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电站阀阀体在钴基合金堆焊中产生裂纹的原因主要是阀体刚性大。在焊接过程中电弧形成熔池,向焊接部位不断熔化加热,而焊后温度又快速下降,熔化金属凝固形成焊缝。如果预热温度低,焊层温度下降必然很快。在焊层快速冷却情况下,焊层的收缩率快于阀体的收缩率,在这种应力作用下很快使焊层与母材形成一种内拉应力,将焊层拉裂。在加工焊接部位时应严禁出现尖角。
堆焊前预热温度达不到要求,在焊接的时候温度达不到需要的热量。当焊接位置温度不高时,焊接的地方热量迅速变冷会损害堆焊材料。用于堆焊的钴合金自身的硬性较高,作业热量达到五百到七百摄氏度时,硬度仍然在三百到五百的硬度,但是它的韧性和抗裂性能就很差,冷却过快很容易就出现缝隙,所以在堆焊之前一定要先预热。由堆焊物件的大小决定预热的温度,普遍采取的温度在三百五到五百摄氏度。
堆焊之前,焊条上的保护皮一定是完好无缺的,防止潮湿。堆焊之前放在一百五十摄氏度的保温桶内进行一小时的烘烤。进行堆焊的孔圆弧状的R角在技术允许的范围内可以使用最大值,普遍R≥3 毫米。内径在十毫米到二十五毫米的较小的孔,可以使用焊条在孔底部满焊,如图2,一定要确保焊接位置的温度在二百五摄氏度以上,终止点设置在中间,焊接到最后要速度较慢的把焊条提起来。配件堆焊之前温度要在二百五十摄氏度,加热到三百五到三百七摄氏度,保持十五个小时再开展堆焊,每一部分焊接完成后清理干净焊渣。并且掌控位置温度要一直在二百五十摄氏度以上,堆焊结束后清理焊渣。阀体堆焊之后要马上放在四百五十度的炉内进行保温,等阀体或者炉内温度达到六百九十到七百三十摄氏度时关火,保温两个小时之后伴随炉子冷却阀体冷却,当炉子温度在二百五十摄氏度以下拿出冷却到常温之后再开展下一步骤的作业。
图2 DN32-50mm阀体密封面堆焊示意图
DN≥32mm 阀体应将堆焊坡口加工成U 形(图3),来解决堆焊钴基合金时产生刚性过大引起的收缩性不均匀的问题。在堆焊操作前,将工件清理干净,工件进炉(炉温为250℃),加热至450~500℃,保温2h,出炉施焊。先用钴基合金焊条堆焊密封面,每层焊完后清除焊渣,同时须控制层间温度≥250℃,堆焊全部完成后清除焊渣。再用奥氏体不锈钢焊条(高Cr、Ni 含量的不锈钢焊条)将U 形坡口焊满。阀体焊接全部结束后立即进炉(450℃)保温,待本批或本炉焊接完毕后升温至720±20℃回火,升温速度150℃/h,保温2h 后随炉冷却,当炉温<250℃后空冷至常温即可进行后续加工(图3)。这种工艺改进对产品的性能没有影响,用U 形坡口完全可以消除阀体在堆焊钴基合金时产生内应力的作用,并且奥氏体不锈钢焊材的抗拉强度大,延伸率高,因此减少了焊接裂纹的产生,提高了产品的合格率。无损检验结果表明,产品合格率达95%以上。
图3 DN32-50mm阀体密封面堆焊示意图