秦山核電站320MW汽輪機靜葉片裂紋的焊接修復

趙永明等

摘要： 對秦山核電站320 MW汽輪機靜葉裂紋產(chǎn)生的原因進行了分析，從母材的材質性能、裂紋傾向、焊接拘束及應力狀態(tài)等方面，對靜葉焊接修復的可行性進行了分析，針對馬氏體不銹鋼的焊接修復特點，分析了不同的焊接修復方案，制定了合理的修復焊接工藝，著重闡述了裂紋挖補、焊前預熱、母材小熱輸入焊接、焊后熱處理及焊后PT檢查等一系列修復措施。

關鍵詞： 馬氏體不銹鋼；靜葉；焊接；修復

中圖分類號： TG442

1課題背景

秦山核電站HN310 - 54.5型320MW凝汽式汽輪機為單軸，三缸，反動式和凝汽式全速飽和蒸氣汽輪機，R14大修汽輪機開缸后的在役檢查發(fā)現(xiàn)：調門端1級下隔板A側第18個靜葉片（簡稱靜葉）葉根處存在一處長約15 mm的裂紋，由迎氣面葉片根部起裂向葉片內、外邊緣擴展，長度約為15 mm，缺陷具體情況如圖1～圖2所示。

汽輪機靜葉片的損耗也會導致動葉激振脈動的加大而導致其斷裂損壞，而且靜葉一旦其發(fā)生斷裂與動

葉發(fā)生碰撞，則會對整個機組的安全運行帶來嚴重的威脅。據(jù)美國電力研究協(xié)會（EPRI）統(tǒng)計報道，由于汽輪機葉片失效而導致的全美電廠停機所造成的直接經(jīng)濟損失大約在15.5～18.4億美元[1]。我國對100～200 MW汽輪發(fā)電機組的33次葉片事故情況的統(tǒng)計分析結果表明，平均每次葉片事故所造成的直接經(jīng)濟損失達1000萬元人民幣[2]。因此，找出本次葉片斷裂的原因，制訂合理的焊接修復方案并有效實施，對提高葉片的壽命，有著重大的現(xiàn)實意義和指導意義。

2靜葉片失效的原因分析

靜葉是汽輪機的關鍵零件，對汽輪機的安全運行至關重要，導致汽輪機靜葉失效可能有如下因素：

2.1材質的原因

秦山核電站調門端1級下隔板靜葉屬于鍛件，鍛造過程中如鋼中的含氫量較高，易產(chǎn)生白點、微裂紋等制造缺陷，這些缺陷在運行過程中就可能成為葉片裂紋的發(fā)源地。

2.2停機后維護不當及外來硬質異物擊傷

機組檢修維護過程中，由于偶然遺留的硬質異物等由蒸氣攜帶進入汽輪機的通道，打傷靜葉片。

2.3長期高溫疲勞過載

靜葉片材料工作狀態(tài)較惡劣：在較高溫度下工作同時又要承受蒸汽激振力、振動以及濕蒸汽區(qū)水滴沖蝕的作用等。在這種工況下，如果靜葉片本身存在一定的缺陷或損傷，就極易發(fā)生缺陷的擴展。

現(xiàn)場觀察該失效葉片裂紋宏觀形貌，大致分辨出裂紋走向為由迎氣面葉片根部起裂向葉片內、外邊緣擴展，判斷可能的原因為葉根部分由偶然遺留異物或外力擊傷后在工作溫度交變應力作用下，裂紋可能會擴展，因此需要采用焊接的方式進行修復。

3靜葉片補焊修復的可行性分析

3.1靜葉片材料及結構

靜葉片材料為10705BA，美國西屋公司牌號，屬12%型馬氏體不銹鋼，具有較高的室溫強度、韌性及冷變形性能，其最終熱處理后的金相組織為回火馬氏體+微量δ鐵素體，但δ鐵素體的含量不得超過5%。

