電站閥門閥體密封面深孔堆焊工藝分析

摘 要：文章主要分析了電站專用閥門閥體封閉性堆焊的程序和技術，經過技術實驗，選擇出一種最合適的閥體封閉面堆焊技術方法。

關鍵詞：電站閥門；鈷基合金STL6；密封面堆焊

1 概述

電站專用閥門大多在五百四十攝氏度的水蒸氣中作業，所以制造閥門的材料要選擇含碳量為2.5%含Cr、Mo、V含量均小于1.5%的材料或者合金結構鋼，封閉閥體面使用的材料最好為鈷鉻鎢合金D802型號的焊條。在GB984規范中使用D802對應其種類EDCoCr-A，就等于AWS中的ERCoCr-A功能。D802這種型號的材料能夠在溫度高壓強高的狀態下持續作業，擁有很好的抗磨性質、耐沖擊、耐氧化、耐侵蝕和耐汽蝕。

2 鈷基合金性能

AWS標準中的ERCoCr-A焊絲和填充絲熔敷的焊縫金屬特點是分布在鈷鉻鎢固溶體基體中由約13%的鉻碳化物共晶體網絡組成的亞共晶體組織。這種方式能夠使材料中含有抵抗低應力損耗能力以及抵擋某步驟中出現的沖擊力所需要的韌性的完滿綜合。以鈷為基加入其他合金元素形成的合金能夠抵抗金屬之間因為摩擦產生的損耗，尤其在重負荷情況下。材料中含有較好的合金材料還具有最優的抗蝕性以及抗氧性。鈷合金不會因為同種元素發生變化而發生形狀的改變，其在六百五十攝氏度以下硬度不會發生多大的變化，只要在這個溫度以上硬度才會有顯著的降低，當溫度下降至六百五十攝氏度時，其硬度又會恢復。就是說當主要材料焊接之后開展熱處置時，封閉面的功能不會有損耗。

3 閥體密封面堆焊

電站使用的專用閥門是在閥體中間有孔的位置采取電焊措施進行堆焊鈷鉻鎢合金制造成閥門底座封閉面，圖1為其結構圖，因為封閉面在整個閥門中心孔比較深的地方，進行堆焊的時候容易出現縫隙或者夾渣等現象。按照需求使用試驗品對堆焊材料D802開展深孔堆焊技術實驗。

在技術實驗時找到了導致堆焊不完美存在缺陷主要有七點原因：①焊材外層含有雜質。②焊材潮濕不干燥。③主要材料以及需要填充的材料中有很多廢料或者油跡。④閥門本身焊接的地方剛度強。⑤在堆焊前預熱處理以及堆焊后處理的方式不恰當。⑥焊接技術參變量選擇的不適合。⑦焊接使用的材料不適宜。

4 分析與處理

電站閥閥體在鈷基合金堆焊中產生裂紋的原因主要是閥體剛性大。在焊接過程中電弧形成熔池，向焊接部位不斷熔化加熱，而焊后溫度又快速下降，熔化金屬凝固形成焊縫。如果預熱溫度低，焊層溫度下降必然很快。在焊層快速冷卻情況下，焊層的收縮率快于閥體的收縮率，在這種應力作用下很快使焊層與母材形成一種內拉應力，將焊層拉裂。在加工焊接部位時應嚴禁出現尖角。

堆焊前預熱溫度達不到要求，在焊接的時候溫度達不到需要的熱量。當焊接位置溫度不高時，焊接的地方熱量迅速變冷會損害堆焊材料。用于堆焊的鈷合金自身的硬性較高，作業熱量達到五百到七百攝氏度時，硬度仍然在三百到五百的硬度，但是它的韌性和抗裂性能就很差，冷卻過快很容易就出現縫隙，所以在堆焊之前一定要先預熱。由堆焊物件的大小決定預熱的溫度，普遍采取的溫度在三百五到五百攝氏度。

堆焊之前，焊條上的保護皮一定是完好無缺的，防止潮濕。堆焊之前放在一百五十攝氏度的保溫桶內進行一小時的烘烤。進行堆焊的孔圓弧狀的R角在技術允許的范圍內可以使用最大值，普遍R≥3毫米。內徑在十毫米到二十五毫米的較小的孔，可以使用焊條在孔底部滿焊，如圖2，一定要確保焊接位置的溫度在二百五攝氏度以上，終止點設置在中間，焊接到最后要速度較慢的把焊條提起來。配件堆焊之前溫度要在二百五十攝氏度，加熱到三百五到三百七攝氏度，保持十五個小時再開展堆焊，每一部分焊接完成后清理干凈焊渣。并且掌控位置溫度要一直在二百五十攝氏度以上，堆焊結束后清理焊渣。閥體堆焊之后要馬上放在四百五十度的爐內進行保溫，等閥體或者爐內溫度達到六百九十到七百三十攝氏度時關火，保溫兩個小時之后伴隨爐子冷卻閥體冷卻，當爐子溫度在二百五十攝氏度以下拿出冷卻到常溫之后再開展下一步驟的作業。

DN≥32mm閥體應將堆焊坡口加工成U形（圖3），來解決堆焊鈷基合金時產生剛性過大引起的收縮性不均勻的問題。在堆焊操作前，將工件清理干凈，工件進爐（爐溫為250℃），加熱至450～500℃，保溫2h，出爐施焊。先用鈷基合金焊條堆焊密封面，每層焊完后清除焊渣，同時須控制層間溫度≥250℃，堆焊全部完成后清除焊渣。再用奧氏體不銹鋼焊條（高Cr、Ni含量的不銹鋼焊條）將U形坡口焊滿。閥體焊接全部結束后立即進爐（450℃）保溫，待本批或本爐焊接完畢后升溫至720±20℃回火，升溫速度150℃/h，保溫2h后隨爐冷卻，當爐溫<250℃后空冷至常溫即可進行后續加工（圖3）。這種工藝改進對產品的性能沒有影響，用U形坡口完全可以消除閥體在堆焊鈷基合金時產生內應力的作用，并且奧氏體不銹鋼焊材的抗拉強度大，延伸率高，因此減少了焊接裂紋的產生，提高了產品的合格率。無損檢驗結果表明，產品合格率達95%以上。

5 結束語

電站專用閥門的閥體封閉性堆焊技術通過持續的完善，最后堆焊技術方法得到最后的方案。進行了少量的實驗制造之后，閥體通過加工、堆焊作業、沒有損壞檢測之后整體合格。電站專用閥門商品的研發工作開展的很完滿，商品的合格率得到了保障，商品被廣泛的投入到建設中。

參考文獻

[1]ASME鍋爐及壓力容器規范第Ⅱ卷材料篇[M].北京：中國石化出版社，2004.

[2]沈陽高中壓閥門廠.閥門制造工藝[M].北京：機械工業出版社，1984.