修復(fù)高壓調(diào)節(jié)閥堆焊的方案

    湛江發(fā)電廠2號(hào)汽輪機(jī)的1號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥開啟失靈，嚴(yán)重影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)閥門進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)高壓調(diào)速汽門閥座下沉10 mm，導(dǎo)致閥碟導(dǎo)向凸肩脫離導(dǎo)向槽，無法對(duì)蒸汽進(jìn)行正常調(diào)節(jié)。鑒于機(jī)組臨修時(shí)間短，閥座下沉現(xiàn)場(chǎng)很難恢復(fù)，決定采用堆焊處理，增加導(dǎo)向凸肩的高度，達(dá)到恢復(fù)高壓主汽調(diào)節(jié)閥原有的使用功能。1高壓主汽調(diào)節(jié)閥修復(fù)方案1.1閥碟導(dǎo)向凸肩工作機(jī)理2號(hào)機(jī)組為東方汽輪機(jī)廠制造的(N300-16.7／537／537-3型)汽輪機(jī)，它的高壓主汽調(diào)節(jié)閥是由1個(gè)主汽閥和2個(gè)調(diào)節(jié)閥組成，高壓調(diào)節(jié)閥是用于調(diào)節(jié)高壓缸的進(jìn)汽量。機(jī)組運(yùn)行時(shí)，油動(dòng)機(jī)作為機(jī)械提升裝置，使閥碟導(dǎo)向凸肩沿導(dǎo)向槽上下移動(dòng)，控制調(diào)節(jié)閥碟的開度。機(jī)組運(yùn)行時(shí)，調(diào)節(jié)閥的高溫蒸汽為16.7 MPa，537℃，導(dǎo)向凸肩主要承受熱應(yīng)力和一定的周向剪切應(yīng)力作用。1號(hào)高壓調(diào)節(jié)閥的閥碟與閥座配合直徑為170 mm，其閥碟的結(jié)構(gòu)如圖1所示，導(dǎo)向凸肩尺寸為55 mm×30 mm×10 mm(高×寬×厚)。閥碟材料采用20Cr3MoWVA合金鋼，為了提高閥碟耐汽蝕的性能，其表面進(jìn)行過高溫滲氮處理。1.2堆焊材料和焊接設(shè)備的選擇根據(jù)調(diào)節(jié)閥的工作條件，閥碟導(dǎo)向凸肩既要保證有足夠高溫強(qiáng)度，又要滿足一定的耐磨性。鑒于機(jī)組搶修，無法采購(gòu)到最佳匹配材料，參照堆焊材料的選用原則以及對(duì)各堆焊材料力學(xué)性能的分析，選用與母材材質(zhì)相近的TIG-R34(12Cr2MoWVTIB，Φ2.5 mm)焊絲。焊接設(shè)備采用Lincoln V300-1及氬弧焊接配套工具；溫度監(jiān)控使用美國(guó)MX2紅外線測(cè)溫儀。2焊接性能分析根據(jù)碳當(dāng)量公式計(jì)算，材料20Cr3MoWVA的主要特點(diǎn)是含碳及合金元素較多，焊接時(shí)焊縫及熱處理區(qū)容易出現(xiàn)淬硬組織，當(dāng)焊件剛性及接頭應(yīng)力較大時(shí)，容易產(chǎn)生冷裂紋。經(jīng)過滲氮處理的閥碟，其表面硬度高達(dá)HV900，焊接時(shí)極易產(chǎn)生裂紋。3堆焊工藝3.1工藝路線焊前打磨清洗-預(yù)熱-堆焊-焊后熱處理-焊后車削。3.2焊前準(zhǔn)備首先用角向砂輪打磨徹底清理去除堆焊部位20 mm范圍內(nèi)的滲氮層，打磨深度應(yīng)大于0.4 mm，測(cè)量打磨部位的硬度值，并保證施焊區(qū)域達(dá)到HB185～321的要求。按JB4730-94檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，檢查打磨后的導(dǎo)向凸肩表面質(zhì)量不得有裂紋、夾渣等缺陷，達(dá)到Ⅰ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為合格。然后用丙酮清洗閥碟焊接部位及其周圍50 mm范圍內(nèi)，保證無水、油等；用砂紙清除氬弧焊絲表面的油污和銹斑等臟物。3.3焊接工藝及參數(shù)采用氧乙炔火焰加熱的方法進(jìn)行焊前預(yù)熱，預(yù)熱溫度為350～400℃，用測(cè)溫儀測(cè)量預(yù)熱溫度。閥碟焊接部位露出，其它部位用石棉布包覆，避免電弧燒傷。工藝參數(shù)I＝80～90 A，氬氣流量8～10L／min，直流正接，電壓范圍10～15 V，焊接速度30～45 mm／min，每道擺動(dòng)寬度≤10 mm，每層堆焊厚度≤4 mm。預(yù)熱溫度達(dá)到后開始焊接，層間溫度控制在300～400℃，焊接過程中不允許產(chǎn)生任何缺陷，重點(diǎn)檢查引、收弧處，發(fā)現(xiàn)缺陷立即用角向磨光機(jī)去除。為保證加工余量，按圖堆焊尺寸，外徑增加5 mm，內(nèi)徑減少5 mm，堆高13 mm。一邊堆焊完成后再堆焊另一邊。焊接完成后，用硅酸鋁耐火棉包覆緩冷，焊接部位冷到100～150℃，立即進(jìn)行焊后局部熱處理。熱處理采用火焰加熱至640～660℃，保溫30 min，用測(cè)溫儀監(jiān)測(cè)，升溫速度和冷卻速度均＜300℃／h，冷卻至300℃以下可不控制，冷卻時(shí)用硅酸鋁纖維毯包覆緩冷。4焊后檢驗(yàn)按照工藝路線完成閥碟的堆焊和機(jī)械加工后，經(jīng)滲透探傷和超聲波探傷檢查，焊縫沒有裂紋、夾渣、氣孔等缺陷質(zhì)量，堆焊質(zhì)量達(dá)到JB4730-94標(biāo)準(zhǔn)Ⅰ級(jí)的要求；在加工表面進(jìn)行硬度測(cè)試，其平均硬度值為HB241，與原母材的硬度值相近，滿足工件的使用性能。5結(jié)論2號(hào)機(jī)組1號(hào)高壓主汽調(diào)節(jié)閥焊接修復(fù)并運(yùn)行近1年后，在機(jī)組大修時(shí)解體檢查，堆焊的閥碟凸肩經(jīng)5 616 h運(yùn)行未發(fā)現(xiàn)任何問題。可見用TIG-R34氬弧焊絲堆焊20Cr3MoWVA材料采用預(yù)熱350～400℃，焊后640～650℃，保溫30 min處理的焊接工藝是合理可行的。它不但解決了高壓主汽調(diào)節(jié)閥正常對(duì)蒸汽進(jìn)行調(diào)節(jié)，還節(jié)省了上萬元資金。