低壓缸第一級靜葉片氣道為直通道，在與持環(huán)相配的頂部開有一條寬4 mm的30°斜口，用半圓塞緊條將隔板固定于持環(huán)上，而內徑采用圍帶圓鉚釘頭鉚接結構。

3.2母材焊接性分析[3]

3.2.1材料性能特點

該鋼與ASME SA268 TP410材料及GB/T8732《汽輪機葉片用鋼》中的1Cr12Mo鋼等價，其主要化學成分及力學性能見表1和表2。

3.2.2焊接冷裂紋傾向

冷裂紋的主要影響因素為鋼的成分（反映淬硬傾向）、擴散氫及拘束度。1Cr12Mo鋼的碳當量在2.5%～2.7%，從成分的角度來看，其冷裂紋敏感性相當高；研究表明，氫脆對組織狀態(tài)相當敏感，尤其對于1Cr12Mo這種高碳馬氏體鋼敏感度最大；結構拘束度較大時，該鋼幾乎具備了冷裂紋產(chǎn)生的全部必要因素，具有相當大的冷裂紋敏感性。

因此在該結構件的焊接中宜采取焊前預熱、焊后后熱，及低氫焊材以避免冷裂紋的產(chǎn)生。

3.2.3焊接熱裂紋傾向

對于1Cr12Mo鋼而言，焊接熱裂紋主要與材料中的如S、P、C、Mn的元素含量及焊接工藝有關。

S、P等雜質元素引起的雜質偏析呈膜狀分布于晶界，形成的低熔點共晶體（如FeS），擴大了凝固溫度區(qū)間的范圍，加大了焊接熱裂紋的產(chǎn)生傾向。此外，C，Ni含量的增加也會促使S的偏析，從而增加了熱裂傾向。研究表明，材料中適量的錳可以與S形成MnS，可以避免生成FeS，從而降低材料的熱裂傾向。

焊接工藝方面，熔池過熱、層間溫度過高易促使熱裂紋產(chǎn)生；此外，焊接速度過快，易增大熱裂敏感區(qū)CSZ（Crack Susceptible Zone）的寬度，增大熱裂紋傾向。

因此對于1Cr12Mo鋼的焊接，既需要控制母材及焊材中雜質S、P的含量，又需要對C、Mn、Ni等合金元素進行優(yōu)化配置，同時采用合理優(yōu)化的焊接工藝以避免熱裂紋的產(chǎn)生。

3.2.4焊接拘束及應力狀態(tài)對焊接缺陷的影響

焊接拘束及應力狀態(tài)對上述兩種1Cr12Mo鋼焊接中可能發(fā)生的裂紋形式都有很大影響。焊接拘束度大、剛度大則導致焊接殘余應力狀態(tài)較高，易導致冷裂紋的發(fā)生；焊接拘束度大還會增大焊接成形時的應變量及應變增長率，從而導致焊接熱裂紋的產(chǎn)生。

因此，合理布置焊縫、合理安排施焊順序，采用合適的工藝方法降低補焊區(qū)域的拘束應力，對1Cr12Mo鋼結構補焊修復有重要作用。

3.3靜葉片補焊焊接工藝的制定

從上述對母材的焊接性分析結果表明，1Cr12Mo鋼焊接性較差，焊接時產(chǎn)生冷、熱裂紋的敏感性較高，必須針對汽輪機靜葉片的結構及消除缺陷后坡口的結構特點、靜葉片材料化學成分及力學性能的特點，選擇合理的焊接材料及焊接方法，制訂合理的現(xiàn)場施焊工藝。

對于1Cr12Mo馬氏體耐熱鋼的補焊，常用工藝有二種：

（1）選用同質焊接材料。即采用與葉片材料同質的1Cr12Mo鋼焊接材料，為防止冷裂紋需預熱到200～450℃，且補焊后需要進行高溫回火熱處理，回火溫度為680～720℃，該方法適用于較大厚度構件的焊接修復，其優(yōu)點主要為同質材料的接頭其結合性更好、補焊接頭的理化性能較高。

