,角磨機(jī)將缺陷口打磨成U形,減少施焊應(yīng)力。缺陷清除的徹底,補(bǔ)焊質(zhì)量好。
1.3、缺陷部位預(yù)熱
碳素鋼和奧氏體不銹鋼鑄件,凡補(bǔ)焊部位的面積<65cm2,深度<鑄件厚度的20%或25mm,一般無需預(yù)熱。但ZG15Cr1Mo1V、ZGCr5Mo等珠光體鋼鑄件,由于鋼的淬硬傾向大,冷焊易裂,應(yīng)作預(yù)熱處理,預(yù)熱溫度為200～400℃(用不銹鋼焊條補(bǔ)焊,溫度取小值),保溫時間應(yīng)不少于60min。如鑄件不能整體預(yù)熱,可用氧-乙炔在缺陷部位并擴(kuò)展20mm后加熱至300-350℃(背暗處目測觀察微暗紅色),大號割炬中性焰槍先在缺陷處及周邊做圓周快速擺動幾分鐘,然后改為緩慢移動保持10min(視缺陷厚度而定),使缺陷部位充分預(yù)熱后,迅速補(bǔ)焊。
2、補(bǔ)焊方法
2.1、要求
對奧氏體不銹鋼鑄件進(jìn)行補(bǔ)焊時,要在通風(fēng)處,使之快速冷卻。對珠光體低合金鋼鑄件和補(bǔ)焊面積過大的碳鋼鑄件則應(yīng)選背風(fēng)處或用擋風(fēng)板遮擋,避免快冷造成裂紋。補(bǔ)焊一個堆層的,補(bǔ)焊后應(yīng)立即清除藥渣,并沿缺陷中心向外均勻地錘擊,降低補(bǔ)焊應(yīng)力。若補(bǔ)焊分幾層進(jìn)行(一般3～4mm為一補(bǔ)焊層),則每層補(bǔ)焊后均要及時清除藥渣和錘擊補(bǔ)焊區(qū)域。如在冬季施焊,ZG15Cr1Mo1V類的珠光體合金鋼鑄件,每補(bǔ)焊一層還應(yīng)用氧-乙炔反復(fù)加熱,再迅速補(bǔ)焊,以避免產(chǎn)生焊接裂紋。
2.2、焊條處理
補(bǔ)焊前,應(yīng)首先檢查焊條是否預(yù)熱,一般焊條應(yīng)經(jīng)150～250℃烘干1h。預(yù)熱后的焊條應(yīng)置保溫箱中,做到隨用隨取。焊條反復(fù)預(yù)熱3次,若焊條表面藥皮有脫落、開裂和生銹,應(yīng)不予使用。
2.3、補(bǔ)焊次數(shù)
承壓鑄件,如閥門殼體經(jīng)試壓滲水,同一部位一般只允許補(bǔ)焊一次,不能重復(fù)補(bǔ)焊,因為多次補(bǔ)焊會使鋼中晶粒粗大,影響鑄件的承壓性能,除非鑄件可以在焊后重新進(jìn)行熱處理。其他非承壓同一部位的補(bǔ)焊,一般規(guī)定補(bǔ)焊不超過3次。同一部位的補(bǔ)焊超過二次的碳鋼鑄件,焊后應(yīng)作消除應(yīng)力處理。
2.4、補(bǔ)焊層高度
鑄件的補(bǔ)焊高度一般高出鑄件平面2mm左右,以利機(jī)加工。補(bǔ)焊層太低,機(jī)加工后易露出焊疤。補(bǔ)焊層過高,費時費力費材料
3、補(bǔ)焊后處理
3.1、重要補(bǔ)焊
水壓試驗有滲漏的鑄件、補(bǔ)焊面積>65cm2的鑄件,深度>鑄件壁厚20%或25mm的鑄件,ASTMA217/A217M-2007中均認(rèn)為是重要補(bǔ)焊。對此種重要補(bǔ)焊A217標(biāo)準(zhǔn)中提出,都應(yīng)進(jìn)行去應(yīng)力處理或完全再加熱處理,而這種去應(yīng)力處理或完全再加熱處理,必須用經(jīng)審定合格的方法進(jìn)行,即重要補(bǔ)焊需制訂補(bǔ)焊工藝。