浅谈抽油机减速器壳体裂纹的焊接工艺

浅谈抽油机减速器壳体裂纹的焊接工艺

姜学田

大庆油田有限责任公司装备制造集团黑龙江省大庆市163000

摘要：抽油机减速器壳体裂纹，由于其产生的位置和尺寸给焊接修复带来了很大困难，阐明根据情况制定合理的焊接修复工艺的必要性，该工艺具有-定的技术、经济价值，具有推广的应用前景。

关键词：抽油机减速器壳体裂纹焊补安全

1、概况

由于结构设计、制造和运行等方面的原因均可能产生裂纹。裂纹的存在严重影响着机组的安全运行，消除此类缺陷一般都是采用焊接修复。大庆油田热电厂在#2机组大修过程中，汽缸裂纹检查过程发现汽轮机高压缸外缸的下缸(ZG20CrMoV)有3处裂纹，经过剖挖3处裂纹分别为：100mm×80mm×45mm（深）、850mm×65mm×40mm（深）、450mm×85mm×15mm（深）的缺陷。抽油机减速器壳体属于大型铸件，焊接修复本身就比较困难，如此大的裂纹更增加了修复难度，因此制定了科学、合理的焊接修补工艺并严格实施取得满意的补焊效果。

2、汽轮机高压缸缸体焊接性能分析

根据一般常用的碳当量公式计算高压缸材科的碳当量为0.7%-0.99%。一般认为，碳当量在0.45%以上焊接性较差，高压缸的碳当量高出一倍多，可见其焊接性是很差的。由于焊后极易形成淬火组织，导致冷裂纹出现，一般要求焊前预热300℃左右，焊后要进行700℃的高温回火。但是抽油机减速器壳体属于大型铸件，预热温度及高温回火温度很难实现，即使达到了温度要求也极易使气缸发生较大的永久变形。ZC20CrMoV高压缸壁厚导热系数小，刚度大，补焊区域残余应力大，应力无法释放，因此补焊应采用低温预热、热敷冷焊，电弧冷焊、层间锤击焊缝冷焊工艺措施最大限度减小应力，获得优良的补焊效果。

3、焊前准备

抽油机减速器壳体也是高温高压的容器的一种。补焊质量的好坏直接影响设备的安全运行。因此，为确保焊缝的质量，除制定严格的施焊工艺外，操作者必须严格执行焊接工艺及要求。

3.1清除裂纹

确定裂纹缺陷位置及长度，在裂纹两端约5mm处钻止裂孔，止裂孔深度一般为钻头直径的3倍左右。用角磨机等机械方法将裂纹缺陷清除，并用渗透探伤方法加以确认。

3.2坡口加工

对要进行补焊的裂纹先开坡口，坡口按裂纹走向开设。为了便于施焊和改善焊缝应力状态，坡口尺寸应尽量小；形状应规整；转角的过渡应圆滑；坡口表面必须平整光滑，不得有凹凸不平的死角；坡口周围1OOmm范围内表面打磨出金属光泽，不得有水分、油污和锈蚀等污物。

3.3焊前气缸变形量测量

为了更好地控制气缸由于焊补二次产生的变形，在焊补前和焊朴后均应对气缸的变形做出准确可靠地测量，重点是焊补区，随焊随检测。

4、抽油机减速器壳体修补焊接工艺措施

4.1焊接材料的选择

补焊区过渡层采用Φ3.2的ENiCrFe-3镍基焊条，其余焊道选用Φ3.2不锈钢焊条A407或A507（A507的补焊效果更好）。

4.2焊前预热

热敷冷焊工艺，顾名思义即焊接敷焊层前将待焊位置及两侧50mm范围内预热到120-170℃(预热采用氧-乙炔火焰、预热时火焰焰心距离工件10mm以上进行缓慢均匀加热。使用表面非接触式测温仪测量预热温度。）后选用ENiCrFe-3焊条快速热敷过渡层，缓冲至常温后，用A407在恒低温（焊缝平均温度55℃以下）情况下焊接中间层。

4.3焊接工艺

补焊选用山东奥太ZX7-400型逆变直流焊机，极性采用直流反接。敷焊层焊条ENiCrFe-3，焊条烘干温度为150℃，烘干时间为1h，焊条直径为Φ3.2mm。焊接电流为85-95A。中间层焊条A407(A507)，焊条烘干温度为350℃，烘干时间为1h，焊接电流为90-1OOA，焊条放入保温筒内随用随取。热敷层焊接时，首先在坡口最深处起焊第一道，以后的各个焊道均将前一焊道熔化1/3的表面，并且一律围绕第一道焊道绕圈，焊接要连续进行，无论坡口敷焊量多大均要一次敷焊完，每次更换焊条动作要快，敷焊过程中尽量保持温度不低于150℃，若温度不足应立即补偿温度后再焊，敷焊层厚度应控制在4mm左右为宜。

敷焊层焊完以后立即用保温材料保温，使其缓冷至室温后清理药皮，并将敷焊层打磨光滑进行裂纹检查，确认没有缺陷后进行下一步焊接。中间层焊接，采用多层多道焊，所有焊道全部逆向分段焊法；焊道厚度不大于焊条直径，焊接电流不大于110A,电弧长度不大于所用焊条直径，焊条不做横向摆动：焊接速度不小于16m/h，每层补焊区焊接完成后要认真清渣，并用5倍放大镜仔细检查焊缝，确认没有缺陷后方可进行下一层焊接；冷焊每一层后，逐条焊缝锤击消除应力，锤击程度以肉眼清晰可见锤痕为准，锤痕排列紧凑；每次只允许焊半根焊条，以降低层间温度和避免焊条发红；用手摸或非接触式测温仪测量严格控制层温度不大于55℃后在焊半根焊条，收弧处采用断弧法填满弧坑防止火口裂纹，如果发现立即清除；每道焊层必须呈内凹形，可有效减小焊接残余应力。

4.4焊后打磨清理

补焊完成后清除熔渣和飞溅物，用角向磨光机将补焊金属表面和相邻不小于50mm宽度范围内都应清理达到同汽缸基体齐平，并与母材平滑过渡。补焊焊缝严格控制咬边深度＜0.5mm，累计长度＜10%。5、焊后质量检验

(1)用5倍放大镜对焊缝进行宏观检查，焊缝无咬边、裂纹、未熔合、气孔和夹渣等缺陷。

(2)用着色探伤对焊接接头进行检查，未发现裂纹缺陷。

6、结论

针对抽油机减速器壳体裂纹，应采用低温预热、电弧冷焊、层间锤击焊缝的焊接修补工艺焊修一次成功。针对热敷冷焊处理裂纹缺陷，采用镍基焊条ENiCrFe-3作为敷焊层，不锈钢电焊条A407冷焊中间层的热敷冷焊工艺获得了熔合良好，组织正常，无淬硬及其它异常组织焊缝金属，而且确保了检修工期。经过一个大修期运行，开缸检验焊接修复处质量良好，未发现断裂裂纹及其它问题，说明了此补焊工艺效果良好，具有一定经济效益和社会效益。