（2）選用鎳基或奧氏體焊接材料。即采用鎳基合金焊材或奧氏體鋼焊材作為焊接材料，該種焊接方法低溫預熱100～150℃即可，且焊后只進行200～400℃后熱或包扎緩冷即可，對于堆敷量較小的堆焊，可采用這種方法進行焊接。

（3）三種葉片補焊推薦焊接材料的預熱和熱處理規(guī)范如表3所示。

3.4靜葉片補焊工藝的最終確定

3.4.1焊接材料及焊接方法的確定

綜合考慮靜葉片的結構因素及現(xiàn)場的施工條件：雖然采用同質材料的接頭強度較高，但其技術要求亦較高，即在現(xiàn)場為了避免冷裂紋需要高溫預熱，為了使焊縫區(qū)域淬硬的馬氏體轉變?yōu)楦唔g性的回火馬氏體，焊后需先使結構整體冷至120℃以下保溫一段時間完成馬氏體轉變，再進行（700±20）℃，保溫0.5 h的焊接熱處理，這對人員及設備都有著較高要求，以現(xiàn)場的氧乙炔火焰加熱方式，實現(xiàn)這樣的熱處理工藝難度相當大，且難以控制，因此可控性不好，且因靜葉片補焊量較?。鸭y挖補后其坡口最深處僅7 mm），因此該方法未被采納。

反之，采用鎳基、奧氏體焊接材料針對補焊量較小的焊接結構非常有效，且其對預熱及熱處理的要求都不高，因此該方法被確定為最終的補焊方法。因鎳基合金焊縫中的Ni含量較高，會促使S偏析，從而形成低熔點共晶物Ni+NiS，其熔點僅為650℃，從而增大熱裂傾向[3]，奧氏體鋼焊材雖然也有一定的熱裂紋傾向，但其低于鎳基材料，且從元素含量上看，其與1Cr12Mo鋼亦更為接近，因此選用奧氏體鋼焊接材料E309-15（SH A302），2.5mm，作為施焊材料。關于三種不同焊接材料形成接頭難度的具體比較詳見表4。

在焊接方法的選擇上，靜葉片補焊主要有兩種：即焊條電弧焊（SMAW）和鎢極惰性氣體保護焊（GTAW）。因葉片處的位置較為復雜，且結合修復實施單位的工藝評定，現(xiàn)場采用焊條電弧焊作為補焊修復的焊接方法。

3.4.2焊接工藝參數(shù)的確定

最終確認選擇采用奧氏體鋼焊材作為焊接材料，該種焊接方法低溫預熱至150℃，且焊后只進行250℃后熱、包扎緩冷。施焊的具體焊接工藝參數(shù)見表5。

4.1母材確認及焊材復驗

母材由廠家確認為10705BA（1Cr12Mo），且提供了相關材質證明資料。

對焊材進行了質量復檢，按照AWS A5.4《手工電弧焊用不銹鋼焊條標準》堆焊試塊，采用美國Nition XL2型合金分析儀進行了化學成分分析，半定量確認各元素質量百分含量為Mo 0.12%，Nb 0.04%，Ni 12.05%，F(xiàn)e62.80%，Mn 1.80%，Cr22.51%，因此確認該材質為E309-15。

4.2缺陷清除及坡口制備

（1）清除缺陷選用機械方式，采用氣動打磨刀具進行清理；

（2）裂紋清除后進行復驗，邊打磨邊確認，直至確認缺陷已徹底清除。

（3）在多次打磨及PT探傷之后，最終挖除深度為7 mm。

（4）坡口制備以減少焊接填充金屬量，降低焊接應力和變形，避免產(chǎn)生焊接缺陷，便于焊接操作為原則，坡口為圓滑過渡，最終尺寸為30 mm×10 mm×7 mm