ASTMA352/A352M2006中規(guī)定,重要補(bǔ)焊后的去應(yīng)力或焊后熱處理是強(qiáng)制要求。與A217/A217M相對應(yīng)的我國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T5263-2005中將重要補(bǔ)焊定義為“重缺陷”。但事實上,除鑄件毛坯可以完全再加熱處理外,許多缺陷往往是在精加工過程中才發(fā)現(xiàn)的,已無法再完全熱處理。因此,生產(chǎn)實踐中,通常是由有經(jīng)驗的持有壓力容器焊接證書的焊工在現(xiàn)場用有效的方法解決。
3.2、消除應(yīng)力
精加工后發(fā)現(xiàn)的缺陷補(bǔ)焊后,已無法做整體消除應(yīng)力回火處理,一般可采用缺陷部位氧-乙炔火焰局部加熱回火方法。采用大號割炬中性火焰來回緩慢擺動,將鑄件加熱到表面出現(xiàn)目視可見暗紅色(約740℃),保溫(2min/mm,但不少于30min)。消除應(yīng)力處理后應(yīng)立即在缺陷處蓋上石棉板。珠光體鋼閥門通徑上的缺陷,補(bǔ)焊時還應(yīng)在通徑內(nèi)腔填塞石棉板,使之緩冷。此種操作,既簡便又經(jīng)濟(jì),但要求焊工有一定實踐經(jīng)驗。
不銹鋼鑄件在補(bǔ)焊后一般不作處理,但應(yīng)在通風(fēng)處施焊,使補(bǔ)焊區(qū)快冷。除非補(bǔ)焊后表明已引起奧氏體組織的改變,或?qū)儆谥厝毕荨Ｔ诤贤蜅l件許可下,應(yīng)重做固溶化處理。缺陷面積過大過深的碳鋼鑄件和各種珠光體鑄件,處于鑄件清整階段和雖進(jìn)入粗加工、但留有精加工余量的,應(yīng)在補(bǔ)焊后實施消除應(yīng)力處理。碳鋼消除應(yīng)力回火溫度可設(shè)為600～650℃,ZG15Cr1Mo1V和ZGCr5Mo回火溫度均可設(shè)為700～740℃,ZG35CrMo回火溫度設(shè)為500～550℃。所有鋼種的鑄件,其消除應(yīng)力回火的保溫時間均不少于120min,并隨爐冷卻到100℃以下出爐。
3.3、無損檢測
對于閥門鑄件的“重缺陷”和“重要補(bǔ)焊”,ASTMA217A217M-2007標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定,如鑄件生產(chǎn)符合S4(磁粉檢查)補(bǔ)充要求的規(guī)定,補(bǔ)焊要采用檢查鑄件同一質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的磁粉檢驗來檢查。如鑄件生產(chǎn)符合S5(射線照相檢查)補(bǔ)充要求的規(guī)定,對于水壓試驗滲漏的鑄件、或準(zhǔn)備補(bǔ)焊的任何凹坑深度超過壁厚的20%或1in1(25mm)的鑄件以及準(zhǔn)備補(bǔ)焊的任何凹坑面積約大于10in2(65cm2)的鑄件的補(bǔ)焊,都要采用檢查鑄件同一標(biāo)準(zhǔn)的射線檢驗進(jìn)行檢查。JB/T5263-2005標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定,重缺陷補(bǔ)焊后應(yīng)進(jìn)行射線或超聲檢測。即對于重缺陷和重要補(bǔ)焊,必須要進(jìn)行有效的無損檢查,證明合格后方能使用。
3.4、等級評定
