CN105414878B - 一种高耐热合金钢铸件缺陷的返修方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铸钢件返修处理技术，特别涉及一种高耐热合金钢铸件缺陷的返修方法，包括对高耐热合金钢铸件缺陷部位依次进行检测、去除、预热、补焊、后热和焊后热处理，并合理控制各工艺过程的温度、预热和补焊接的顺序，以保证铸件焊接后的整体性能。

Description

一种高耐热合金钢铸件缺陷的返修方法

技术领域

本发明涉及铸钢件返修处理技术，特别涉及一种高耐热合金钢铸件缺陷返的修方法。

背景技术

高合金耐热钢中，有一种材质为ZG12Cr9Mo1CoNiVNbNB，是未来清洁高效超临界蒸汽轮机耐高温零部件的主要钢种，该类材质的铸件能够在600~620℃、30MPa的极端条件下进行长时间服役，由于材质本身的耐高温、高压特性，使得其服役条件较目前最为先进的耐热材料高30℃、3MPa，不仅可为能源企业提升8~10%的效率，还能大大降低二氧化碳排放量，是当前国际能源行业发展的主要高效、清洁发电技术。

ZG12Cr9Mo1CoNiVNbNB材料合金元素多，对于大型或超大型的铸钢件，焊接技术要求高，研究掌握该材质铸件缺陷焊补、异质焊接等焊接工艺技术，是实现铸件生产的重要突破之一。该材质的铸件焊接冷裂纹敏感性较强，过程操作不合理极易开裂；力学性能要求高，焊接工艺必须精细控制才能保证补焊后的铸件整体性能满足要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种材质为ZG12Cr9Mo1CoNiVNbNB的高耐热合金钢铸件缺陷的返修方法，以保证该材料的大型铸钢件的缺陷返修后的整体性能。

本发明的目的是这样实现的，一种高耐热合金钢铸件缺陷的返修方法，包括如下过程：A）通过无损探伤检测装置检测铸件的铸造缺陷，并分类标识缺陷的位置和大小，然后按标识去除铸造缺陷，直至无损检测合格为止；B)对铸件待补焊的缺陷部位及周围200mm的范围进行火焰预热，使焊前焊接部位的预热温度达到180-250℃；C)当补焊部位达到预热温度后开始焊接，并且在焊接过程中适时监控缺陷部位的预热温度；D）重复Ｂ）步和Ｃ）步的操作逐一预热和补焊铸件所有的缸陷部位；E）将全部补焊后铸件整体移入热处理炉中升温至350℃±20℃进行后热处理，并保温T1小时，保温时间T1=H1/25mm,H1为最深的焊缝深度，单位mm，然后炉冷至100℃—120℃，再保温1—2h，然后将铸件整体进行焊后热处理，所述焊后热处理时以40-60℃/h的升温速度，升温至710℃-730℃，保温T2小时进行过程消应力，保温时间T2＝Ｈ2/25mm，Ｈ2为铸件的最大壁厚，单位为mm，保温结束后将铸件以50—70℃/h 的降温速度降至室温进行无损探伤检测；E）所述D步中铸件无损探伤检测合格的再次进热处理炉以40-60℃/h升温速度升至730℃—750℃，保温T2小时，然后以50—70℃/h 的降温速度炉内降至室温，如果铸件无损探伤检测不合格，返回步骤Ａ）重新进行缺陷去除补焊处理。

为便于缺陷补焊过程中预热工艺的控制，所述D）步中，各缺陷部位进行预热补焊时，按照缺陷位置从内腔向外腔，缺陷深度从深到浅的顺序逐一进行，并且通过工装固定预热火焰以保持补焊后的该部位仍保持设定的预热温度直至内腔所有的缺陷全部补焊结束。

为便于补焊前后，补焊部位温度的控制，所述步骤B）中预热铸件内腔部位的缺陷时，从缺陷对应的外壁外侧对铸件内腔缺陷部位进行单点预热，当内腔的补焊部位达到预热温度后进行补焊操作；内腔所有的缺陷部位补焊结束后，移开外腔所有的预热火焰，同时通过工装在内腔固定布置预热管路，并根据需保持预热温度的部位，设置预热火焰的喷火孔的位置和距离，使内腔所有补焊后的各部位均保持在180-250℃的预热温度内，至直外腔缺陷补焊结束。

为便于提高焊接效率和焊接质量，所述步骤C)中，进行补焊时，采用直径为ø1.2mm的药芯焊丝CB2-Ti-FD，焊接电流为160-300A；当缺陷深度大于5mm，宽度和/或长度大于50mm

