摘　要: 针对湛江发电厂1号汽轮机高中压外缸中分面的变形缺陷, 结合实际施工条件, 制定了以手工钨极氩弧焊、镍基焊丝、焊前低温预热、焊后锤击焊缝为要素的冷堆焊工艺, 工艺实施后获得了良好的效果。
关键词: 堆焊; 汽缸; 焊接材料
　　汽轮机高中压缸由于其高温、高压和高周交变应力的服役条件, 对材质的使用性能要求非常高, 同时, 汽轮机机构的精密性和运行机制对汽缸体各装
配表面的形状、位置和尺寸精度皆有十分严格的要求。采用焊接方法对其修补, 因母材的不良焊接性,缸体结构的高刚性, 焊接接头组织不均匀性, 伴生焊接应力与变形, 使得上述要求不易保证。因此, 采用堆焊密封带方法修理高中压缸中分面, 必须解决好焊接性、应力与变形问题。湛江发电厂1号汽轮机为东方汽轮机厂设计制造的N300216.7/537/53723型高中压合缸亚临界中间再热双缸双排汽凝汽式汽轮机, 于1995年2月投入运营。其高中压缸为双结构, 外缸材质为ZG15Cr2Mo1,****壁厚100mm,重量约60t。1999年1号汽轮机大修, 采用堆焊密封带方法对高中压外缸中分面严重的内张口变形实施了修理,共堆焊了8 条密封带,上下缸各4 条,最长的1条长度为1400mm,密封带宽度均为10mm; 修补至今, 汽缸体运行状况良好。
1　焊接性分析
　　按国际焊接学会推荐的碳当量公式计算,ZG15Cr2Mo1的碳当量在0.74%～ 0.98%之间, 焊接接头具有较大的冷裂纹敏感性; 在力学性能上,厚壁铸钢机件的韧性通常不高。结合这两方面因素, 汽缸体堆焊具有冷却速度快、拘束度大的特殊性, 决定了堆焊区较易产生冷裂纹, 因此, 必须采取合理的工艺措施加以预防, 使其不仅能够有效防止冷裂纹, 而且还应符合以下原则。
　　a. 保证堆焊区金属的热强性、抗热疲劳性和组织稳定性　采用奥氏体不锈钢焊接材料固然可以有效防止冷裂纹,但因熔敷金属与母材线膨胀系数相差较大, 实际运行工况下, 堆焊区将存在着很大的附加热应力。此外, 堆焊区金属在高温下长期运行还将产生严重的碳扩散层、R相析出等问题,容易促发蠕变裂纹和热疲劳裂纹,造成堆焊区早期失效, 因而采用奥氏体不锈钢焊接材料堆焊是不适宜的。
　　b. 防止产生附加变形和应力　焊前预热和焊后热处理是防止堆焊区产生冷裂纹的有效措施。如果采取局部热处理或进行高温局部预热, 则会出现一系列质量问题: 局部热处理会造成汽缸体变形,其产生的附加应力不仅影响中分面堆焊后的加工精度, 而且随时间变化还会破坏精加工后的尺寸稳定性, 此外, 还会降低汽缸体的承载能力; 高温局部预热亦会造成汽缸体的变形, 其产生的附加应力改变堆焊区焊态下的应力状态, 在一定程度上加剧产生冷裂纹。因此, 堆焊施工的焊前高温预热和焊后热处理不宜采用局部加热方式。

2　堆焊工艺方案
　　为兼顾解决汽缸体堆焊焊接性及应力与变形问题, 汽缸体堆焊可采用热焊法和冷焊法2 种工艺, 其中热焊法采用同质焊接材料堆焊, 焊前对汽缸体进行250～350 ℃的整体预热, 焊后对汽缸体进行720～750 ℃的整体高温回火热处理; 冷焊法采用镍基焊接材料堆焊, 由于堆焊层具有良好的塑性和溶氢能力, 堆焊区将不致产生冷裂纹, 并且如果配合以锤击焊缝工艺, 还可较充分地降低汽缸体的焊接残余应力, 因此, 焊后可不必进行热处理, 只需焊前进行较低温度的预热。考虑到实际施工无法对汽缸体实施整体加热, 故决定采用冷焊法。
2.1　焊接方法及材料
　　从减小汽缸体的焊接残余变形考虑, 采用热源能量集中且线能量较低的手工直流钨极氩弧焊方法施焊。焊接材料选用日本神钢TGS270NCb 镍基焊丝,规格为52.4,其典型熔敷金属的化学成分见表1。