摘 要：介绍了珠海发电厂三菱700 MW机组汽轮机中压调门阀座裂纹的处理过程、工艺和方法。通过金相检验分析裂纹产生的原因和机理，严格制订现场补焊的施工工艺，在施工完成后做好质量检查。最后指出，对于进口机组大型金属部件，一定要从制造、加工、安装、运行及检修各个环节严格监督和控制。
关键词：汽轮机；阀座；裂纹；金相分析；补焊；热处理
Analysis and repair of crack on intercept valve base of
large imported steam turbine
XU Qian1, NIE Ming2
(1. Zhuhai Power Station, Zhuhai, Guangdong 519000, China;
2. Guangdong Power Test & Research Institute, Guangzhou 510600, China)
Abstract: This paper introduces the treating process, procedures and method for a crack on the intercept valve (ICV) base of Mitsubishi 700 MW unit steam turbine in Zhuhai Power Station. Based on metallographic test, the cause and mechanism of the crack are analyzed, strict procedures for onsite repair welding set and afterrepair quality inspection conducted. The importance of
strict supervisory control on the manufacture, processing, installation, operation and maintenance of large metallic parts on imported units is indicated at last.
Key words: steam turbine;
valve base;
crack;
metallographic test;
repair welding;
heat treatment
汽轮机主汽门、中压调门阀体多为铸钢件，由于铸造生产工艺比较复杂，影响铸钢件缺陷的因素很多，如铸型工艺、铸型材料、模具、铸钢成分、铸钢的熔炼与浇注等。由于这些影响因素不易综合控制，因而铸钢件容易出现缩孔、夹渣、气孔、裂纹等缺陷。带缺陷的铸钢件投入运行后，在应力的作用下，缺陷会逐渐扩展，引起裂纹。
对于铸钢件的补焊，可根据实际情况，采用热焊或冷焊。冷焊方法，通常是选用塑性、韧性极好的以镍基合金为主的高合金钢焊条，优点是焊接施工工艺简单，较低的预热温度，焊后可不进行热处理，焊条操作工艺好；其缺点是焊条热膨胀系数与母材相差较大，在高温下运行时，焊缝会产生很大的热应力，另外会引起母材的碳扩散，造成工件过早失效。热焊方法是同质焊接，由于成分、组织、性能相近，无异种钢焊接接头的诸多问题，只要有严格的焊接工艺措施，其焊接接头基本同母材寿命相等。
1缺陷概况及原因分析
珠海发电厂1号机组汽轮机是日本三菱公司生产的亚临界反动式单轴三缸四排气中间再热凝汽式汽轮机（TC4F-40），其中压联合汽门由中压主汽门和中压调节汽门整体铸造而成。2003年3月，在1号机组小修期间，进行汽轮机调门解体检查，液体渗透探伤时发现4号中压调门内部隔板底部阀座有裂纹，经彻底打磨后进行测量，裂纹长135 mm，宽40 mm，深40～44 mm，接近阀座90 mm厚度的一半。整条裂纹位于阀门内部隔板底部，右侧裂纹沿阀体底部平行扩展，左侧裂纹沿隔板向上延伸。因为裂纹离阀口位置较深，内部空间狭窄，外部阀体尺寸大，因而给缺陷处理带来很大的难度。
为了查找裂纹产生的原因，提高机组运行的可靠性、稳定性，珠海发电厂邀请日本三菱公司现场工程师负责对裂纹进行金相覆膜检验，并提供初步的检验图片（图1～图5）。根据金相覆膜检验的图片，从材料组织变化的微观角度出发，客观地分析了裂纹产生的原因和机理：
a) 如图1所示，P覆膜区位于裂纹右侧。图2的a点（焊接金属区域）、b点（热影响区域）和c点（母材区域）分别为取样部位。图1中的灰色区域表示三菱公司当年在加工阀体铸件时因发现存在着缺陷曾经进行了补焊的区域。投产运行3年后，裂纹已经扩展，裂纹的尖部已渗透进入焊接金属材料里，并且逐渐扩展到热影响区域。图4中尖部发料里，并且逐渐扩展到热影响区域。图4中尖部发现粘覆了大量的氧化皮，说明裂纹的扩展速度比较缓慢。图5中基体金属部分基本没有明显的组织变化。由裂纹形状特征分析，其穿过晶粒，且呈连续直线状，没有分叉，属于冷裂纹。
b) 产生裂纹的位置正对着中压主汽门进口蒸汽的方向，直接受汽流冲刷。因阀体壁厚较大，并且机组运行过程中起动、停止频繁，温度梯度变化易在壁厚方向上产生应力集中，导致裂纹的扩展。
c) 中压调门出厂前，厂家已经发现铸件存在着缺陷，作了补焊处理。可能是处理不彻底或焊后热处理不充分，此时铸件内部旧的缺陷遗留了下来或补焊处理时阀体的残余应力导致了新的裂源。使用较长时间后，由于长期负荷变化引起的压力变化和阀体振动产生的低峰值交变应力，在应力集中区域，发展而成细小裂纹，连接而发展成较大的宏观裂纹。
2补焊工艺的确定
2.1焊接性能分析
9/4Cr1Mo铸钢，属于珠光体热强铸钢，焊接性较差，具有较大的热敏感性和淬硬倾向，在焊接工艺上必须采取焊前预热及焊后高温回火热处理等工艺措施。
2.2焊接方法及焊接材料的选择
选用热焊方法，手工电弧焊，补焊材料为CMA-106（φ3.2 mm），焊条的化学成分、机械性能（见表1）和母材差不多，且金相组织也相当。
3现场焊补施工工艺
3.1清除原补焊区缺陷
焊接前，采用角磨机打磨的方法确定裂纹的范围和深度，并且使用渗透探伤或磁粉探伤 方法在裂纹区域及其扩大区域进行检查，以保证彻底消除裂纹及残余应力的影响。
3.2补焊施工工艺
采用氧乙炔火焰加热的方法进行焊前预热，焊接第一层前，首先将裂纹中心线附近300 mm的范围均匀加热到200 ℃。三菱公司最初提出使用GTAW焊接打底层，焊接第一层、第二层时预热到100 ℃进行，预热到200 ℃后用SMAW焊接第三层及以后各层，但是后来发现裂纹的长度、深度比较大，与初步方案有较大差别。因此根据该钢种热处理的国内标准（当厚度不小于13 mm时，预热温度不小于250 ℃），参考三菱公司的厂家标准，为了充分保证焊接的性能、质量，决定将温度预热到200 ℃，直接焊接底层及其他各层。打底层焊接时选用φ3.2 mm的焊条，在保证融合良好的情况下，尽量选用较小的焊接电流，以减少母材的稀释。焊接完成以后，在350～450 ℃ 保温5 min，然后用硅酸铝耐火棉包覆，缓冷到100 ～150 ℃后进行焊后热处理。
3.3焊后热处理
热处理具体参数：温度715 ℃±15 ℃；保持时间1.0 h×T/ 25.4 mm（T为焊件厚度）；升降温度速率不大于55 ℃ / h。
因为中压调节门外形尺寸较大，热处理的加热和保温工作就显得十分重要。裂纹外缸体呈光滑的圆锥状，采用绳形电加热器时很难贴紧焊件表面，裂纹周围的绳形加热器极易滑落[1] [2] 下一页
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