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    在工業(yè)管線的承壓閥門中，鑄鋼閥門由于其成本的經(jīng)濟(jì)性和設(shè)計(jì)的靈活性，受到廣泛運(yùn)用。但是由于鑄造工藝受到鑄件尺寸、壁厚、氣候、原材料和施工操作的種種制約，鑄件會(huì)出現(xiàn)砂眼、氣孔、裂紋、縮松、縮孔和夾雜物等各種鑄造缺陷，尤以砂型鑄造的合金鋼鑄件為更多。因?yàn)殇撝泻辖鹪卦蕉噤撘旱牧鲃?dòng)性越差，鑄造缺陷就更易產(chǎn)生。因此，缺陷判別和制訂合理、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用及可靠的補(bǔ)焊工藝來確保補(bǔ)焊后的閥門符合質(zhì)量要求已成為閥門冷熱加工共同關(guān)注的問題。本文介紹幾種常見閥門鑄鋼件缺陷的補(bǔ)焊方法和經(jīng)驗(yàn)(焊條采用舊牌號(hào)表示)。

 

1、缺陷處理

　　1.1、缺陷判斷

　　在生產(chǎn)實(shí)踐中，有些鑄件缺陷不允許補(bǔ)焊，如貫穿性裂紋、穿透性缺陷(穿底)、蜂窩狀氣孔、無法清除的夾砂夾渣和面積超過65平方厘米的縮松等，以及雙方合同中約定的其他不能補(bǔ)焊的重大缺陷。在補(bǔ)焊前應(yīng)判斷缺陷的類型。

　　1.2、缺陷剔除

　　在工廠里一般可采用碳弧氣刨吹去鑄造缺陷，然后用手提角磨機(jī)打磨缺陷部位至露出金屬光澤。但生產(chǎn)實(shí)踐中更多的是直接用碳鋼焊條大電流除去缺陷，并用角磨機(jī)磨出金屬光澤。一般鑄件缺陷剔除，可用<4mm-J422焊條，160～180A電流，將缺陷除干凈，角磨機(jī)將缺陷口打磨成U形，減少施焊應(yīng)力。缺陷清除的徹底，補(bǔ)焊質(zhì)量好。

　　1.3、缺陷部位預(yù)熱

　　碳素鋼和奧氏體不銹鋼鑄件，凡補(bǔ)焊部位的面積<65cm2，深度<鑄件厚度的20%或25mm，一般無需預(yù)熱。但ZG15Cr1Mo1V、ZGCr5Mo等珠光體鋼鑄件，由于鋼的淬硬傾向大，冷焊易裂，應(yīng)作預(yù)熱處理，預(yù)熱溫度為200～400℃(用不銹鋼焊條補(bǔ)焊，溫度取小值)，保溫時(shí)間應(yīng)不少于60min。如鑄件不能整體預(yù)熱，可用氧-乙炔在缺陷部位并擴(kuò)展20mm后加熱至300-350℃(背暗處目測(cè)觀察微暗紅色)，大號(hào)割炬中性焰槍先在缺陷處及周邊做圓周快速擺動(dòng)幾分鐘，然后改為緩慢移動(dòng)保持10min(視缺陷厚度而定)，使缺陷部位充分預(yù)熱后，迅速補(bǔ)焊。

　　

2、補(bǔ)焊方法　

　　2.1、要求

　　對(duì)奧氏體不銹鋼鑄件進(jìn)行補(bǔ)焊時(shí)，要在通風(fēng)處，使之快速冷卻。對(duì)珠光體低合金鋼鑄件和補(bǔ)焊面積過大的碳鋼鑄件則應(yīng)選背風(fēng)處或用擋風(fēng)板遮擋，避免快冷造成裂紋。補(bǔ)焊一個(gè)堆層的，補(bǔ)焊后應(yīng)立即清除藥渣，并沿缺陷中心向外均勻地錘擊，降低補(bǔ)焊應(yīng)力。若補(bǔ)焊分幾層進(jìn)行(一般3～4mm為一補(bǔ)焊層)，則每層補(bǔ)焊后均要及時(shí)清除藥渣和錘擊補(bǔ)焊區(qū)域。如在冬季施焊，ZG15Cr1Mo1V類的珠光體合金鋼鑄件，每補(bǔ)焊一層還應(yīng)用氧-乙炔反復(fù)加熱，再迅速補(bǔ)焊，以避免產(chǎn)生焊接裂紋。

　　2.2、焊條處理

　　補(bǔ)焊前，應(yīng)首先檢查焊條是否預(yù)熱，一般焊條應(yīng)經(jīng)150～250℃烘干1h。預(yù)熱后的焊條應(yīng)置保溫箱中，做到隨用隨取。焊條反復(fù)預(yù)熱3次，若焊條表面藥皮有脫落、開裂和生銹，應(yīng)不予使用。

　　2.3、補(bǔ)焊次數(shù)

