缸体裂纹（精选3篇）
缸体裂纹 篇1
液压机主缸缸体材质为20Mn Mo Nb,焊接消除应力退火后,一件导向块1 与缸体连接处开裂后已修复完成,另三件导向块相关位置相继开裂。经过打止裂孔和加工裂纹后,发现导向块2、3、4 与缸体连接处的母材上均已出现沿与径向呈45°方向的通长裂纹。部分开裂严重导向块周边的三边均存在裂纹,如图1 所示。
1 修复方案选择
新制造一个缸体需耗时数月且费用高,影响交货周期,因此只能考虑修复。焊接修复是传统修复方式,易操作,耗时短(不到一个月),费用低。最终决定采用焊接方式对裂纹进行修复。
2 修复工艺
2.1 缺陷清理
先对裂纹缺陷处通过加工办法进行局部清除。在此基础上,由焊接人员采用碳弧气刨的方法进行进一步清除,焊接区域坡口示意图如图2 所示,坡口最大深度约230mm,开口宽度最大约90mm。必要时将干涉的筋板去除,去除筋板后及时使用临时拉撑固定。
采用碳弧气刨清理缺陷前,先将缸体架起,采用火焰加热方法先从内部加热修复区域,至温度≥200℃后再增加外部火焰加热,至温度250℃~300℃。要求三个导向块在返修过程中始终达到温度要求;使用碳弧气刨清除三个导向块的裂纹时顺序应尽量跳开。裂纹清除完成后包裹石棉布保温。将返修区域母材缺陷表面进行无裂检查。在此过程中,操作者先清除至无裂纹后通知质量监督员进行核实,然后再检验确认。检查时采用肉眼和放大镜进行观察,然后用气割枪火焰对待查区域进行烘烤,目测有无细微裂纹。确认无缺陷后,用砂轮将待焊区域打磨出金属光泽,去除渗碳层,消除焊接死角。无法打磨区域采用风铲将氧化皮和挂渣等全部清理干净。
2.2 焊接
2.2.1 预热
采用氧丙烷火焰,对缸体内外侧进行均匀加热,使其整体温度不低于200℃,同时重点加热修复区域(含坡口两侧各100mm)至230℃~250℃,缸体周边采用石棉布包裹保温。
2.2.2 焊接材料及焊接规范
打底:混合气体保护焊E71-T5 Φ1.2 I=180~200A U=26~28V,混合气为20%CO2+80%Ar,气体流量:15~20 L/min。
填充及盖面:混合气体保护焊E71-T5 Φ1.2,I=220~240A U=28~30V,气体流量:15~20 L/min。
气保焊无法施焊的区域采用J507 焊条进行手工电弧焊接,Ø4.0,I=120~150A,焊条使用前必须经350℃烘焙1h,并放入保温筒,随用随取。使用焊条焊接部位必须做好记录。
2.2.3 焊接方式和操作方法
焊接时首先对坡口狭窄处采用手工电弧焊进行打底和填充,然后用气保焊将坡口两侧母材进行过渡施焊,使其尽量呈有规则的“U”型,最后再进行合口焊接。焊接采用小规范,短弧操作,采用断续退焊的方法,多层多道焊,每道焊缝的引弧和收弧错开,不得小于30mm,收弧时要填满弧坑。及时检查焊缝外观,发现缺陷要及时清除缺陷后再继续焊接。坡口填充完成后,其两端面采用碳弧气刨的方式进行清除后补焊。控制层间温度≥200℃,层道锤击,锤击后使焊缝出现麻点效果。
焊接过程中,每班由带班人员负责,详细填写好实时温度情况、每层的焊接方法(气保焊和手工焊)、焊接规范(电流I、电压U、气流量)、焊缝锤击情况、焊缝质量情况。同时交接班时需对记录签字确认,质量监督员随时抽查。
所有返修坡口整体填充至总坡口深度1/3 时,检查外观,合格后石棉布包裹。
2.2.4 后热处理
加热区域同预热区域,温度≥350℃,保温6h,进行后热消氢处理。
2.2.5 退火
继续焊接,填充坡口总深度2/3 (约距盖面50mm~60mm深),进行中间炉内退火,退火曲线如图3 所示。
2.2.6 填充和盖面
退火完成后250℃出炉,进行剩余焊缝的填充和盖面。盖面完成后的加强焊缝全部打磨圆弧过渡。
2.2.7 进行二次退火
热处理工艺同上。
3 修复检查
焊缝交检,进行表面磁粉探伤(按照EN1291-2002 标准)和超声波探伤(按照EN1714-2002 标准)检查,判定缸体导向块修复后为合格件,符合图纸技术要求。
4 结论
在现场经过一年的使用,设备运转正常,性能完好,采用焊接方式在短时间内成功修复,节约成本,较好地解决了生产实际问题,是较经济的处理方式。
参考文献
[1]陈保国.焊接技术[M].北京:化学工业出版社,2007.
