補(bǔ)焊閥門缺陷

                                補(bǔ)焊閥門缺陷

                             上海申弘閥門有限公司

1、補(bǔ)焊閥門缺陷概述 
之前介紹安裝減壓閥注意事項(xiàng)，現(xiàn)在介紹補(bǔ)焊閥門缺陷在工業(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(lái)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(wèn)題。本文介紹幾種常見鑄鋼件缺陷的補(bǔ)焊方法和經(jīng)驗(yàn)(焊條采用舊牌號(hào)表示)。鑄鋼給水管道閥門(P=120～130大氣壓、T=130～140℃)的閥體,因鑄造缺陷,出現(xiàn)一條長(zhǎng)150毫米的裂紋。一直延伸至靠外壁圓周1/5的寬度上,裂紋深處達(dá)0.5毫米,影響機(jī)組的安全運(yùn)行。對(duì)此采取就地焊補(bǔ),取得了良好的效果。焊前準(zhǔn)備 1.在裂紋兩端用φ5～8毫米的電鉆打孔,并沿裂紋部位用鑿子鏟成U型坡口,因閥體鑄件夾砂,故坡口鏟的較寬,寬處達(dá)43毫米。
補(bǔ)焊方法要求
        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(guò)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。
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。

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(guò)3次。同一部位的補(bǔ)焊超過(guò)二次的碳鋼鑄件,焊后應(yīng)作消除應(yīng)力處理。
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(guò)高,費(fèi)時(shí)費(fèi)力費(fèi)材料。

 缺陷處理目前，大部分的閥門均采用鑄造閥體，在鑄造的過(guò)程中難免會(huì)出現(xiàn)一些缺陷，如何對(duì)鑄造閥體的缺陷進(jìn)行檢查是各個(gè)閥門廠所作的重點(diǎn)工作，也是閥門質(zhì)量保證的*道防線，上海申弘閥門公司在生產(chǎn)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、以及電動(dòng)球閥、氣動(dòng)球閥的實(shí)踐過(guò)程中，就閥門鑄件所常見的缺陷作如下總結(jié)：

1、氣孔
這是金屬凝固過(guò)程中未能逸出的氣體留在金屬內(nèi)部形成的小空洞，其內(nèi)壁光滑，內(nèi)含氣體，對(duì)超聲波具有較高的反射率，但是又因?yàn)槠浠旧铣是驙罨驒E球狀，亦即為點(diǎn)狀缺陷，影響其反射波幅。鋼錠中的氣孔經(jīng)過(guò)鍛造或軋制后被壓扁成面積型缺陷而有利于被超聲檢測(cè)所發(fā)現(xiàn)。

2、縮孔與疏松
鑄件或鋼錠冷卻凝固時(shí)，體積要收縮，在后凝固的部分因?yàn)榈貌坏揭簯B(tài)金屬的補(bǔ)充而會(huì)形成空洞狀的缺陷。大而集中的空洞稱為縮孔，細(xì)小而分散的空隙則稱為疏松，它們一般位于鋼錠或鑄件中心后凝固的部分，其內(nèi)壁粗糙，周圍多伴有許多雜質(zhì)和細(xì)小的氣孔。由于熱脹冷縮的規(guī)律，縮孔是必然存在的，只是隨加工工藝處理方法不同而有不同的形態(tài)、尺寸和位置，當(dāng)其延伸到鑄件或鋼錠本體時(shí)就成為缺陷。鋼錠在開坯鍛造時(shí)如果沒有把縮孔切除干凈而帶入鍛件中就成為殘余縮孔（縮孔殘余、殘余縮管）。

3、夾渣
熔煉過(guò)程中的熔渣或熔爐爐體上的耐火材料剝落進(jìn)入液態(tài)金屬中，在澆注時(shí)被卷入鑄件或鋼錠本體內(nèi)，就形成了夾渣缺陷。夾渣通常不會(huì)單一存在，往往呈密集狀態(tài)或在不同深度上分散存在，它類似體積型缺陷然而又往往有一定線度。

 4、夾雜

熔煉過(guò)程中的反應(yīng)生成物（如氧化物、硫化物等）-非金屬夾雜，或金屬成分中某些成分的添加料未*熔化而殘留下來(lái)形成金屬夾雜，如高密度、高熔點(diǎn)成分-鎢、鉬等。
5、.偏析
鑄件或鋼錠中的偏析主要指冶煉過(guò)程中或金屬的熔化過(guò)程中因?yàn)槌煞址植疾痪纬傻某煞制觯衅龃嬖诘膮^(qū)域其力學(xué)性能有別于整個(gè)金屬基體的力學(xué)性能，差異超出允許標(biāo)準(zhǔn)范圍就成為缺陷。
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(wú)法清除的夾砂夾渣和面積超過(guò)65cm2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。

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(wú)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、缺陷處理
 
2.1、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(wú)法清除的夾砂夾渣和面積超過(guò)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。
 
2.2、缺陷剔除
 
上海申弘閥門有限公司主營(yíng)閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥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*,補(bǔ)焊質(zhì)量好。
 
2.3、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(wú)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。

 
3、補(bǔ)焊方法
 
3.1、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(guò)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。
 
3.2、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。
 
3.3、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(guò)3次。同一部位的補(bǔ)焊超過(guò)二次的碳鋼鑄件,焊后應(yīng)作消除應(yīng)力處理。
 
3.4、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(guò)高,費(fèi)時(shí)費(fèi)力費(fèi)材料。

4、補(bǔ)焊后處理
 
4.1、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*再加熱處理,而這種去應(yīng)力處理或*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*再加熱處理外,許多缺陷往往是在精加工過(guò)程中才發(fā)現(xiàn)的,已無(wú)法再*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。

 
4.2、消除應(yīng)力
 
精加工后發(fā)現(xiàn)的缺陷補(bǔ)焊后,已無(wú)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(lái)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(guò)大過(guò)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。
 
4.3、無(wú)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(lái)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(guò)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(wú)損檢查,證明合格后方能使用。

 
4.4、等級(jí)評(píng)定
 
對(duì)于補(bǔ)焊區(qū)域無(wú)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(lái)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(lái)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(guò)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(guò)程的一部分,不可掉以輕心。

 
4.5、硬度檢測(cè)
 
補(bǔ)焊區(qū)雖經(jīng)無(wú)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(guò)渡交界的明顯痕跡。因此,補(bǔ)焊區(qū)域需要用硬度值來(lái)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(shuō)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。
 
5、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與本產(chǎn)品相關(guān)論文：正確操作減壓閥