　　承壓鑄件，如閥門殼體經(jīng)試壓滲水，同一部位一般只允許補(bǔ)焊一次，不能重復(fù)補(bǔ)焊，因?yàn)槎啻窝a(bǔ)焊會(huì)使鋼中晶粒粗大，影響鑄件的承壓性能，除非鑄件可以在焊后重新進(jìn)行熱處理。其他非承壓同一部位的補(bǔ)焊，一般規(guī)定補(bǔ)焊不超過3次。同一部位的補(bǔ)焊超過二次的碳鋼鑄件，焊后應(yīng)作消除應(yīng)力處理。

　　2.4、補(bǔ)焊層高度

　　鑄件的補(bǔ)焊高度一般高出鑄件平面2mm左右，以利機(jī)加工。補(bǔ)焊層太低，機(jī)加工后易露出焊疤。補(bǔ)焊層過高，費(fèi)時(shí)費(fèi)力費(fèi)材料

 

3、補(bǔ)焊后處理

　　3.1、重要補(bǔ)焊

　　水壓試驗(yàn)有滲漏的鑄件、補(bǔ)焊面積>65cm2的鑄件，深度>鑄件壁厚20%或25mm的鑄件，ASTMA217/A217M-2007中均認(rèn)為是重要補(bǔ)焊。對(duì)此種重要補(bǔ)焊A217標(biāo)準(zhǔn)中提出，都應(yīng)進(jìn)行去應(yīng)力處理或完全再加熱處理，而這種去應(yīng)力處理或完全再加熱處理，必須用經(jīng)審定合格的方法進(jìn)行，即重要補(bǔ)焊需制訂補(bǔ)焊工藝。ASTMA352/A352M2006中規(guī)定，重要補(bǔ)焊后的去應(yīng)力或焊后熱處理是強(qiáng)制要求。與A217/A217M相對(duì)應(yīng)的我國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T5263-2005中將重要補(bǔ)焊定義為“重缺陷”。但事實(shí)上，除鑄件毛坯可以完全再加熱處理外，許多缺陷往往是在精加工過程中才發(fā)現(xiàn)的，已無法再完全熱處理。因此，生產(chǎn)實(shí)踐中，通常是由有經(jīng)驗(yàn)的持有壓力容器焊接證書的焊工在現(xiàn)場(chǎng)用有效的方法解決。

    3.2、消除應(yīng)力

　　精加工后發(fā)現(xiàn)的缺陷補(bǔ)焊后，已無法做整體消除應(yīng)力回火處理，一般可采用缺陷部位氧-乙炔火焰局部加熱回火方法。采用大號(hào)割炬中性火焰來回緩慢擺動(dòng)，將鑄件加熱到表面出現(xiàn)目視可見暗紅色(約740℃)，保溫(2min/mm，但不少于30min)。消除應(yīng)力處理后應(yīng)立即在缺陷處蓋上石棉板。珠光體鋼閥門通徑上的缺陷，補(bǔ)焊時(shí)還應(yīng)在通徑內(nèi)腔填塞石棉板，使之緩冷。此種操作，既簡(jiǎn)便又經(jīng)濟(jì)，但要求焊工有一定實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

 

    不銹鋼鑄件在補(bǔ)焊后一般不作處理，但應(yīng)在通風(fēng)處施焊，使補(bǔ)焊區(qū)快冷。除非補(bǔ)焊后表明已引起奧氏體組織的改變，或?qū)儆谥厝毕荨Ｔ诤贤蜅l件許可下，應(yīng)重做固溶化處理。缺陷面積過大過深的碳鋼鑄件和各種珠光體鑄件，處于鑄件清整階段和雖進(jìn)入粗加工、但留有精加工余量的，應(yīng)在補(bǔ)焊后實(shí)施消除應(yīng)力處理。碳鋼消除應(yīng)力回火溫度可設(shè)為600～650℃，ZG15Cr1Mo1V和ZGCr5Mo回火溫度均可設(shè)為700～740℃，ZG35CrMo回火溫度設(shè)為500～550℃。所有鋼種的鑄件，其消除應(yīng)力回火的保溫時(shí)間均不少于120min，并隨爐冷卻到100℃以下出爐。

　　3.3、無損檢測(cè)

　　對(duì)于閥門鑄件的“重缺陷”和“重要補(bǔ)焊”，ASTMA217A217M-2007標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，如鑄件生產(chǎn)符合S4(磁粉檢查)補(bǔ)充要求的規(guī)定，補(bǔ)焊要采用檢查鑄件同一質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的磁粉檢驗(yàn)來檢查。如鑄件生產(chǎn)符合S5(射線照相檢查)補(bǔ)充要求的規(guī)定，對(duì)于水壓試驗(yàn)滲漏的鑄件、或準(zhǔn)備補(bǔ)焊的任何凹坑深度超過壁厚的20%或1in1(25mm)的鑄件以及準(zhǔn)備補(bǔ)焊的任何凹坑面積約大于10in2(65cm2)的鑄件的補(bǔ)焊，都要采用檢查鑄件同一標(biāo)準(zhǔn)的射線檢驗(yàn)進(jìn)行檢查。JB/T5263-2005標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，重缺陷補(bǔ)焊后應(yīng)進(jìn)行射線或超聲檢測(cè)。即對(duì)于重缺陷和重要補(bǔ)焊，必須要進(jìn)行有效的無損檢查，證明合格后方能使用。　

