空氣發(fā)生器排氣錐支板裂紋修復工藝研究

■ 陳輝 張清貴 孫紅梅 李國娜/襄陽航泰動力機器廠

0 前言

空氣發(fā)生器排氣錐由錐體、支板、外環(huán)等三個部分組成，主要作用是將渦輪流出的燃氣膨脹加速，將燃氣中的一部分熱焓轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽埽瑥呐艢忮F高速噴出，產(chǎn)生反作用推力[1]。其材料為1Сr8Ni9Тi，最高工作溫度不超過650℃。經(jīng)過一個首翻期后熒光探傷發(fā)現(xiàn)，排氣錐支板轉(zhuǎn)角處有多處裂紋，見圖1。

本文根據(jù)排氣錐材料特性和服役環(huán)境，分析裂紋產(chǎn)生的原因，并采用恢復組織熱處理、焊接、焊后強化的方法對裂紋進行修復。

1 恢復組織熱處理

圖1 排氣錐支板裂紋

排氣錐組合件的材料為1Сr18Ni9Тi奧氏體不銹鋼，焊接性優(yōu)良，但奧氏體不銹鋼焊接接頭在工作過程中可能會產(chǎn)生晶間腐蝕開裂和應力腐蝕開裂。對于焊縫金屬，根據(jù)貧Сr理論，在晶界上析出Сr23С6造成貧Сr晶界，使晶界附近區(qū)域含Сr量下降到11.7%以下，以致電化學腐蝕性降低，最終會產(chǎn)生晶間腐蝕。

為改善材料的組織，使孿晶奧氏體和應變馬氏體組織恢復為奧氏體組織、消除晶間貧鉻，焊接前進行固熔處理。熱處理制度見表1。

熱處理后的金相組織見圖2。

表1 熱處理制度

圖2 固熔處理后的金相組織

從圖2中可以看出，經(jīng)過金相對比分析，方案二處理后的組織呈現(xiàn)典型的奧氏體組織，焊接性最好。

2 焊接修復

2.1 排除裂紋

通過改進裂紋標記和打磨方法，可以使焊接時“有的放矢”，保證焊接修理質(zhì)量。使用熒光標記裂紋，將裂紋分為支板焊縫處裂紋、支板上裂紋等不同種類，記錄各類裂紋條數(shù)和總條數(shù)，可以有效防止遺漏裂紋，同時能為打磨裂紋提供精準的指引，不會出現(xiàn)打磨不精確的情況。同時，在熒光檢查時要求做到嚴格標記裂紋的走向和位置，不允許只標記裂紋旁邊的位置，不允許出現(xiàn)裂紋延長標記，不允許出現(xiàn)裂紋加粗標記。

焊前打磨裂紋時，由于排氣錐組合支板、外環(huán)、錐體的厚度是1.1～2mm，屬于薄壁件，打磨過程需要嚴格控制。使用旋轉(zhuǎn)銼先打磨裂紋尖端，打止裂孔，然后打磨裂紋部位。打磨深度以完全去除裂紋和裂紋尖端為準（在黑光燈下觀察或使用放大鏡觀察打磨部位無熒光液顯示）。打磨完畢后，焊接部位要正反面拋光，見圖3。

2.2 焊接材料

1Сr8Ni9Тi為奧氏體不銹鋼，含有Ni、Сr等元素，因此要控制焊絲中的S、P含量，減少在焊接結(jié)晶時形成低熔共晶組織，還要保證與母材的匹配性，選擇H0Сr20Ni10Тi焊絲進行焊接，焊絲成分見表2。H0Сr20Ni10Тi焊絲是低碳型奧氏體不銹鋼焊絲，對控制晶間腐蝕有一定的作用。

2.3 焊接防變形

排氣錐組合件的材料為1Сr18Ni9Тi奧氏體不銹鋼，焊接變形比低碳鋼大。焊接時對錐體內(nèi)腔充氬氣，可以很好地保證零件焊縫及熱影響區(qū)不會產(chǎn)生氧化；裂紋故障均在15mm以內(nèi)，焊接時間較短，采用脈沖氬弧焊對稱焊接，對稱焊指焊接其中一個裂紋位置后，焊接第二個部位時要選擇距離第一個位置最遠距離的焊縫，對稱焊產(chǎn)生的變形量相對較小；焊接時采用焊接防變形工裝夾具可以有效防止排氣錐外環(huán)和錐體焊接變形，防變形工裝見圖4，焊后產(chǎn)品的變形量可以控制在工藝要求范圍內(nèi)。焊接過程中要根據(jù)裂紋的位置走向來選擇焊接順序。另外需注意，在焊完一個裂紋后，等焊縫冷卻至室溫時，再繼續(xù)焊接與其對稱的裂紋。焊接時用氬氣流保護錐體背面，保證零件焊接質(zhì)量。

圖3 打磨排除裂紋

圖4 焊接防變形工裝

表2 H0Cr20Ni10Ti焊絲化學成分

表3 焊接工藝參數(shù)

2.4 焊接工藝參數(shù)

1Сr8Ni9Тi不銹鋼焊縫液態(tài)金屬黏度大，流動性較差，焊接時易在焊縫表面形成氧化鉻鈍化薄膜，其熔點高于母材熔點，易形成夾渣等缺陷[2]。為此，焊接采用脈沖鎢極氬弧焊，詳細焊接參數(shù)見表3。焊接后采用熒光探傷檢查，焊縫均無裂紋。

3 焊后消除應力熱處理

由于排氣錐自身結(jié)構(gòu)復雜，焊接產(chǎn)生較大的殘余應力，焊接后必須進行應力消除處理，熱處理參數(shù)為：真空爐中加熱到850±10℃，保溫2～2.5h，充氬氣冷卻。

4 結(jié)論

通過對排氣錐裂紋進行分析，采用焊前固熔處理、制定合適的焊接工藝參數(shù)焊接修復裂紋，采用焊后熱處理消除焊接殘余應力，成功修復排氣錐支板裂紋，為空氣發(fā)生器熱端部件的裂紋焊修提供理論依據(jù)。