（5）坡口處15～20 mm范圍內用不銹鋼鋼絲刷等工具打磨出金屬光澤，去除水、鐵銹、油污等污物，并用丙酮擦洗清理干凈。

（6）打磨時，用特制膠布保護好該葉片其他位置及周邊葉片，防止碰傷。

4.3焊前預熱

焊前預熱采用氧乙炔火焰加熱方法。焰心距葉片表面大于10 mm，并盡可能使葉片不同部位溫度保持均勻，預熱范圍為坡口兩側各50～80mm ，低溫預熱到180 ℃后包扎保溫棉緩慢冷卻至150℃，過程中采用紅外測溫儀確認溫度。

4.3.1層間溫度

焊接修復過程中，層間溫度不得低于預熱溫度下限且不高于制訂工藝的最高層間溫度，即控制在150～200 ℃：當?shù)陀陬A熱溫度下限時停止施焊，重新加熱到要求的層間溫度后繼續(xù)施焊；層間溫度的上限超過200℃時，待焊道溫度冷卻至200 ℃以下時再進行焊接操作。

4.3.2焊接修復操作

（1） 焊前應認真用丙酮清除葉片坡口及其周圍的油污、水、銹及灰塵等雜質；

（2） 焊接材料選用直徑25 mm焊條，采用SMAW焊接方法，采用小熱輸入量多層多道焊接，焊層厚度應不大于焊接材料直徑，焊道寬度不超過焊接材料直徑的3倍；焊接時焊條擺動幅度要小，焊道兩側停留稍長時間，以利氣孔和焊渣的浮出，收弧時注意填充滿弧坑，以免產(chǎn)生弧坑裂紋；

（3） 焊道呈凸起狀，防止熱裂紋的產(chǎn)生；

（4） 補焊修復過程每一焊道完畢后，及時檢查焊層（道）表面，清理可能出現(xiàn)的裂紋、氣孔、咬邊、凹陷等缺陷，采用專用工具對焊道進行清理后方可進行下一道焊層的施焊；

4.5補焊焊縫的修磨、成形

補焊及焊后熱處理完成后，采用氣動打磨刀具，對補焊靜葉焊縫整體進行修磨，一是打磨掉可能存在的焊接缺陷，二是使之圓滑過渡，避免應力集中，三是使葉片恢復焊前的形狀，保持結構原貌。

5焊后無損檢驗

葉片補焊并焊后熱處理、冷卻、修磨后12 h，對該補焊葉片進行了滲透檢驗，檢驗結果如下：對04廠房1#低壓缸調端下1級第18片靜葉片補焊處進行100%液體滲透檢測，未發(fā)現(xiàn)記錄性缺陷顯示。依據(jù)執(zhí)行程序，評定為合格。

6結論及意義

（1）對秦山核電站320MW汽輪機靜葉裂紋進行原因分析，分析結果表明，裂紋產(chǎn)生在葉片的根部，由于高溫應力集中等原因向兩側擴展，因此需要對葉片進行焊接修復。

（2）現(xiàn)場成功實施了包括裂紋挖除、預熱、補焊、焊后熱處理、焊后修磨等焊接操作。無損檢驗結果表明采用此種焊接修復工藝方法是可行的。

（3）靜葉片材料為10705BA（1Cr12Mo），該類馬氏體不銹鋼不僅用于靜葉材料、也大量用于汽輪機動葉及汽機的其它結構部件中，借鑒馬氏體不銹鋼局部裂紋缺陷的修復方案具有一定的現(xiàn)實意義。

參考文獻

[1]吳宇坤，周敬恩. 汽輪機葉片常見失效方式及現(xiàn)狀研究. 汽輪機技術， 1995， 37（6）： 362-367.

[2]祝曉燕，王彥惠. 汽輪機葉片疲勞壽命與故障診斷研究的發(fā)展及現(xiàn)狀，電力科學與工程，2000（2）：11-14

[3]陳伯蠡. 焊接工程缺欠分析與對策（第2版）. 北京： 機械工業(yè)出版社， 2006： 58-121.