對于補(bǔ)焊區(qū)域無損檢查缺陷報告的等級,JB/T3595-2002中規(guī)定,對于電站閥的鑄鋼件閥門坡口和補(bǔ)焊部位應(yīng)按GB/T5677-1985進(jìn)行評定,三級合格。閥門對接焊縫應(yīng)按GB/T3323-1987進(jìn)行評定,二級合格。JB/T644-2008中對鑄件中同時存在二種不同等級缺陷也給出了明確規(guī)定,在評定區(qū)同時存在兩類或兩類以上且等級不同的缺陷時,取其中最低等級定為綜合評定等級。同時存在兩類或兩類以上且等級相同的缺陷時,其綜合等級應(yīng)降低一級。
對于補(bǔ)焊區(qū)缺陷的夾渣、未溶合和未焊透,JB/T6440-2008中規(guī)定,可看作鑄造缺陷的夾渣來評定,補(bǔ)焊區(qū)缺陷的氣孔可看作鑄造缺陷的氣孔評定。
一般工況閥門的訂貨合同中不標(biāo)注閥門鑄件等級,更少在合同中注明缺陷補(bǔ)焊后的合格等級,這往往給閥門的生產(chǎn)、檢驗和銷售帶來諸多矛盾。根據(jù)我國目前鑄鋼件的實際質(zhì)量水平和多年經(jīng)驗,補(bǔ)焊區(qū)域評定的等級一般認(rèn)為不應(yīng)低于GB/T5677-1985中的三級,即ASMEE446b標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的Ⅲ級。耐酸耐蝕管線工況的鑄鋼閥門和高壓鑄鋼閥門的殼體承壓部位,一般應(yīng)達(dá)到ASMEE446bⅡ級或以上標(biāo)準(zhǔn)。射線檢查結(jié)果表明,經(jīng)符合標(biāo)準(zhǔn)程序和規(guī)范補(bǔ)焊的缺陷區(qū)域,熔敷過程中生成的缺陷,比鑄件本身還要少,級別更高。總之,補(bǔ)焊作為制造過程的一部分,不可掉以輕心。
3.5、硬度檢測
補(bǔ)焊區(qū)雖經(jīng)無損探傷檢查合格,但如需機(jī)加工時,應(yīng)該再檢查一下補(bǔ)焊區(qū)的硬度,這也是對消除應(yīng)力處理效果的檢查。如果回火溫度不夠,或時間不足,會引起補(bǔ)焊區(qū)域的熔敷金屬強(qiáng)度高,塑性差,機(jī)加工時焊區(qū)域會很硬,容易導(dǎo)致刀具崩裂。母材和熔敷金屬性能不一致,還容易造成局部應(yīng)力集中,出現(xiàn)補(bǔ)焊過渡交界的明顯痕跡。因此,補(bǔ)焊區(qū)域需要用硬度值來鑒定和檢測。用手提砂輪機(jī)輕輕磨平補(bǔ)焊區(qū)域,采用便攜式布氏硬度計錘擊三個點,將補(bǔ)焊區(qū)硬度值與鑄鋼件本身硬度值進(jìn)行比較。如果二個區(qū)域的硬度值相近,則說明氧-乙炔回火基本成功。如果補(bǔ)焊區(qū)硬度值大于鑄鋼件硬度20以上,建議返工,直至硬度與母材接近。承壓鑄鋼件經(jīng)熱處理后的硬度一般設(shè)計為160～200HB,硬度太低或太高都不利于機(jī)加工作業(yè)。補(bǔ)焊區(qū)硬度太高,會使其塑性下降,降低閥門殼體承載的安全性能。
4、結(jié)語 鑄鋼件缺陷的科學(xué)補(bǔ)焊,是一項節(jié)能的再制造工程技術(shù)。在現(xiàn)代化測試手段配合下,應(yīng)在補(bǔ)焊工具、焊材、人員和工藝上不斷加以創(chuàng)新改進(jìn),真正實現(xiàn)制造與維修的一體化。