[2]薛松柏,栗卓新,朱颖,等.焊接材料手册[M].北京:机械工业出版社,2006.
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[4]殷树言.气体保护焊工艺基础[M].北京:机械工业出版社,2007.
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[7]张丽生,程晓燕,冯素英.焊接应力和变形的分析与探讨[J].现代焊接,2010,(3).
[8]王晋生.30MN水压机柱塞拉伤表面补焊新工艺[J].锻压装备与制造技术,2011,46(5).
[9]窦宝东,田晨光.压力机飞轮主轴的一种修复方法--堆焊法[J].锻压装备与制造技术,2012,47(6).
缸体裂纹 篇2
1 缺陷情况
裂纹位置位于进汽接管趾部并沿趾部呈环状连续分布, 裂纹存在两处, 东侧裂纹长156 mm, 裂纹最宽处4.5 mm, 深度50 mm, 经过表面处理后进行着色渗透检测, 裂纹两端各向前均有延伸, 延伸长度约12 mm;西侧裂纹长约245 mm, 裂纹最宽处7.0 mm, 深度超过50mm。经表面检测, 裂纹向两端均有延伸, 延伸长度约15mm。裂纹位置处于4个接管座之间, 空间刚够一个人作业, 在使用角磨机清理时有一定困难。
2 裂纹的清除
清理裂纹之前在距裂纹尖端10 mm处钻Ф8止裂孔。止裂孔钻至20 mm深后, 先使用碳弧气刨将裂纹及其周围的母材和原焊缝金属刨掉, 使用碳弧气刨时, 作业人员必须按照安全操作规程佩戴安全帽、安全带、防护眼镜及口罩, 周围应采取防火措施。碳弧气刨将裂纹清理区加工为底部呈U形的规则区域后, 使用角磨砂轮和内磨砂轮清理表面的碳化组织和不规则部位, 清理至全部露出金属光泽且壁面光滑后, 使用着色渗透进行检测。若裂纹仍然存在, 将止裂孔再加深到30 mm深, 用气刨刨开20 mm左右后进行观察或渗透探伤。根据检查结果依次进行, 保持每次钻孔深度比刨开深度深10 mm, 直至将裂纹清理干净为止。气刨电源必须采用500 A以上直流或硅整流电源, 刨开区周围温度保持在200℃以下。确认裂纹清除彻底后, 使用电动工具将渗碳层全部清理干净露出金属色泽, 并对刨开区域进行修磨, 消除凹坑。修磨完毕之后再做一次渗透检测, 确认无裂纹存在后, 方可认为裂纹清理彻底。
3 修复工艺
3.1 修复方法
由于该设备裂纹区属于结构不连续位置, 清理后的区域形状极不规则, 预热及焊后热处理不易实施, 为此采用焊接过程无相变的奥氏体焊材进行冷焊修补方法。
3.2 焊接工艺