對于1Cr12Mo馬氏體耐熱鋼的補焊，常用工藝有二種：

（1）選用同質焊接材料。即采用與葉片材料同質的1Cr12Mo鋼焊接材料，為防止冷裂紋需預熱到200～450℃，且補焊后需要進行高溫回火熱處理，回火溫度為680～720℃，該方法適用于較大厚度構件的焊接修復，其優(yōu)點主要為同質材料的接頭其結合性更好、補焊接頭的理化性能較高。

（2）選用鎳基或奧氏體焊接材料。即采用鎳基合金焊材或奧氏體鋼焊材作為焊接材料，該種焊接方法低溫預熱100～150℃即可，且焊后只進行200～400℃后熱或包扎緩冷即可，對于堆敷量較小的堆焊，可采用這種方法進行焊接。

（3）三種葉片補焊推薦焊接材料的預熱和熱處理規(guī)范如表3所示。

3.4靜葉片補焊工藝的最終確定

3.4.1焊接材料及焊接方法的確定

綜合考慮靜葉片的結構因素及現(xiàn)場的施工條件：雖然采用同質材料的接頭強度較高，但其技術要求亦較高，即在現(xiàn)場為了避免冷裂紋需要高溫預熱，為了使焊縫區(qū)域淬硬的馬氏體轉變?yōu)楦唔g性的回火馬氏體，焊后需先使結構整體冷至120℃以下保溫一段時間完成馬氏體轉變，再進行（700±20）℃，保溫0.5 h的焊接熱處理，這對人員及設備都有著較高要求，以現(xiàn)場的氧乙炔火焰加熱方式，實現(xiàn)這樣的熱處理工藝難度相當大，且難以控制，因此可控性不好，且因靜葉片補焊量較?。鸭y挖補后其坡口最深處僅7 mm），因此該方法未被采納。

反之，采用鎳基、奧氏體焊接材料針對補焊量較小的焊接結構非常有效，且其對預熱及熱處理的要求都不高，因此該方法被確定為最終的補焊方法。因鎳基合金焊縫中的Ni含量較高，會促使S偏析，從而形成低熔點共晶物Ni+NiS，其熔點僅為650℃，從而增大熱裂傾向[3]，奧氏體鋼焊材雖然也有一定的熱裂紋傾向，但其低于鎳基材料，且從元素含量上看，其與1Cr12Mo鋼亦更為接近，因此選用奧氏體鋼焊接材料E309-15（SH A302），2.5mm，作為施焊材料。關于三種不同焊接材料形成接頭難度的具體比較詳見表4。

在焊接方法的選擇上，靜葉片補焊主要有兩種：即焊條電弧焊（SMAW）和鎢極惰性氣體保護焊（GTAW）。因葉片處的位置較為復雜，且結合修復實施單位的工藝評定，現(xiàn)場采用焊條電弧焊作為補焊修復的焊接方法。

3.4.2焊接工藝參數(shù)的確定

最終確認選擇采用奧氏體鋼焊材作為焊接材料，該種焊接方法低溫預熱至150℃，且焊后只進行250℃后熱、包扎緩冷。施焊的具體焊接工藝參數(shù)見表5。

4.1母材確認及焊材復驗

母材由廠家確認為10705BA（1Cr12Mo），且提供了相關材質證明資料。

對焊材進行了質量復檢，按照AWS A5.4《手工電弧焊用不銹鋼焊條標準》堆焊試塊，采用美國Nition XL2型合金分析儀進行了化學成分分析，半定量確認各元素質量百分含量為Mo 0.12%，Nb 0.04%，Ni 12.05%，F(xiàn)e62.80%，Mn 1.80%，Cr22.51%，因此確認該材質為E309-15。

4.2缺陷清除及坡口制備

（1）清除缺陷選用機械方式，采用氣動打磨刀具進行清理；

（2）裂紋清除后進行復驗，邊打磨邊確認，直至確認缺陷已徹底清除。

（3）在多次打磨及PT探傷之后，最終挖除深度為7 mm。

（4）坡口制備以減少焊接填充金屬量，降低焊接應力和變形，避免產(chǎn)生焊接缺陷，便于焊接操作為原則，坡口為圓滑過渡，最終尺寸為30 mm×10 mm×7 mm