时，厚度方向采用分层补焊的方式，每层的焊接厚度为3-5mm，每层焊道的摆动宽度为40—50mm，并且焊接层间温度小于350℃。

为便于提高缺陷补焊后铸件的整体性能，所述步骤A）中检测的铸件缺陷分为体积缺陷和线性缺陷，相邻的体积缺陷去除后的边缘间距离小于20mm时，按一个缺陷去除并将缺陷之间材料整体挖除，以便于整体补焊处理。

本发明的高耐热合金钢铸件缺陷的返修方法通过对缺陷部件的焊前处理、焊接预热、焊接、焊接后热、焊后热处理,具有如下有益效果: 1)相比传统的以焊条修补焊接为主，本工艺采用药芯焊丝进行焊接，在保证焊接质量的基础上，焊接效率可以提高50%以上；2)通过对焊前、焊接和焊后工艺的控制，解决了此类材料焊接过程中冲击韧性低和塑性差的问题。焊接过程中焊缝的冷却速度、温度，焊后热处理温度影响焊缝的冲击韧性和塑性，本工艺通过控制铸件焊接前的预热温度，降低铸件在焊接过程中的冷却速度，减少了马氏体的快速产生，同时控制焊接过程中的最高层间温度≤350℃，避免焊缝在高温下停留的时间过长，而减小焊缝的晶粒长大和碳化物的析出，焊后热处理工艺确保了铸件最终焊缝中可以得到稳定的回火马氏体组织和细小弥散的碳化物，提升了铸件的冲击韧性和塑性；3)焊接完成后采用整体焊后热处理的方式，有效的控制了焊接过程中应力的残余与积累，减少焊接裂纹的产生；4)通过焊接工艺的设计和控制，提高了铸件的焊补合格率，降低补焊返修次数。

具体实施方式

下面以具体实施例详细说明本发明。

一种高耐热合金钢铸件缺陷的返修方法，包括如下过程：A）通过无损探伤检测装置检测铸件的铸造缺陷，并分类标识缺陷的位置和大小，然后按标识采用气刨去除铸造缺陷部位，直至无损检测合格为止；另外，进行铸件缺陷检测时按缺陷的特点分为体积缺陷和线性缺陷，其中体积缺陷主要为砂眼、疏松等缺陷，线性缺陷主要指裂纹类缺陷，相邻的体积缺陷去除后的边缘间距离小于20mm时，按一个缺陷去除并将缺陷之间材料整体挖除，以便于整体补焊处理；B)对铸件待补焊的缺陷部位及周围200mm的范围进行火焰预热，使焊前焊接部位的预热温度达到180-250℃；C)当补焊部位达到预热温度后开始焊接，焊接时，采用直径为ø1.2mm的药芯焊丝CB2-Ti-FD，焊接电流为160-300A；当缺陷深度大于5mm，宽度和/或长度大于50mm时，厚度方向采用分层补焊的方式，每层的焊接厚度为3-5mm，每层焊道的摆动宽度为40—50mm，焊接时层间温度应小于350℃，同时，在焊接过程中适时监控缺陷部位的预热温度；D）重复Ｂ）步和Ｃ）步的操作逐一预热和补焊铸件所有的缺陷部位；E）将全部补焊后铸件整体移入热处理炉中升温至350℃±20℃进行后热处理以去除焊缝中的H₂，并且保温T1小时，保温时间T1=H1/25mm,H1为所述的补焊部位中最深的焊缝深度，单位mm，然后炉冷至100℃—120℃，再保温1—2h，之后再将铸件整体进行焊后热处理，焊后热处理时以40-60℃/h的升温速度，升温至710℃-730℃，保温T2小时进行过程消应力， 保温时间T2＝Ｈ2/25mm，Ｈ2为铸件的最大壁厚，单位为mm，保温结束后将铸件以50—70℃/h 的降温速度降至室温进行无损探伤检测；F）所述E步中铸件无损探伤检测合格的再次进热处理炉以40-60℃/h升温速度升至730℃—750℃，保温T2小时，然后以50—70℃/h 的降温速度炉内降至室温，如果铸件无损探伤检测不合格，返回步骤Ａ）重新进行缺陷去除补焊处理。

为便于缺陷补焊过程中预热工艺的控制，步骤C）和D）步，各缺陷部位进行预热补焊时，按照缺陷位置从内腔向外腔，缺陷深度从深到浅的顺序逐一进行，并且通过工装固定预热火焰以保持补焊后的该部位仍保持设定的预热温度直至内腔所有的缺陷全部补焊结束。本发明的预热顺序设计可以缩短首个缺陷部位预热补焊后，后续部位的预热时间，提高效率，并节省预热能耗。

