水轮机部件高硬度不锈钢帯极堆爆工艺

　　0前言

　　可保证堆焊金属的性能要求。

　　在低合金钢(或低碳钢)母材上堆焊不锈钢过渡

　　目前国内制造的大型水轮机顶盖、底环及异种材层,同异种钢焊接一样存在着下列问题:由于母材的稀

　　质转轮上冠,通常采用低碳钢或低合金钢,在高含泥沙释作用,会在熔合区产生马氏体组织,并形成较宽的马

　　水质的电站,该材料部件的汽蚀麾损比较严重。为了氏体带,当含碳量超过0.15%时,其马氏体塑性变得相

　　提高水轮机部件过流表面的抗汽蚀磨损性能,延长部当低,从而产生裂纹倾向;由于母材熔合线附近成分差

　　件使用寿命,在大型水轮机顶盖、底环及异种材质转轮别很大,在浓度、活度和温度梯度的作用下,在堆焊过

　　上冠堆焊高硬度不锈钢材料。为了提高堆焊效率,采稈中或焊接后热处理时,将发生强烈的碳迁移,其结果

　　用埋弧带极堆焊方法及哈尔滨焊接硏究所研制的高硬会在母材一侧形成脱碳层,在过渡层一侧形成增碳层,

　　度不锈钢带极堆焊材料(带极和焊剂),进行了一系列从而导致熔合区塑韧性下降。根据顶盖、底环与转轮

　　的工艺试验和性能评定,提出了可行的雌焊工艺

　　上:冠的不同硬度要求,确定采用不同化学成分的过渡

　　1技术指标及堆焊材料

　　层带极材料。

　　为了满足水轮机部件不锈钢带极堆焊的需要,烧

　　堆焊方法

　　结焊剂渣系要求如下:过渡层烧结焊剂(SI0.92)采用

　　水轮机顶盖、底环和转轮上冠为低碳钢或低合金Mg0-SiO2-AI203-CaF渣系,为防止堆焊层增碳,不加入

　　钢,如果在其表面直接堆焊高硬度不锈钢耐汽蚀磨损碳酸盐类物质,同时为了防止Cr元素的大量烧损,尽

　　层,由于母材的稀释作用,将产生一系列的婩接问题,量降低氧化性强的矿物质含量;耐汽蚀磨损层烧结焊

　　为此,经过论证,采用双层带极堆焊工艺方法,即先堆剂(S.07.29)采用Mg)-Al203-CaF-Si02渣系,为了防止

　　焊过渡层,再堆焊耐汽蚀磨损层。

　　堆焊层增C和Cr元素大量烧损,除不加入碳酸盐类物

　　1.2堆焊材料

　　质和降低氧化性强的矿物质含量外,同时增加镍和钼

　　由于耐汽蚀磨损层的硬度很高,如果堆焊金属合合金的过渡系数,使之向堆焊金属均匀过渡4%~6%

　　金元素完全由带极过渡,会使带极的热加工性能变差,的镍和0.5%左右的。

　　带极的制造质量难以保证,为此,选择堆焊金属部分合

　　所采用的3种带极和堆焊金属的设计成分及其匹

　　金元素由焊剂来过渡,既可满足带极的热加工性能,也配焊剂如表1所示,其中带极规格为60mm×0.5mm

　　表13种带极和雄焊金属的设计成分及匹配焊剤(质量分数,%)

