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2021-07-31 15:37
隨著我國(guó)火電事業(yè)的不斷發(fā)展，超臨界火電機(jī)組的運(yùn)用越來越多，F(xiàn)92材料以其優(yōu)異的性能發(fā)揮著重要作用。F92材料閥體密封面深孔堆焊 D802的過程中（特別是DN10 ~ DN50密封面的堆焊），存在著合格率低，焊后裂紋，及延時(shí)裂紋頻次較高的問題。解決的辦法大多數(shù)是補(bǔ)焊，甚至是多次補(bǔ)焊。不僅提高了生產(chǎn)成本，延長(zhǎng)了生產(chǎn)周期，多次補(bǔ)焊還導(dǎo)致密封面周圍組織的性能變壞，影響使用壽命，留下安全隱患。經(jīng)過對(duì)F92閥體深孔密封面堆焊D802多次的研究及試驗(yàn)，較好地解決了堆焊難題，使堆焊一次成功率達(dá)到98%以上。
F92材料成分及力學(xué)性能。F92材料是在F91材料的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，成分的主要變化是-0.5% Mo + 1.80%W + 4 x 10'5 B，其性能變化主要體現(xiàn)在600T以下100000h蠕變強(qiáng)度比F91提高約30%，高溫強(qiáng)度與F91之比為113MPa:85MPa。由于W的增加，鎢的特殊碳化物阻止鋼的晶粒長(zhǎng)大，降低了鋼的過熱敏感性，材料的紅硬性和冋火穩(wěn)定性得到了提高。在冷卻過程中，過冷奧氏體更加穩(wěn)定，空淬能力強(qiáng)。微量硼的增加， 提高了鋼的淬火強(qiáng)度和耐熱鋼的高溫強(qiáng)度，改善了切削加工性能。但是奧氏體晶粒長(zhǎng)大的傾向加大，回火脆性的傾向加大。由于F92材料合金總量更高，導(dǎo)熱性能較差，在熱處理和焊接過程中應(yīng)力較大和應(yīng)力分布不均勻的問題是主要矛盾。
D802是一種鈷鉻鎢合金焊芯、鈦鈣型藥皮的堆焊用焊條,宜采用直流反接。堆焊金屬在1000T仍具有良好的耐磨性及耐腐蝕性。堆焊層硬度>40HRk D802含碳量高，合金總量高，高溫耐磨性能、高溫強(qiáng)度及高溫耐蝕性能好，適用于高溫高壓電站閥門的密封面堆焊。但是焊接性能較差，對(duì)焊接工藝的要求很高，隨著施焊面積的加大，焊接裂紋及延時(shí)裂紋上升趨勢(shì)明顯。閥體密封面堆焊的一次合格率較低。
F92和D802兩種材料的強(qiáng)度和硬度較高，塑性和韌性較低。在堆焊過程中，DN20以下的閥體出現(xiàn)堆焊裂紋的概率兒乎為零，隨著閥門公稱尺寸的加大，裂紋呈上升趨勢(shì)。
根據(jù)裂紋產(chǎn)生的現(xiàn)象，進(jìn)行了原因分析。當(dāng)閥門公稱尺J<DN20時(shí)，熱 應(yīng)力+組織應(yīng)力+焊接應(yīng)力+其他應(yīng)力< F92的抗拉強(qiáng)度，其堆焊后不出現(xiàn)裂紋。當(dāng)閥門公稱尺寸>DN32時(shí)，熱應(yīng)力+組織應(yīng)力+焊接應(yīng)力+其他應(yīng) 》>F92的抗拉強(qiáng)度，其堆焊后裂紋產(chǎn)生的概率明顯增加。延時(shí)裂紋是由于焊件應(yīng)力接近臨界應(yīng)力，組織轉(zhuǎn)變不完全，焊件在加工后仍存在殘余奧氏體向淬火馬氏體轉(zhuǎn)變，這種組織的存在是延時(shí)裂紋出 現(xiàn)的原因。
密封面堆焊的關(guān)鍵是合理的堆焊接工藝和堆焊過程中嚴(yán)格的工藝控制》在焊接過程中既要保證很好的熔合，不產(chǎn)生夾渣或氣孔，又要嚴(yán)格控制好熱輸入和層間溫度，將焊接應(yīng)力降至最小范圍。避免在堆焊過程中產(chǎn)生裂紋。通過多次試驗(yàn)，優(yōu)選出一套比較合理的工藝參數(shù)。具體操作要點(diǎn)是焊條直徑宜小，焊接電流宜小，焊接速度宜快，焊接層高宜薄，層間溫度必須嚴(yán)格控制。
