1、概述
　　在工業(yè)管線(xiàn)的承壓閥門(mén)中,鑄鋼閥門(mén)由于其成本的經(jīng)濟性和設計的靈活性,受到廣泛運用。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。因為鋼中合金元素越多鋼液的流動(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、實(shí)用及可靠的補焊工藝來(lái)確保補焊后的閥門(mén)符合質(zhì)量要求已成為閥門(mén)冷熱加工共同關(guān)注的問(wèn)題。本文介紹幾種常見(jiàn)鑄鋼件缺陷的補焊方法和經(jīng)驗(焊條采用舊牌號表示)。
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焊的重大缺陷。在補焊前應判斷缺陷的類(lèi)型。
　　2.2、缺陷剔除
　　在工廠(chǎng)里一般可采用碳弧氣刨吹去鑄造缺陷,然后用手提角磨機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,角磨機將缺陷口打磨成U形,減少施焊應力。缺陷清除的徹底,補焊質(zhì)量好。
　　2.3、缺陷部位預熱
　　碳素鋼和奧氏體不銹鋼鑄件,凡補焊部位的面積<65cm2,深度<鑄件厚度的20%或25mm,一般無(wú)需預熱。但ZG15Cr1Mo1V、ZGCr5Mo等珠光體鋼鑄件,由于鋼的淬硬傾向大,冷焊易裂,應作預熱處理,預熱溫度為200～400℃(用不銹鋼焊條補焊,溫度取小值),保溫時(shí)間應不少于60min。如鑄件不能整體預熱,可用氧-乙炔在缺陷部位并擴展20mm后加熱至300-350℃(背暗處目測觀(guān)察微暗紅色),大號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),使缺陷部位充分預熱后,迅速補焊。
　　3、補焊方法　
　　3.1、要求
　　對奧氏體不銹鋼鑄件進(jìn)行補焊時(shí),要在通風(fēng)處,使之快速冷卻。對珠光體低合金鋼鑄件和補焊面積過(guò)大的碳鋼鑄件則應選背風(fēng)處或用擋風(fēng)板遮擋,避免快冷造成裂紋。補焊一個(gè)堆層的,補焊后應立即清除藥渣,并沿缺陷中心向外均勻地錘擊,降低補焊應力。若補焊分幾層進(jìn)行(一般3～4mm為一補焊層),則每層補焊后均要及時(shí)清除藥渣和錘擊補焊區域。如在冬季施焊,ZG15Cr1Mo1V類(lèi)的珠光體合金鋼鑄件,每補焊一層還應用氧-乙炔反復加熱,再迅速補焊,以避免產(chǎn)生焊接裂紋。
　　3.2、焊條處理
　　補焊前,應首先檢查焊條是否預熱,一般焊條應經(jīng)150～250℃烘干1h。預熱后的焊條應置保溫箱中,做到隨用隨取。焊條反復預熱3次,若焊條表面藥皮有脫落、開(kāi)裂和生銹,應不予使用。
　　3.3、補焊次數
　　承壓鑄件,如閥門(mén)殼體經(jīng)試壓滲水,同一部位一般只允許補焊一次,不能重復補焊,因為多次補焊會(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焊,一般規定補焊不超過(guò)3次。同一部位的補焊超過(guò)二次的碳鋼鑄件,焊后應作消除應力處理。
　　3.4、補焊層高度
　　鑄件的補焊高度一般高出鑄件平面2mm左右,以利機加工。補焊層太低,機加工后易露出焊疤。補焊層過(guò)高,費時(shí)費力費材料

4、補焊后處理
　　4.1、重要補焊
　　水壓試驗有滲漏的鑄件、補焊面積>65cm2的鑄件,深度>鑄件壁厚20%或25mm的鑄件,ASTMA217/A217M-2007中均認為是重要補焊。對此種重要補焊A217標準中提出,都應進(jìn)行去應力處理或完全再加熱處理,而這種去應力處理或完全再加熱處理,必須用經(jīng)審定合格的方法進(jìn)行,即重要補焊需制訂補焊工藝。ASTMA352/A352M2006中規定,重要補焊后的去應力或焊后熱處理是強制要求。與A217/A217M相對應的我國行業(yè)標準JB/T5263-2005中將重要補焊定義為“重缺陷”。但事實(shí)上,除鑄件毛坯可以完全再加熱處理外,許多缺陷往往是在精加工過(guò)程中才發(fā)現的,已無(wú)法再完全熱處理。因此,生產(chǎn)實(shí)踐中,通常是由有經(jīng)驗的持有壓力容器焊接證書(shū)的焊工在現場(chǎng)用有效的方法解決。
4.2、消除應力
　　精加工后發(fā)現的缺陷補焊后,已無(wú)法做整體消除應力回火處理,一般可采用缺陷部位氧-乙炔火焰局部加熱回火方法。采用大號割炬中性火焰來(lái)回緩慢擺動(dòng),將鑄件加熱到表面出現目視可見(jiàn)暗紅色(約740℃),保溫(2min/mm,但不少于30min)。消除應力處理后應立即在缺陷處蓋上石棉板。珠光體鋼閥門(mén)通徑上的缺陷,補焊時(shí)還應在通徑內腔填塞石棉板,使之緩冷。此種操作,既簡(jiǎn)便又經(jīng)濟,但要求焊工有一定實(shí)踐經(jīng)驗。
