修復高壓調節閥堆焊的方案

湛江發電廠2號汽輪機的1號高壓調節閥開啟失靈，嚴重影響機組安全穩定運行。對閥門進行解體檢查，發現高壓調速汽門閥座下沉10 mm，導致閥碟導向凸肩脫離導向槽，無法對蒸汽進行正常調節。鑒于機組臨修時間短，閥座下沉現場很難恢復，決定采用堆焊處理，增加導向凸肩的高度，達到恢復高壓主汽調節閥原有的使用功能。1高壓主汽調節閥修復方案1.1閥碟導向凸肩工作機理2號機組為東方汽輪機廠制造的(N300-16.7／537／537-3型)汽輪機，它的高壓主汽調節閥是由1個主汽閥和2個調節閥組成，高壓調節閥是用于調節高壓缸的進汽量。機組運行時，油動機作為機械提升裝置，使閥碟導向凸肩沿導向槽上下移動，控制調節閥碟的開度。機組運行時，調節閥的高溫蒸汽為16.7 MPa，537℃，導向凸肩主要承受熱應力和一定的周向剪切應力作用。1號高壓調節閥的閥碟與閥座配合直徑為170 mm，其閥碟的結構如圖1所示，導向凸肩尺寸為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，其表面進行過高溫滲氮處理。1.2堆焊材料和焊接設備的選擇根據調節閥的工作條件，閥碟導向凸肩既要保證有足夠高溫強度，又要滿足一定的耐磨性。鑒于機組搶修，無法采購到最佳匹配材料，參照堆焊材料的選用原則以及對各堆焊材料力學性能的分析，選用與母材材質相近的TIG-R34(12Cr2MoWVTIB，Φ2.5 mm)焊絲。焊接設備采用Lincoln V300-1及氬弧焊接配套工具；溫度監控使用美國MX2紅外線測溫儀。2焊接性能分析根據碳當量公式計算，材料20Cr3MoWVA的主要特點是含碳及合金元素較多，焊接時焊縫及熱處理區容易出現淬硬組織，當焊件剛性及接頭應力較大時，容易產生冷裂紋。經過滲氮處理的閥碟，其表面硬度高達HV900，焊接時極易產生裂紋。3堆焊工藝3.1工藝路線焊前打磨清洗-預熱-堆焊-焊后熱處理-焊后車削。3.2焊前準備首先用角向砂輪打磨徹底清理去除堆焊部位20 mm范圍內的滲氮層，打磨深度應大于0.4 mm，測量打磨部位的硬度值，并保證施焊區域達到HB185～321的要求。按JB4730-94檢測標準，檢查打磨后的導向凸肩表面質量不得有裂紋、夾渣等缺陷，達到Ⅰ級標準為合格。然后用丙酮清洗閥碟焊接部位及其周圍50 mm范圍內，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焊接工藝及參數采用氧乙炔火焰加熱的方法進行焊前預熱，預熱溫度為350～400℃，用測溫儀測量預熱溫度。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，每道擺動寬度≤10 mm，每層堆焊厚度≤4 mm。預熱溫度達到后開始焊接，層間溫度控制在300～400℃，焊接過程中不允許產生任何缺陷，重點檢查引、收弧處，發現缺陷立即用角向磨光機去除。為保證加工余量，按圖堆焊尺寸，外徑增加5 mm，內徑減少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，用測溫儀監測，升溫速度和冷卻速度均＜300℃／h，冷卻至300℃以下可不控制，冷卻時用硅酸鋁纖維毯包覆緩冷。4焊后檢驗按照工藝路線完成閥碟的堆焊和機械加工后，經滲透探傷和超聲波探傷檢查，焊縫沒有裂紋、夾渣、氣孔等缺陷質量，堆焊質量達到JB4730-94標準Ⅰ級的要求；在加工表面進行硬度測試，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結論2號機組1號高壓主汽調節閥焊接修復并運行近1年后，在機組大修時解體檢查，堆焊的閥碟凸肩經5 616 h運行未發現任何問題。可見用TIG-R34氬弧焊絲堆焊20Cr3MoWVA材料采用預熱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節閥正常對蒸汽進行調節，還節省了上萬元資金。