F92材料受合金含量較高的影響過冷奧氏體比較穩(wěn)定，馬氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束點(diǎn)低，轉(zhuǎn)變區(qū)域?qū)挒?88℃，MfSlOSt),過冷奧氏體完全轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的時(shí)間較長(zhǎng)，組織轉(zhuǎn)變過程中會(huì)形成較大的組織應(yīng)力。同時(shí)材料的導(dǎo)熱性較差，組織轉(zhuǎn)變的快慢會(huì)形成不均勻的應(yīng)力分布，這是形成焊件裂紋及延時(shí)裂紋的重要因素。因此制定焊后熱處理工藝重點(diǎn)考慮的是最大限度的降低焊件熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，保證組織轉(zhuǎn)變完全和充分，不讓淬火馬氏體出現(xiàn)在經(jīng)過焊后熱處理的焊件上。具體工藝步驟為閥體密封面堆焊后立即進(jìn)爐（爐溫300℃)
F92材料受合金含量較高的影響過冷奧氏體比 較穩(wěn)定，馬氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束點(diǎn)低，轉(zhuǎn)變區(qū)域?qū)?為388℃，MfSlOSt),過冷奧氏體完全轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的時(shí)間較長(zhǎng)，組織轉(zhuǎn)變過程中會(huì)形成較大的 組織應(yīng)力。同時(shí)材料的導(dǎo)熱性較差，組織轉(zhuǎn)變的快 慢會(huì)形成不均勻的應(yīng)力分布，這是形成焊件裂紋及 延時(shí)裂紋的重要因素。因此制定焊后熱處理工藝重 點(diǎn)考慮的是最大限度的降低焊件熱應(yīng)力和組織應(yīng) 力，保證組織轉(zhuǎn)變完全和充分，不讓淬火馬氏體出 現(xiàn)在經(jīng)過焊后熱處理的焊件上。具體工藝 步驟為閥體密封面堆焊后立即進(jìn)爐（爐溫300℃)緩冷，時(shí)間2 ~ 3 h —以每小時(shí)在150℃的速度升溫 到780T —保溫4 ~ 5h—以每小時(shí)矣150T的速度冷 卻到300T—300T；以下打開爐門冷卻到100T以下出爐。
閥體密封面堆焊的原工藝采取密封面滿堆焊—焊后熱處理—粗加工密封面—打中間孔— 精加工密封面的方法，此工藝存茌施焊面積大及堆焊層厚的問題，由于F92和D802剛性強(qiáng)而鈿性低，在完成堆焊后，熱應(yīng)力、組織應(yīng)力、焊接應(yīng)力和機(jī)加工應(yīng)力的疊加很容易引起密封面開裂。另外，深孔焊焊接的可視性差，焊條須接長(zhǎng)，在整個(gè)焊接過程中孔內(nèi)充滿煙霧，焊工僅憑經(jīng)驗(yàn)操作，執(zhí)行工藝的穩(wěn)定性無法保證，造成堆焊質(zhì)量的波動(dòng)。
F92材料成分及力學(xué)性能。F92材料是在F91材料的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，成分的主要變化是-0.5% Mo + 1.80%W + 4 x 10'5 B，其性能變化主要體現(xiàn)在600T以下100000h蠕變強(qiáng)度比F91提高約30%，高溫強(qiáng)度與F91之比為113MPa:85MPa。由于W的增加，鎢的特殊碳化物阻止鋼的晶粒長(zhǎng)大，降低了鋼的過熱敏感性，材料的紅硬性和冋火穩(wěn)定性得到了提高。在冷卻過程中，過冷奧氏體更加穩(wěn)定，空淬能力強(qiáng)。微量硼的增加， 提高了鋼的淬火強(qiáng)度和耐熱鋼的高溫強(qiáng)度，改善了切削加工性能。但是奧氏體晶粒長(zhǎng)大的傾向加大，回火脆性的傾向加大。由于F92材料合金總量更高，導(dǎo)熱性能較差，在熱處理和焊接過程中應(yīng)力較大和應(yīng)力分布不均勻的問題是主要矛盾。
