东方汽轮机有限公司 四川德阳 618000
摘要：本文主要研究分析了关键部套中转子的窄间隙、深坡口焊缝内焊接过程中穿孔的产生原因，介绍了消缺方案和焊前坡口处理措施，制定了合理的补焊工艺方案和焊枪与钨极的改装措施、气体保护装置的改进，最终穿孔一次返修合格，补焊后整根产品用转子变形均符合要求。
关键词：穿孔 产品用转子 焊接修复 改装
0序言
由于产品用转子的坡口深度均超过150mm、宽度约20mm，为确保焊接质量的稳定，采用的窄间隙TIG焊接设备自动焊，焊接过程中因设备、参数、气体保护氛围等多种原因，会产生焊接缺陷，以下就产生穿孔的原因做一个归纳：一、焊接过程中钨极烧损致电压突然增大；二、为了确保焊缝背面保护效果，腔室内部保护气体通入后，出气端气体流量过小，会导致内部气压过大，在焊接过程中熔融金属喷出会出现穿孔。由于产品用转子是由锻件拼焊连接而成的，内部形成型腔，焊后无法进行反面清根；坡口深度大，宽度窄，具体见图1，修复难度非常巨大，产品用转子出现穿孔后，正面补焊要求背面一次成型，处理方法不当会造成背面塌陷或者凸起将无法再次实施返修和消缺。影响特殊汽轮机产品用转子的安全性。
3 焊接工艺的制定
该材料为Ni-Cr-Mo-V高强钢，公称化学成份为：（1～3）% Ni-（1～2）% Cr-（0.5～1）Mo-（＜0.1）%V，焊缝金相组织正常为上贝氏体或马氏体⑴。上贝氏体形态的共同特点是在贝氏体铁素体板条之间存在未转变的奥氏体或其转变产物（2），焊后易形成淬火组织、临界应力集中，导致裂纹出现，焊接性较差，因此焊前必须预热，焊后及时进行后热。
3.1 焊枪与钨极
所用设备唐山松下IGBT控制直流TIG弧焊电源，采用手工钨极氩弧焊，窄间隙、深坡口，普通焊枪无法达到焊接位置，很难保证焊缝质量，焊枪采用改装接长焊枪（200mm）、专用陶瓷喷嘴，钨极使用自制改装（采用热弯的形式，根据焊接位置5种角度不同）钨极，见图4，焊丝选用NiCrMo2.5-IG焊丝，直径Φ2.4mm，电源极性DCEN。
3.2 预热
使用中频预热，要求加热焊缝上下两个轮盘，坡口内部温度140-160℃，保温两小时后可停止中频，再用天然气火焰局部加热焊接部位，为确保产品用转子轴类部件热输入的平衡，需要在缺陷位置的对称部位也同时进行火焰局部加热，温度300±20℃，保温30min以上。起焊温度不低于260℃。在焊接与后热过程中需要确保缺陷部位温度与对称部位温度一致。减小变形。
3.3坡口的气氛保护
用99.99%氩气提前充满内部腔室进行背面保护。正面保护要求严格，窄间隙自动焊使用氩弧焊枪具有专门的保护气和尾气。对于手工返修，深坡口条件下，需要制作专门的焊接保护气体与尾气工装，用于保护焊缝与钨极。钨极伸出超过20mm，保护效果很重要，必须使用专用工装对称对钨极和焊接区域（宽度约120mm）进行正面保护（流量为30ml/min）。。
3.4焊接
由于缺陷处厚度壁较薄，为确保一次性焊接背面成型，其焊接速度控制在20-25mm/min，太快易造成气孔，太慢易造成背面凸起；采用多层多道焊接，每一道焊接应使用角度不同的钨极，后道焊接应覆盖前道焊缝的1/3-1/2 ；息弧时稍慢,将弧坑填满，防止弧坑裂纹，焊接时，后一层的焊接方向应与前一层的焊接方向一致，起弧收弧应在不同的位置且离开上道息弧位置与缺陷位置。背面无法进行修磨，需确保一次成型。.
每一道焊接完成应及时对焊缝进行修磨，确保起弧收弧位置及中间位置焊缝质量。
为降低坡口两侧与坡口壁夹角处应力集中，此部位焊接时有意填充实现圆滑过度，过渡圆角不小于R20。见图8.
图5 焊接中间过程图示意图
3.5后热
焊后应立即采用天然气+氧气火焰进行局部对称后热，温度280-330℃，保温1h以上，保温缓冷。
3.6 修磨 缓冷后打磨补焊位置至圆滑。
3.7 焊后检验
通过尺寸检查，因补焊对临近轮盘变形量在0.02mm以内，整体尺寸改变0.18mm，符合工艺要求；
RT检验，对补焊区域进行RT检验，按照特殊产品要求验收合格（DB7.18.1.41-2017）。
4结论
4.1、窄间隙、深坡口条件下，焊缝的返修对焊接参数、焊接速度与焊接位置及焊接技巧要求极其严格，通过上述办法可获得比较理想的背面效果；
4.2、窄间隙、深坡口条件下，改装的焊枪、钨极、保护工装获得了很好的效果，具有一定的推广价值；
4.3、通过对称加热的方式可以减小因返修对产品用转子整体尺寸的影响。
参考文献
1.《Ni-Cr-Mo-V高强钢TIG焊接气孔形成原因的研究》.刘贻兴著 第6、9页
2.中国冶金百科全书总编辑委员会《金属材料卷》编辑委员会 编.中国冶金百科全书•金属材料.北京：冶金工业出版社.2001.第51-52-53页.
论文作者:谢汉城
论文发表刊物:《基层建设》2019年第3期
论文发表时间:2019/4/11
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