（5）坡口處15～20 mm范圍內用不銹鋼鋼絲刷等工具打磨出金屬光澤，去除水、鐵銹、油污等污物，并用丙酮擦洗清理干凈。

（6）打磨時，用特制膠布保護好該葉片其他位置及周邊葉片，防止碰傷。

4.3焊前預熱

焊前預熱采用氧乙炔火焰加熱方法。焰心距葉片表面大于10 mm，并盡可能使葉片不同部位溫度保持均勻，預熱范圍為坡口兩側各50～80mm ，低溫預熱到180 ℃后包扎保溫棉緩慢冷卻至150℃，過程中采用紅外測溫儀確認溫度。

4.3.1層間溫度

焊接修復過程中，層間溫度不得低于預熱溫度下限且不高于制訂工藝的最高層間溫度，即控制在150～200 ℃：當?shù)陀陬A熱溫度下限時停止施焊，重新加熱到要求的層間溫度后繼續(xù)施焊；層間溫度的上限超過200℃時，待焊道溫度冷卻至200 ℃以下時再進行焊接操作。

4.3.2焊接修復操作

（1） 焊前應認真用丙酮清除葉片坡口及其周圍的油污、水、銹及灰塵等雜質；

（2） 焊接材料選用直徑25 mm焊條，采用SMAW焊接方法，采用小熱輸入量多層多道焊接，焊層厚度應不大于焊接材料直徑，焊道寬度不超過焊接材料直徑的3倍；焊接時焊條擺動幅度要小，焊道兩側停留稍長時間，以利氣孔和焊渣的浮出，收弧時注意填充滿弧坑，以免產(chǎn)生弧坑裂紋；

（3） 焊道呈凸起狀，防止熱裂紋的產(chǎn)生；

（4） 補焊修復過程每一焊道完畢后，及時檢查焊層（道）表面，清理可能出現(xiàn)的裂紋、氣孔、咬邊、凹陷等缺陷，采用專用工具對焊道進行清理后方可進行下一道焊層的施焊；

4.5補焊焊縫的修磨、成形

補焊及焊后熱處理完成后，采用氣動打磨刀具，對補焊靜葉焊縫整體進行修磨，一是打磨掉可能存在的焊接缺陷，二是使之圓滑過渡，避免應力集中，三是使葉片恢復焊前的形狀，保持結構原貌。

5焊后無損檢驗

葉片補焊并焊后熱處理、冷卻、修磨后12 h，對該補焊葉片進行了滲透檢驗，檢驗結果如下：對04廠房1#低壓缸調端下1級第18片靜葉片補焊處進行100%液體滲透檢測，未發(fā)現(xiàn)記錄性缺陷顯示。依據(jù)執(zhí)行程序，評定為合格。

6結論及意義

（1）對秦山核電站320MW汽輪機靜葉裂紋進行原因分析，分析結果表明，裂紋產(chǎn)生在葉片的根部，由于高溫應力集中等原因向兩側擴展，因此需要對葉片進行焊接修復。

（2）現(xiàn)場成功實施了包括裂紋挖除、預熱、補焊、焊后熱處理、焊后修磨等焊接操作。無損檢驗結果表明采用此種焊接修復工藝方法是可行的。

（3）靜葉片材料為10705BA（1Cr12Mo），該類馬氏體不銹鋼不僅用于靜葉材料、也大量用于汽輪機動葉及汽機的其它結構部件中，借鑒馬氏體不銹鋼局部裂紋缺陷的修復方案具有一定的現(xiàn)實意義。

參考文獻

[1]吳宇坤，周敬恩. 汽輪機葉片常見失效方式及現(xiàn)狀研究. 汽輪機技術， 1995， 37（6）： 362-367.