F92和D802兩種材料的強(qiáng)度和硬度較高，塑性和韌性較低。在堆焊過程中，DN20以下的閥體出現(xiàn)堆焊裂紋的概率兒乎為零，隨著閥門公稱尺寸的加大，裂紋呈上升趨勢(shì)。
根據(jù)裂紋產(chǎn)生的現(xiàn)象，進(jìn)行了原因分析。當(dāng)閥門公稱尺J<DN20時(shí)，熱 應(yīng)力+組織應(yīng)力+焊接應(yīng)力+其他應(yīng)力< F92的抗拉強(qiáng)度，其堆焊后不出現(xiàn)裂紋。當(dāng)閥門公稱尺寸>DN32時(shí)，熱應(yīng)力+組織應(yīng)力+焊接應(yīng)力+其他應(yīng) 》>F92的抗拉強(qiáng)度，其堆焊后裂紋產(chǎn)生的概率明顯增加。延時(shí)裂紋是由于焊件應(yīng)力接近臨界應(yīng)力，組織轉(zhuǎn)變不完全，焊件在加工后仍存在殘余奧氏體向淬火馬氏體轉(zhuǎn)變，這種組織的存在是延時(shí)裂紋出 現(xiàn)的原因。
密封面堆焊的關(guān)鍵是合理的堆焊接工藝和堆焊過程中嚴(yán)格的工藝控制》在焊接過程中既要保證很好的熔合，不產(chǎn)生夾渣或氣孔，又要嚴(yán)格控制好熱輸入和層間溫度，將焊接應(yīng)力降至最小范圍。避免在堆焊過程中產(chǎn)生裂紋。通過多次試驗(yàn)，優(yōu)選出一套比較合理的工藝參數(shù)。具體操作要點(diǎn)是焊條直徑宜小，焊接電流宜小，焊接速度宜快，焊接層高宜薄，層間溫度必須嚴(yán)格控制。
F92材料受合金含量較高的影響過冷奧氏體比較穩(wěn)定，馬氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束點(diǎn)低，轉(zhuǎn)變區(qū)域?qū)挒?88℃，MfSlOSt),過冷奧氏體完全轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的時(shí)間較長(zhǎng)，組織轉(zhuǎn)變過程中會(huì)形成較大的組織應(yīng)力。同時(shí)材料的導(dǎo)熱性較差，組織轉(zhuǎn)變的快慢會(huì)形成不均勻的應(yīng)力分布，這是形成焊件裂紋及延時(shí)裂紋的重要因素。因此制定焊后熱處理工藝重點(diǎn)考慮的是最大限度的降低焊件熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，保證組織轉(zhuǎn)變完全和充分，不讓淬火馬氏體出現(xiàn)在經(jīng)過焊后熱處理的焊件上。具體工藝步驟為閥體密封面堆焊后立即進(jìn)爐（爐溫300℃)
閥體密封面堆焊的原工藝采取密封面滿堆焊—焊后熱處理—粗加工密封面—打中間孔— 精加工密封面的方法，此工藝存茌施焊面積大及堆焊層厚的問題，由于F92和D802剛性強(qiáng)而鈿性低，在完成堆焊后，熱應(yīng)力、組織應(yīng)力、焊接應(yīng)力和機(jī)加工應(yīng)力的疊加很容易引起密封面開裂。另外，深孔焊焊接的可視性差，焊條須接長(zhǎng)，在整個(gè)焊接過程中孔內(nèi)充滿煙霧，焊工僅憑經(jīng)驗(yàn)操作，執(zhí)行工藝的穩(wěn)定性無法保證，造成堆焊質(zhì)量的波動(dòng)。