焊接方法:手工焊条电弧焊, 小电流, 短电弧快速窄道焊, 不作摆动。焊接设备:直流焊机。焊接材料:打底层选用φ2.5或φ3.2 A507焊条, 覆盖填充选用φ3.2 A407焊条;焊前将焊材烘干 (温度250℃, 保温1 h) 。烘干后的焊材使用保温筒携带至现场, 使用过程中, 每开盖一次, 用红外测温仪测试桶内温度一次, 以保证焊材符合要求。
(1) 打底层电流选用90 A, 焊接前将母材预热至200℃, 焊接过程中补焊区周围20 mm内区域不得低于200℃。打底层焊接应连续施焊, 焊道应排列整齐, 焊道之间保持1/3的覆盖量, 打底层与坡口边缘圆滑过渡, 打底层厚度应在3～4 mm, 焊接顺序为自底部往上, 焊接方向沿裂纹方向。全部打底层焊接完毕后立即将保温岩棉填充进焊接区域, 并填充接管座周围30 cm区域, 进行保温缓冷。待焊接区冷却至室温后使用内磨砂轮进行外表面修磨, 内壁及周围20 mm内区域表面修磨光滑后, 使用渗透剂进行渗透检测, 除观察大底层情况外, 还要注意观察坡口周围区域是否有裂纹。
(2) 待打底层及周围区域检测合格后, 开始使用A407焊条进行填充, 填充层电流范围应保持在90～110 A之间, 焊接过程要尽量均匀, 避免断弧和焊条粘结现象。填充时采用多层多道断续焊, 每道焊完后, 待焊接区冷却至50℃以下再进行下一道焊接。焊接过程中应认真清理药皮并注意认真细致观察焊接位置是否产生热裂纹, 在有疑问的情况下可进行渗透检测。
3.3 注意事项
(1) 焊接过程要防止高温停留时间过长和接头过热, 收弧时应添满弧坑, 不得在母材上熄弧。端部起弧时应将起弧点向上延伸15～20 mm。
(2) 避免在一处集中焊接, 焊接时可采用逆向交替施焊或跳跃焊道施焊, 并避免咬边。
(3) 层间清渣必须彻底, 焊道要均匀, 纹理要清晰。尤其是在底部, 位置相对狭小, 观察不便, 在焊接时更应谨慎, 观察更应仔细。
4 焊后处理及检查
焊后仔细清除熔渣、焊瘤和飞溅物, 并将焊缝余高磨平, 清理过程要注意安全, 清理过程中焊工必须按照要求佩戴专业防护装置。为了控制冷却温度, 清理的时间要尽量短。清理彻底后, 可以使用保温岩棉或石棉材料将补焊区两侧300 mm范围内包裹起来, 包裹要尽量紧凑并保持保温材料的特性。缓慢冷却24 h后, 按顺序拆开保温材料, 并细致清理锈蚀及其他污物, 清理出金属光泽之后使用磁粉探伤仪进行表面检测。为了保证检测结果的精确, 检测测范围为焊缝及周围30 mm内区域, 检测过程中应有序推进, 每次检测区域要求有30%的重叠区。观察过程中, 可使用手电等照明器材。
5 修复后设备状况
该机组自2008年11月8日修复后, 于2009年2月7日投入试运行, 至今已经先后启动7次, 最长运行时间90 d, 最短运行时间38 d, 期间多次进行检查, 修补部位未再次发现裂纹, 修补工艺合理, 焊接质量优良。
参考文献
[1]李亚江.特殊及难焊材料的焊接[M].化学工业出版社, 2004.