　　3.4、等級(jí)評(píng)定

　　對(duì)于補(bǔ)焊區(qū)域無損檢查缺陷報(bào)告的等級(jí)，JB/T3595-2002中規(guī)定，對(duì)于電站閥的鑄鋼件閥門坡口和補(bǔ)焊部位應(yīng)按GB/T5677-1985進(jìn)行評(píng)定，三級(jí)合格。閥門對(duì)接焊縫應(yīng)按GB/T3323-1987進(jìn)行評(píng)定，二級(jí)合格。JB/T644-2008中對(duì)鑄件中同時(shí)存在二種不同等級(jí)缺陷也給出了明確規(guī)定，在評(píng)定區(qū)同時(shí)存在兩類或兩類以上且等級(jí)不同的缺陷時(shí)，取其中最低等級(jí)定為綜合評(píng)定等級(jí)。同時(shí)存在兩類或兩類以上且等級(jí)相同的缺陷時(shí)，其綜合等級(jí)應(yīng)降低一級(jí)。

　　

對(duì)于補(bǔ)焊區(qū)缺陷的夾渣、未溶合和未焊透，JB/T6440-2008中規(guī)定，可看作鑄造缺陷的夾渣來評(píng)定，補(bǔ)焊區(qū)缺陷的氣孔可看作鑄造缺陷的氣孔評(píng)定。

　　

一般工況閥門的訂貨合同中不標(biāo)注閥門鑄件等級(jí)，更少在合同中注明缺陷補(bǔ)焊后的合格等級(jí)，這往往給閥門的生產(chǎn)、檢驗(yàn)和銷售帶來諸多矛盾。根據(jù)我國(guó)目前鑄鋼件的實(shí)際質(zhì)量水平和多年經(jīng)驗(yàn)，補(bǔ)焊區(qū)域評(píng)定的等級(jí)一般認(rèn)為不應(yīng)低于GB/T5677-1985中的三級(jí)，即ASMEE446b標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的Ⅲ級(jí)。耐酸耐蝕管線工況的鑄鋼閥門和高壓鑄鋼閥門的殼體承壓部位，一般應(yīng)達(dá)到ASMEE446bⅡ級(jí)或以上標(biāo)準(zhǔn)。射線檢查結(jié)果表明，經(jīng)符合標(biāo)準(zhǔn)程序和規(guī)范補(bǔ)焊的缺陷區(qū)域，熔敷過程中生成的缺陷，比鑄件本身還要少，級(jí)別更高。總之，補(bǔ)焊作為制造過程的一部分，不可掉以輕心。

　　3.5、硬度檢測(cè)

　　補(bǔ)焊區(qū)雖經(jīng)無損探傷檢查合格，但如需機(jī)加工時(shí)，應(yīng)該再檢查一下補(bǔ)焊區(qū)的硬度，這也是對(duì)消除應(yīng)力處理效果的檢查。如果回火溫度不夠，或時(shí)間不足，會(huì)引起補(bǔ)焊區(qū)域的熔敷金屬?gòu)?qiáng)度高，塑性差，機(jī)加工時(shí)焊區(qū)域會(huì)很硬，容易導(dǎo)致刀具崩裂。母材和熔敷金屬性能不一致，還容易造成局部應(yīng)力集中，出現(xiàn)補(bǔ)焊過渡交界的明顯痕跡。因此，補(bǔ)焊區(qū)域需要用硬度值來鑒定和檢測(cè)。用手提砂輪機(jī)輕輕磨平補(bǔ)焊區(qū)域，采用便攜式布氏硬度計(jì)錘擊三個(gè)點(diǎn)，將補(bǔ)焊區(qū)硬度值與鑄鋼件本身硬度值進(jìn)行比較。如果二個(gè)區(qū)域的硬度值相近，則說明氧-乙炔回火基本成功。如果補(bǔ)焊區(qū)硬度值大于鑄鋼件硬度20以上，建議返工，直至硬度與母材接近。承壓鑄鋼件經(jīng)熱處理后的硬度一般設(shè)計(jì)為160～200HB，硬度太低或太高都不利于機(jī)加工作業(yè)。補(bǔ)焊區(qū)硬度太高，會(huì)使其塑性下降，降低閥門殼體承載的安全性能。

　　

4、結(jié)語(yǔ)

 

　　鑄鋼件缺陷的科學(xué)補(bǔ)焊，是一項(xiàng)節(jié)能的再制造工程技術(shù)。在現(xiàn)代化測(cè)試手段配合下，應(yīng)在補(bǔ)焊工具、焊材、人員和工藝上不斷加以創(chuàng)新改進(jìn)，真正實(shí)現(xiàn)制造與維修的一體化。