　　材料

　　牌号

　　C

　　Mo配套焊剂

　　上冠过渡层带极

　　HDOOCR24NiI3≤0.03≤1.0≤2.5≤0.03≤0.0322.0~25.012.0~14.0

　　SJ10.92

　　顶盖、底环过渡层带极HDOOCRZ21Ni10≤0.03≤1.0≤2.5≤0.03≤0.0318.0~21.09.0~11.0

　　耐汽蚀磨损层带极

　　HDOCR17≤0.05≤1.0≤2.5≤0.03≤0.0315.0~17.0≤1.0

　　SJ07.29

　　耐汽蚀磨损层堆焊金属

　　≤0.05≤0.65≤2.5≤0.03≤0.0315.0~17.04.0~6.0≤1.0

　　2012年第6期1

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　　焊接现场

　　机概制造文摘一一焊接今冊

　　1.3带极堆焊主要技术指标的确定

　　理地控制母材的稀释率,必须考虑焊接电流与焊接速

　　根据实际部件的使用要求确定如下技术指标

　　度的合理匹配。

　　(1)转轮上冠堆焊金属,经热处理后的表面硬度为2.2电流、速度及电压参数对焊道成形的影响

　　250~300HB;顶盖、底环堆焊金属,经热处理后的表面

　　当焊接电流过小、焊接速度过快时,焊道窄而薄

　　硬度为300~350HB

　　并有咬边现象;当焊接电流过大、焊接速度过慢时,焊

　　(2)堆焊接头的拉伸性能不低于母材。

　　道较高,边缘不整齐,表面易出现凹坑等缺陷。

　　(3)母材与过渡层的侧弯性能为180°(D=4a)。

　　电压过低时,易造成短路;电压过高时,电弧燃烧

　　(4)过渡层熔合区的室温抗剪强度≥200MPa

　　不稳定,焊道不平整,而且易断弧

　　(5)焊剂要具有良好的工艺性能(稳弧性,脱渣性,2.3带极伸出长度对焊道成形的影响

　　焊道成形等);焊剂增碳率小于0.01%,铬的烧损量小

　　通过试验证明,当带极伸出长度过长时,带极电阻

　　于1.5%;向堆焊金属均匀过渡所需要的合金元素。

　　热增加,嫆化速度加快,熔滴过渡不均匀,焊接过程不

　　2工艺试验及优化工艺参数

　　稳定,从而造成焊道成形不良;带极伸出长度过短时

　　容易烧损导电嘴

　　采用表1中的堆焊材料及Z20SiMn母材进行了2.4焊剂厚度对熔池保护效果的影响

　　系列的埋弧雌焊工艺性能试验

　　焊剂堆积太薄,会造成明弧,保护效果变差;堆积

　　2.1焊接电流与焊接速度对焊缝稀释率的影响

　　过厚,熔池透气性差,气体不易逸出,焊道容易产生气

　　堆焊过渡层时,母材对堆焊金属稀释率的大小决孔。

　　定着堆焊金属的化学成分和组织性能,而焊接电流和2.5焊道间搭边量对堆焊质量的影响

　　焊接速度是影响稀释率的主要工艺参数。当焊接速度

　　焊道之间搭边量的大小将影响堆焊表面的平滑程

　　一定时,随着焊接电流的变化,稀释率有两种变化趋度。搭边量过大时,会造成搭边区凸起,而且会引起该

　　势:当电流较小时,稀释率随着电流的増大而増大,当区化学成分的不均匀;搭边量过小时,容易造成搭边区

　　电流达到一定值时,稀释率达到最大值,若电流继续増的熔合不良和夹渣现象。

　　加,稀释率将随电流的增加而有所降低。这是由于随2.6推荐的优化工艺参数

　　着焊接电流增加不仅使母材熔化量増大,而且带极的

　　通过上述综合工艺性能试验,推荐优化带极理弧

　　熔化速度也将提高,使焊道变厚,当母材熔化占主要地堆焊工艺参数如表2所示,采用优化工艺参数堆焊时

　　位时,电流的增加将导致稀释率的增大;当带极熔化占电弧燃烧稳定,脱渣性好(渣壳自动翘起,整块脱落),

　　主要地位时,电流的增加将使稀释率降低。如果电流焊道边缘整齐,成形美观,表面颜色呈黄金色,而且母

　　不变而改变焊接速度时,稀释率也將发生变化,所以合材稀释率保持在20%以下

　　表2优化工艺参数

　　焊接电流A电弧电压び/V堆焊速度z/(mm?min-)带极伸出长度mm焊剂厚度B/mm搭边量b/m电源极性

　　750~800

　　27~30

　　130~160

　　20~25

　　直流反极性

　　3综合性能及焊后热处理试验

　　(3)试板的制备:母材采用1000mmx500mx

　　160mm大厚度试板,采用如表2所示推荐的优化工艺

　　3.1试验设备和堆焊材料

　　参数,堆焊三层:第一层为过渡层;第二层和第三层为

　　(1)试验设备:LEA1250型立柱式自动埋弧焊机耐汽蚀膚损层(道间温度控制在150℃以下)。根据

　　(瑞典ESAB制造),电源为直流反极性。

　　标准制取化学分析、弯曲、剪切和硬度试样,拉仲试样