缸体裂纹 篇3
关键词：汽缸,裂纹,冷焊,异质冷焊
1 前言
哈尔滨热电有限责任公司300MW 8号机组于2006年投入运行, 高压缸进汽工作温度为537℃, 工作压力为16.7MPa, 汽缸体材质为ZG15Cr1Mo1V。2007年进行检查性大修。在大修中, 发现中压缸上缸第二级隔板和第三级隔板之间有一裂纹, 裂纹在汽缸最顶部, 离第二级隔板定位卡销20mm处呈半圆对称分布, 如图1所示。裂纹总长150mm, 裂深20mm, 裂纹端部A、c点离汽缸平面750mm。
2 汽缸裂纹产生原因分析
通过对汽缸体材质性能、结构特点、工况及运行方式的分析, 我们认为裂纹的产生有以下几个原因:
2.1 由于汽缸体壁较厚、铸造性能比较差, 在对裂纹清理过程中发
现裂纹表面和内部存在许多直径大小不一, 面积不等的铸造疏松组织、气孔和夹渣并成蜂窝状, 从裂纹的位置与分布可以确定, 这些缺陷正是裂纹的起裂源。
2.2 裂纹起源于缸体变径处, 且壁厚变化大。
设备在启停过程中, 产生的热应力较大, 此处的应力集中也较大。
3 修复过程中存在的主要问题
在对高压缸体检查过程中, 除发现此段裂纹较为严重外, 未发现其它龟裂或大面积材质腐蚀老化损伤, 所以采用焊接修复在技术上是可行的, 经济上是合理的。但在制定焊接修复工艺时需要解决下列问题:
3.1 焊接变形
由于缸体和隔板套配合尺寸有严格的要求, 因现场条件所限不可能进行机械加工, 因此焊接变形必需控制在合理的尺寸之内, 该钢的常规焊法需进行焊前预热及焊后热处理, 缸体这样庞大的铸件在现场进行焊前预热及焊后热处理也是不可能做到的, 只有采用奥氏体焊材异质冷焊法。
3.2 材质的冷裂倾向及焊接性
ZG15Cr1Mo1V为珠光体低合金热强铸钢, 综合性能较好, 可在570℃范围长期工作。但该钢的铸造性能、焊接性能较差, 焊接时容易产生裂纹。其化学成分见表1 (数据来原于GB5301)
由碳当量可以看出, 其热影响区的淬硬和冷裂倾向非常大, 如果焊接区域壁厚即使采用焊前预热, 焊后冷却速度也会很大;焊缝所受拘束度和焊接残余应力大等, 都加剧了焊缝热影响区的冷裂倾向。氢对焊缝及热影响区危害也较大, 由于打磨后整个焊缝坡口长度达到200mm, 深度最大达到25mm、宽度最大达30mm;根据焊条消耗量公式m=ALρ可见金属填充量是比较多的, 即使采用低氢型焊条, 随着填充金属量的增加, 热影响区扩散氢的含量也会逐见提高, 导致冷裂倾向增大。由化学成分、扩散氢影响, 决定了其材质可焊性是比较差的。
3.3 焊缝稀释及碳扩散的影响
奥氏体焊材异质冷焊工艺, 焊缝是由化学成分不同的填充材料和母材溶合而成。ZG15Cr1Mo1V属于低合金珠光体热强铸钢其合金含量较低, 对焊缝金属的成分有稀释冲淡作用, 使得焊缝中的奥氏体元素不足, 减少了CrNi含量, 离熔合区越近, 这种稀释冲淡作用越强烈, 在母材和奥氏体焊缝之间有可能产生马氏体组织过渡层, 从而恶化了焊接接头质量, 甚至会引起裂纹。
3.4 接头残余应力
由于ZG15Cr1Mo1V与奥氏体焊缝金属的线膨胀系数不同及奥氏体的导热性差, 焊后冷却时收缩量的差异必然导致焊缝和母材的交界处产生焊接残余应力, 这种残余应力是无法消除的, 运行过程中, 由于温度变化以及启停的热循环作用, 这种接头的界面将产生附加热应力, 随着这种热循环次数的增加, 热应力变化将引起接头的热疲劳破坏。
3.5 未焊接区产生新的裂纹
在焊缝热影响区以外没有进行焊接的区域, 缸体上还存有铸造缺陷, 如表面砂眼、疏松组织、浅表层下的气孔等, 在焊接应力作用下, 这些缺陷都可能成为新裂纹的起始源, 在运行过程中有可能扩展成宏观裂纹。
4 焊接修复工艺研究