[2]祝曉燕，王彥惠. 汽輪機葉片疲勞壽命與故障診斷研究的發(fā)展及現(xiàn)狀，電力科學與工程，2000（2）：11-14

[3]陳伯蠡. 焊接工程缺欠分析與對策（第2版）. 北京： 機械工業(yè)出版社， 2006： 58-121.

對于1Cr12Mo馬氏體耐熱鋼的補焊，常用工藝有二種：

（1）選用同質焊接材料。即采用與葉片材料同質的1Cr12Mo鋼焊接材料，為防止冷裂紋需預熱到200～450℃，且補焊后需要進行高溫回火熱處理，回火溫度為680～720℃，該方法適用于較大厚度構件的焊接修復，其優(yōu)點主要為同質材料的接頭其結合性更好、補焊接頭的理化性能較高。

（2）選用鎳基或奧氏體焊接材料。即采用鎳基合金焊材或奧氏體鋼焊材作為焊接材料，該種焊接方法低溫預熱100～150℃即可，且焊后只進行200～400℃后熱或包扎緩冷即可，對于堆敷量較小的堆焊，可采用這種方法進行焊接。

（3）三種葉片補焊推薦焊接材料的預熱和熱處理規(guī)范如表3所示。

3.4靜葉片補焊工藝的最終確定

3.4.1焊接材料及焊接方法的確定

綜合考慮靜葉片的結構因素及現(xiàn)場的施工條件：雖然采用同質材料的接頭強度較高，但其技術要求亦較高，即在現(xiàn)場為了避免冷裂紋需要高溫預熱，為了使焊縫區(qū)域淬硬的馬氏體轉變?yōu)楦唔g性的回火馬氏體，焊后需先使結構整體冷至120℃以下保溫一段時間完成馬氏體轉變，再進行（700±20）℃，保溫0.5 h的焊接熱處理，這對人員及設備都有著較高要求，以現(xiàn)場的氧乙炔火焰加熱方式，實現(xiàn)這樣的熱處理工藝難度相當大，且難以控制，因此可控性不好，且因靜葉片補焊量較?。鸭y挖補后其坡口最深處僅7 mm），因此該方法未被采納。

反之，采用鎳基、奧氏體焊接材料針對補焊量較小的焊接結構非常有效，且其對預熱及熱處理的要求都不高，因此該方法被確定為最終的補焊方法。因鎳基合金焊縫中的Ni含量較高，會促使S偏析，從而形成低熔點共晶物Ni+NiS，其熔點僅為650℃，從而增大熱裂傾向[3]，奧氏體鋼焊材雖然也有一定的熱裂紋傾向，但其低于鎳基材料，且從元素含量上看，其與1Cr12Mo鋼亦更為接近，因此選用奧氏體鋼焊接材料E309-15（SH A302），2.5mm，作為施焊材料。關于三種不同焊接材料形成接頭難度的具體比較詳見表4。

在焊接方法的選擇上，靜葉片補焊主要有兩種：即焊條電弧焊（SMAW）和鎢極惰性氣體保護焊（GTAW）。因葉片處的位置較為復雜，且結合修復實施單位的工藝評定，現(xiàn)場采用焊條電弧焊作為補焊修復的焊接方法。

3.4.2焊接工藝參數(shù)的確定

最終確認選擇采用奧氏體鋼焊材作為焊接材料，該種焊接方法低溫預熱至150℃，且焊后只進行250℃后熱、包扎緩冷。施焊的具體焊接工藝參數(shù)見表5。

4.1母材確認及焊材復驗

母材由廠家確認為10705BA（1Cr12Mo），且提供了相關材質證明資料。

對焊材進行了質量復檢，按照AWS A5.4《手工電弧焊用不銹鋼焊條標準》堆焊試塊，采用美國Nition XL2型合金分析儀進行了化學成分分析，半定量確認各元素質量百分含量為Mo 0.12%，Nb 0.04%，Ni 12.05%，F(xiàn)e62.80%，Mn 1.80%，Cr22.51%，因此確認該材質為E309-15。