为便于补焊前后，补焊部位温度的控制，本发明的步骤B）和C）中预热铸件内腔部位的缺陷时，从缺陷对应的外壁外侧对铸件内腔缺陷部位进行单点预热，当内腔的补焊部位达到预热温度后进行补焊操作；内腔所有的缺陷部位补焊结束后，移开外腔所有的预热火焰，同时通过工装在内腔固定布置预热管路，并根据需保持预热温度的部位，设置预热火焰的喷火孔的位置和距离，使内腔所有补焊后的各部位均保持在180-250℃的预热温度内，直至外腔缺陷补焊结束。

本发明的高耐热合金钢铸件缺陷的返修方法通过对缺陷部件的焊接前处理、焊接预热、焊接、焊接后热、焊后热处理,具有如下有益效果: 1)相比传统的以焊条修补焊接为主，本工艺采用药芯焊丝进行焊接，在保证焊接质量的基础上，焊接效率可以提高50%以上；2)通过对焊前、焊接和焊后工艺的控制，解决了此类材料焊接过程中冲击韧性低和塑性差的问题3)焊接完成后采用整体焊后热处理的方式，有效的控制了焊接过程中应力的残余与积累，减少焊接裂纹的产生；4)通过焊接工艺的设计和控制，提高了铸件的焊补合格率，降低补焊返修次数，经统计，本发明的方法进行铸件缺陷补返修首次焊补合格率平均85.5%，并且补焊返修的次数名显减少。

Claims (5)

1.一种高耐热合金钢铸件缺陷的返修方法，包括如下过程：A）通过无损探伤检测装置检测铸件的铸造缺陷，并分类标识缺陷的位置和大小，然后按标识去除铸造缺陷，直至无损检测合格为止；B)对铸件待补焊的缺陷部位及周围200mm的范围进行火焰预热，使焊前焊接部位的预热温度达到180-250℃；C)当补焊部位达到预热温度后开始焊接，并且在焊接过程中适时监控缺陷部位的预热温度；D）重复Ｂ）步和Ｃ）步的操作逐一预热和补焊铸件所有的缺陷部位；E）将全部补焊后铸件整体移入热处理炉中升温至350℃±20℃进行后热处理，并保温T1小时，保温时间T1=H1/25mm,H1为最深的焊缝深度，单位mm，然后炉冷至100℃—120℃，再保温1—2h，然后将铸件整体进行焊后热处理，所述焊后热处理时以40-60℃/h的升温速度，升温至710℃-730℃，保温T2小时进行过程消应力， 保温时间T2＝Ｈ2/25mm，Ｈ2为铸件的最大壁厚，单位为mm，保温结束后将铸件以50—70℃/h 的降温速度降至室温进行无损探伤检测；F）所述E）步中铸件无损探伤检测合格的再次进热处理炉以40-60℃/h升温速度升至730℃—750℃，保温T2小时，然后以50—70℃/h 的降温速度炉内降至室温，如果铸件无损探伤检测不合格，返回步骤Ａ）重新进行缺陷去除补焊处理。

2.根据权利要求1所述的高耐热合金钢铸件缺陷的返修方法，其特征在于，所述D）步中，各缺陷部位进行预热补焊时，按照缺陷位置从内腔向外腔，缺陷深度从深到浅的顺序逐一进行，并且通过工装固定预热火焰以保持补焊后的该部位仍保持设定的预热温度直至内腔所有的缺陷全部补焊结束。

3.根据权利要求2所述的高耐热合金钢铸件缺陷的返修方法，其特征在于，所述步骤B）中预热铸件内腔部位的缺陷时，从缺陷对应的外壁外侧对铸件内腔缺陷部位进行单点预热，当内腔的补焊部位达到预热温度后进行补焊操作；内腔所有的缺陷部位补焊结束后，移开外腔所有的预热火焰，同时通过工装在内腔固定布置预热管路，并根据需保持预热温度的部位，设置预热火焰的喷火孔的位置和距离，使内腔所有补焊后的各部位均保持在180-250℃的预热温度内，直至外腔缺陷补焊结束。

4.根据权利要求2所述的高耐热合金钢铸件缺陷的返修方法，其特征在于，所述步骤C)中，进行补焊时，采用直径为的药芯焊丝CB2-Ti-FD，焊接电流为160-300A；当缺陷深度大于5mm，宽度和/或长度大于50mm

时，厚度方向采用分层补焊的方式，每层的焊接厚度为3-5mm，每层焊道的摆动宽度为40—50mm，并且焊接层间温度小于350℃。

5.根据权利要求1所述的高耐热合金钢铸件缺陷的返修方法，其特征在于，所述步骤A）中检测的铸件缺陷分为体积缺陷和线性缺陷，相邻的体积缺陷去除后的边缘间距离小于20mm时，按一个缺陷去除并将缺陷之间材料整体挖除，以便于整体补焊处理。