针对焊接修复中存在的以上问题, 并减小它们的危害, 以及由于缸体结构, 对热处理限制和尽量减小焊接变形等因素, 决定采用以下焊接修复工艺:
4.1 异质冷焊+分段对称焊工艺
选用含Ni量 (25%) 较高的奥氏体不锈钢焊条作填充材料。第一层与母材接触为过渡层, 焊条采用A507, 焊前100℃低温预热, 填充层采用A107焊条, 层间温度不大于60℃, 焊缝长度每次不超过50毫米并分段对称焊接, 这种焊接方法的优点主要有以下几个方面:
含镍量高的焊缝成分允许变化范围较大, 减轻了因焊接规范不同影响焊缝稀释率从而对焊缝成分带来的影响。奥氏体材料的δ5=40%左右, ZG15Cr1Mo1V的δ5=14%左右, 焊接时焊接应力大部分发生在奥氏体焊缝上, 焊缝含Ni量高塑性好, 能降低残余应力, 同时能减少未焊区域新裂纹的产生。氢在奥氏体不锈钢中的扩散系数为2.0×10-12cm2/S左右, 在ZG15Cr1Mo1V等低合金钢中的扩散系数为6.0×10-7cm2/S左右, 而且扩散氢在奥氏体中的溶解度远大于在铁素体中的溶解度, 因此镍含量高的焊材, 能减小热影响区扩散氢含量, 从而减小冷裂倾向。选用含镍量高的A507焊条作过渡层, 在焊缝中可以抑制金属的碳扩散, 使接头在高温下运行时, 保持组织的稳定性, 提高接头的长期使用寿命。A507焊条为纯奥氏体组织, 有一定的热裂纹倾向, A107焊条为奥氏体+少量铁素体双向组织, 有助于减小焊缝金属的热裂纹。焊接过渡层时, 热影响区只受相变应力和焊接应力, 拘束应力小。由于奥氏体材料塑性、韧性较好, 焊接填充层时能松弛接头应力, 减小冷裂倾向。焊前低温预热。
5 焊接过程及工艺要点简述
5.1 焊前准备
将焊接区域的油污、氧化层、杂质清理干净至金属光泽, 整理坡口形式, 根据裂纹位置不同, 对坡口角度作了适当增减。用机械方法清除内部裂纹等缺陷, 对坡口中还未清理干净的残余缺陷, 采取钻止裂孔, 止裂孔分别处于裂纹尖端前不小于5mm, 然后进行着色检验, 确定裂纹清除彻底。采用逆变直流焊机, 反接法焊接, 焊条为A507、A107、直径Φ3.2mm。焊前350℃烘陪2小时, 装入保温筒内。
5.2 过渡层焊接
焊前低温预热100-150℃, 采用A507焊条焊敷一层与母材接触的过渡层、后焊道压先焊道的1/3、将坡口面全部覆盖、焊接电流75A-85A、焊层厚度4-5mm。采用分段对称焊、焊接顺序为:AB-CB, 交替进行。过渡层焊完后、缓冷至室温、对其表面进行清渣打磨检查、进行着色探伤, 确认无裂纹和其它焊接缺陷后再进行填充层焊接。
5.3 填充层的焊接
用A1O7焊条在过渡层上进行填充层焊接、电流80-90A。用分段对称方法进行多层多道填充焊接、焊接顺序:AB-CB。焊接过程中每焊完一道、利用小风铲锤击焊道消应力。清渣检查、确认无缺陷后继续施焊。
在实施焊接中要掌握以下工艺要点:为了减小熔合比、加工坡口角度要大一些、焊条直径要小, 在保证熔合良好的前提下, 尽量选用小的焊接电流、快速焊、焊条不摆动, 由上往下运条焊接, 收弧时应回焊一段填满弧坑。过度层可以连续施焊, 由于采用奥氏体焊条焊接, 过渡层预热温度应比同种材料焊接时略低一些, 为100-150℃。填充层每焊完一道, 待温度降到50℃或手摸不烫, 再焊下一道。消应力锤击时先锤击焊道中部, 后锤击焊道两侧, 避免重复。
6 结论
采用异质冷焊, 虽然母材与焊材的化学成分、机械性能存在本质区别, 但只要能正确分析焊接中出现的问题、制定焊接工艺、合理选用焊接材料、就能得到满足使用性能的焊接接头。修复后机组运行至今良好。结果表明该修复焊接技术工艺是可行的, 修复是成功的。
参考文献
[1]焊接工艺人员手册.上海科学技术出版社, 2000.
[2]异种难焊材料的焊接及应用.化学工业出版社, 2002.