　不銹鋼鑄件在補焊后一般不作處理,但應在通風(fēng)處施焊,使補焊區快冷。除非補焊后表明已引起奧氏體組織的改變,或屬于重缺陷。在合同和條件許可下,應重做固溶化處理。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,應在補焊后實(shí)施消除應力處理。碳鋼消除應力回火溫度可設為600～650℃,ZG15Cr1Mo1V和ZGCr5Mo回火溫度均可設為700～740℃,ZG35CrMo回火溫度設為500～550℃。所有鋼種的鑄件,其消除應力回火的保溫時(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
　　對于閥門(mén)鑄件的“重缺陷”和“重要補焊”,ASTMA217A217M-2007標準中規定,如鑄件生產(chǎn)符合S4(磁粉檢查)補充要求的規定,補焊要采用檢查鑄件同一質(zhì)量標準的磁粉檢驗來(lái)檢查。如鑄件生產(chǎn)符合S5(射線(xiàn)照相檢查)補充要求的規定,對于水壓試驗滲漏的鑄件、或準備補焊的任何凹坑深度超過(guò)壁厚的20%或1in1(25mm)的鑄件以及準備補焊的任何凹坑面積約大于10in2(65cm2)的鑄件的補焊,都要采用檢查鑄件同一標準的射線(xiàn)檢驗進(jìn)行檢查。JB/T5263-2005標準中規定,重缺陷補焊后應進(jìn)行射線(xiàn)或超聲檢測。即對于重缺陷和重要補焊,必須要進(jìn)行有效的無(wú)損檢查,證明合格后方能使用?！?br /> 　　4.4、等級評定
　　對于補焊區域無(wú)損檢查缺陷報告的等級,JB/T3595-2002中規定,對于電站閥的鑄鋼件閥門(mén)坡口和補焊部位應按GB/T5677-1985進(jìn)行評定,三級合格。閥門(mén)對接焊縫應按GB/T3323-1987進(jìn)行評定,二級合格。JB/T644-2008中對鑄件中同時(shí)存在二種不同等級缺陷也給出了明確規定,在評定區同時(shí)存在兩類(lèi)或兩類(lèi)以上且等級不同的缺陷時(shí),取其中最低等級定為綜合評定等級。同時(shí)存在兩類(lèi)或兩類(lèi)以上且等級相同的缺陷時(shí),其綜合等級應降低一級。
　　對于補焊區缺陷的夾渣、未溶合和未焊透,JB/T6440-2008中規定,可看作鑄造缺陷的夾渣來(lái)評定,補焊區缺陷的氣孔可看作鑄造缺陷的氣孔評定。
　　一般工況閥門(mén)的訂貨合同中不標注閥門(mén)鑄件等級,更少在合同中注明缺陷補焊后的合格等級,這往往給閥門(mén)的生產(chǎn)、檢驗和銷(xiāo)售帶來(lái)諸多矛盾。根據我國目前鑄鋼件的實(shí)際質(zhì)量水平和多年經(jīng)驗,補焊區域評定的等級一般認為不應低于GB/T5677-1985中的三級,即ASMEE446b標準規定的Ⅲ級。耐酸耐蝕管線(xiàn)工況的鑄鋼閥門(mén)和高壓鑄鋼閥門(mén)的殼體承壓部位,一般應達到ASMEE446bⅡ級或以上標準。射線(xiàn)檢查結果表明,經(jīng)符合標準程序和規范補焊的缺陷區域,熔敷過(guò)程中生成的缺陷,比鑄件本身還要少,級別更高?？傊?補焊作為制造過(guò)程的一部分,不可掉以輕心。
　　4.5、硬度檢測
　　補焊區雖經(jīng)無(wú)損探傷檢查合格,但如需機加工時(shí),應該再檢查一下補焊區的硬度,這也是對消除應力處理效果的檢查。如果回火溫度不夠,或時(shí)間不足,會(huì )引起補焊區域的熔敷金屬強度高,塑性差,機加工時(shí)焊區域會(huì )很硬,容易導致刀具崩裂。母材和熔敷金屬性能不一致,還容易造成局部應力集中,出現補焊過(guò)渡交界的明顯痕跡。因此,補焊區域需要用硬度值來(lái)鑒定和檢測。用手提砂輪機輕輕磨平補焊區域,采用便攜式布氏硬度計錘擊三個(gè)點(diǎn),將補焊區硬度值與鑄鋼件本身硬度值進(jìn)行比較。如果二個(gè)區域的硬度值相近,則說(shuō)明氧-乙炔回火基本成功。如果補焊區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計為160～200HB,硬度太低或太高都不利于機加工作業(yè)。補焊區硬度太高,會(huì )使其塑性下降,降低閥門(mén)殼體承載的安全性能。
　　5、結語(yǔ)
　　鑄鋼件缺陷的科學(xué)補焊,是一項節能的再制造工程技術(shù)。在現代化測試手段配合下,應在補焊工具、焊材、人員和工藝上不斷加以創(chuàng )新改進(jìn),真正實(shí)現制造與維修的一體化。