介紹了超臨界火電機組鍋爐配套進口大口徑調節閥閥瓣用F91及鈷鉻合金化學成分及基本性能。分析了F91閥瓣堆焊鈷鉻鎢合金的焊接修復工藝過程。給出了焊接工藝技術規范、質量控制方法和檢測使用結果。

1、概述

　　隨著火力電站建設的發展，火電機組參數不斷的改進，所采用的鋼材種類也越來越多。火電機組配套閥門主要零件的材質也較廣泛地選用蠕變強度和抗氧化性能較好的馬氏體耐熱鋼(如T/F91)。

　　目前，國內閥門制造企業對閥門零件基體F91材質堆焊鈷鉻鎢合金的焊接工藝尚不成熟，產品經常出現密封面裂紋和熔合線裂紋等問題，所以，真空技術網(http://smsksx.com/)調研后發現此類閥門一般采用進口閥門。

2、特性分析

　　2.1、F91化學成分及基本性能

　　F91鋼為Cr9Mo1V鋼，屬于馬氏體型耐熱鋼。鋼中鉻元素使鋼具有高強度，同時能提高鋼的抗氧化性、抗腐蝕性。鉬元素主要是提高鋼的強度，抑制鉻鋼的熱脆性。釩能提高鋼的低溫、中溫強度以及熱強性，增加鋼在高溫下的組織穩定性，改善低碳合金鋼的焊接性能(表1、表2)。在使用中，F91鋼具有較大的淬硬和冷裂傾向，焊接時可能產生冷裂紋和熱裂紋。

表1 ASTMA182F91的化學成分

表2 ASTMA182F91的力學性能

　　2.2、鈷鉻合金化學成分及基本性能

　　鈷鉻合金(Stellite合金)以Co為基本成分，加入Cr、W、C等元素，主要成分為0.7%～3.0%C，25%～33%Cr，3%～25%W，其余為Co。鈷基堆焊層的基體組織是奧氏體+共晶組織。這類堆焊合金具有良好的耐各類磨損的性能，特別是在高溫耐磨條件下的各類磨損。但這類合金容易形成冷裂紋或結晶裂紋，合金堆焊層抗裂性差，因而焊接工藝十分復雜。

　　由于焊件的結構形式為深孔加平面，所以焊接方法選用手工電弧焊。焊材的化學成分和機械性能如表3。

表3 熔敷金屬化學成分(Wt%)和焊層硬度值

　　3、修復過程

　　在F91閥瓣上堆焊鈷鉻鎢合金主要問題是沿熔合線橫向環形裂紋和密封面縱向裂紋。兩種材料的焊接性都差，焊接特性有很大差異，加之口徑大壁厚，所以兩者結合焊時選擇合適焊接工藝非常重要。

　　3.1、閥瓣結構圖及焊前堆焊槽

　　600MW超臨界機組進口大口徑調節閥，其閥瓣材質為F91，在閥瓣密封面處需要堆焊鈷鉻鎢合金。圖1為閥瓣的結構(要求堆焊層厚度≥2mm，洛氏硬度HRC值≥38)。此結構施焊時焊接應力相對較大，同時施焊部位有2處，且一處為深孔施焊。分析基體和焊材的特性，為提高焊縫的抗裂性，設計如圖2的焊接形式。

圖1 閥瓣結構

　　3.2、焊接操作

　　焊機采用ZX7-500逆變式直流手弧焊機，反極性接法。焊前Stellite6焊條250℃烘焙1h，烘干的焊條放在150℃保溫箱內，隨用隨取。考慮施焊部位有2處，避免施焊時基體降溫過快，使焊接部位與基體溫差較大，所以對焊件整體爐內預熱到650℃。先焊內孔焊縫，后焊外圓焊縫，電流140～160A，單道焊縫，施焊4層。第1層電流選擇偏小值，為140A，降低稀釋率，其他3層電流160A。快速焊，保持不擺動，層間接頭盡量錯開。焊后立即置于650℃爐里均溫1h后隨爐緩冷，室溫出爐。

圖2 閥瓣(堆焊前)

　　3.3、檢測試驗

　　本次共施焊2件。經加工后PT+UT檢測，按JB/T4730-2005的Ⅰ級標準評定〔2〕，密封面、熔合線及熱影響區均無缺陷。密封面硬度HRC檢查值為38～40。整體裝配后按JB/T3595-2002規定設計壓力的1.5倍水壓試驗合格〔3〕。

4、結語

　　采用本文焊接方法、焊接結構形式及焊接工藝制造的閥瓣，質量優良，符合設計要求。解決了馬氏體耐熱鋼采用手工電弧焊堆焊鈷鉻鎢合金時密封面和熔合線部位產生裂紋的問題，對閥門行業發電站用閥的國產化的焊接工藝制造提供了保證和借鑒。