4.2缺陷清除及坡口制備

（1）清除缺陷選用機械方式，采用氣動打磨刀具進行清理；

（2）裂紋清除后進行復驗，邊打磨邊確認，直至確認缺陷已徹底清除。

（3）在多次打磨及PT探傷之后，最終挖除深度為7 mm。

（4）坡口制備以減少焊接填充金屬量，降低焊接應力和變形，避免產(chǎn)生焊接缺陷，便于焊接操作為原則，坡口為圓滑過渡，最終尺寸為30 mm×10 mm×7 mm

（5）坡口處15～20 mm范圍內用不銹鋼鋼絲刷等工具打磨出金屬光澤，去除水、鐵銹、油污等污物，并用丙酮擦洗清理干凈。

（6）打磨時，用特制膠布保護好該葉片其他位置及周邊葉片，防止碰傷。

4.3焊前預熱

焊前預熱采用氧乙炔火焰加熱方法。焰心距葉片表面大于10 mm，并盡可能使葉片不同部位溫度保持均勻，預熱范圍為坡口兩側各50～80mm ，低溫預熱到180 ℃后包扎保溫棉緩慢冷卻至150℃，過程中采用紅外測溫儀確認溫度。

4.3.1層間溫度

焊接修復過程中，層間溫度不得低于預熱溫度下限且不高于制訂工藝的最高層間溫度，即控制在150～200 ℃：當?shù)陀陬A熱溫度下限時停止施焊，重新加熱到要求的層間溫度后繼續(xù)施焊；層間溫度的上限超過200℃時，待焊道溫度冷卻至200 ℃以下時再進行焊接操作。

4.3.2焊接修復操作

（1） 焊前應認真用丙酮清除葉片坡口及其周圍的油污、水、銹及灰塵等雜質；

（2） 焊接材料選用直徑25 mm焊條，采用SMAW焊接方法，采用小熱輸入量多層多道焊接，焊層厚度應不大于焊接材料直徑，焊道寬度不超過焊接材料直徑的3倍；焊接時焊條擺動幅度要小，焊道兩側停留稍長時間，以利氣孔和焊渣的浮出，收弧時注意填充滿弧坑，以免產(chǎn)生弧坑裂紋；

（3） 焊道呈凸起狀，防止熱裂紋的產(chǎn)生；

（4） 補焊修復過程每一焊道完畢后，及時檢查焊層（道）表面，清理可能出現(xiàn)的裂紋、氣孔、咬邊、凹陷等缺陷，采用專用工具對焊道進行清理后方可進行下一道焊層的施焊；

4.5補焊焊縫的修磨、成形

補焊及焊后熱處理完成后，采用氣動打磨刀具，對補焊靜葉焊縫整體進行修磨，一是打磨掉可能存在的焊接缺陷，二是使之圓滑過渡，避免應力集中，三是使葉片恢復焊前的形狀，保持結構原貌。

5焊后無損檢驗

葉片補焊并焊后熱處理、冷卻、修磨后12 h，對該補焊葉片進行了滲透檢驗，檢驗結果如下：對04廠房1#低壓缸調端下1級第18片靜葉片補焊處進行100%液體滲透檢測，未發(fā)現(xiàn)記錄性缺陷顯示。依據(jù)執(zhí)行程序，評定為合格。

6結論及意義

（1）對秦山核電站320MW汽輪機靜葉裂紋進行原因分析，分析結果表明，裂紋產(chǎn)生在葉片的根部，由于高溫應力集中等原因向兩側擴展，因此需要對葉片進行焊接修復。

（2）現(xiàn)場成功實施了包括裂紋挖除、預熱、補焊、焊后熱處理、焊后修磨等焊接操作。無損檢驗結果表明采用此種焊接修復工藝方法是可行的。

（3）靜葉片材料為10705BA（1Cr12Mo），該類馬氏體不銹鋼不僅用于靜葉材料、也大量用于汽輪機動葉及汽機的其它結構部件中，借鑒馬氏體不銹鋼局部裂紋缺陷的修復方案具有一定的現(xiàn)實意義。

參考文獻

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