一种奥氏体不锈钢铸造核泵壳体补焊的前处理方法与流程

本发明涉及核泵铸造壳体的缺陷修复技术领域，特别涉及一种奥氏体不锈钢铸造核泵壳体补焊的前处理方法。

背景技术：

奥氏体不锈钢铸造核泵壳体体积庞大、结构复杂，且可能会存在裂纹、砂眼、夹杂、缩孔、疏松等铸造缺陷，所以对缺陷部位的补焊将不可避免；一种科学严格且合理有效的奥氏体不锈钢铸造核泵壳体补焊前处理方法，是良好的铸造缺陷补焊的重要基础。

传统补焊的焊前处理对本类型奥氏体不锈钢铸造核泵壳体补焊的偏析、未熔合、焊不透、微裂纹等缺陷的消除不够全面；对于超过一定相对尺寸的缺陷的前处理方式缺乏力学的考量；对补焊后应力方向及分布合理性指导不到位；对补焊引入的杂质元素的控制不够有效。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述技术问题，提供一种奥氏体不锈钢铸造核泵壳体补焊的前处理方法，可以改善由于补焊前不合理的前处理造成的奥氏体不锈钢铸造核泵壳体补焊后应力方向及分布不均匀，引入较多杂质元素，特别是当有超过15cm尺寸的缺陷存在时的处理方式。

为达到上述目的，本发明提供了一种奥氏体不锈钢铸造核泵壳体补焊的前处理方法，具体步骤如下：

S1、缺陷确定：用肉眼宏观大范围检查，对明显的缺陷位置做好标记；

所述缺陷包括：裂纹、砂眼、夹杂、缩孔、疏松等；确定缺陷的位置是保证补焊后泵体性能合格的首要之处。

S2、缺陷粗打磨：对做好标记的缺陷处进行初步打磨去除处理，打磨到肉眼看不到明显缺陷后进入下一步骤；

S3、无损探伤：对表面无宏观缺陷处进行无损检测探伤，标记出检查出的缺陷处，依照步骤S2方法，对缺陷处打磨；

S4、对称打磨：缺陷全部打磨后，将尺寸大于等于15cm的缺陷所对称的位置进行相同程度的打磨，与所述缺陷形成对称的焊槽；

由于核泵各部分基本是以进出口对称面为中心对称的，所以为了更好的分配焊接应力，对已经出现的尺寸超过15cm的较大缺陷采用对称的打磨，即一面出现较大的缺陷，与它对称的另一面相应位置不管有无缺陷都要打磨成对称的焊槽；

S5、待焊区精磨：将经过打磨的缺陷或缺陷对称区域进行精打磨，精磨后的焊槽正面为椭圆形面，所述椭圆形面短轴长度是长轴长度的1/3，所述焊槽边界与原缺陷边界的最小距离为2～10mm，所述焊槽深度大于等于缺陷深度2mm；将所述焊槽边界外30mm以内的部分进行精磨，去除表面氧化皮；

本发明精磨阶段通过对待焊区的深浅、大小、打磨的弧度做出合理的分布，从而对补焊的过程中焊缝的分布、焊接热量的扩散、残余应力的大小有一个有效地控制；

S6、待焊区的清洁：清除待焊区及其边缘30mm内因打磨、无损检测残留的各种杂质、油污。

进一步的，步骤S2中，打磨材料采用金刚砂、氧化铝或金刚石，打磨过程要逐层磨切，确保缺陷去除干净；一般处理过程中，采用的打磨材料需要是新的金刚砂、氧化铝、金刚石材料，或以前用于不锈钢或镍基材料打磨的金刚砂、氧化铝、金刚石材料等。

进一步的，步骤S3中，所述无损检测选择渗透检测(PT)，检测前要保证表面清洁，如发现小缺陷要依照S2中步骤逐层小范围磨切，至无明显缺陷为止。

进一步的，步骤S5中，当缺陷尺寸超过15cm时，所述焊槽边界与原缺陷边界的最小距离等于10mm；对于较大缺陷，打磨焊槽要执行缺陷边界外的上限，即10mm。核泵尺寸很大，但当出现尺寸超过15cm的缺陷时，开取的补焊槽最小尺寸为17cm，直接补焊的焊接应力可能造成核泵变形；需要对称打磨补焊以抵消焊接应力。

进一步的，步骤S5中，所述焊槽内为圆弧状，弧度小于等于120度，以尽量平缓为好，所述焊槽深度小于等于焊槽短轴的所述焊槽内弧面粗糙度小于等于12.5，以不足以藏入明显油污或杂质为宜。焊槽应打磨对称，外观最好为椭圆。

进一步的，步骤S6中，用丙酮将待焊区擦拭干净。

本发明步骤S6用在丙酮中浸泡过的布条多次擦拭待焊区至布条颜色不再变黑为止，清洗整个待焊椭圆焊槽区域及焊槽边界外30mm以内的区域，以清除打磨后的碎屑和残留的油污及其他可能的杂质。如果从清理完到开始焊接经过了1h以上，应在焊接之前将上述区域再用在丙酮中浸过的抹布擦净。

本发明的优点在于：在通常的焊前处理方法的基础上，提供一种针对奥氏体不锈钢铸造核泵壳体补焊的前处理方法，目的明确、合理有序、科学严格且切实有效。本发明方法确保补焊后焊接应力分布均匀，特别是出现超过15cm的缺陷时，直接补焊后输入焊接热过大，残余应力过高足以影响核泵尺寸，而采用本发明方法对称补焊后，对称的参与应力可以限制变形的发生；另一方面，本发明方法引入较少杂质元素、补焊区无焊接缺陷，从而改善补焊焊接中存在的问题，避免二次缺陷的产生，提高了奥氏体不锈钢铸造核泵壳体补焊的成功率。

本发明对缺陷的细致检查防止遗漏缺陷；分层逐步打磨可以防止产生二次缺陷；清理能有效地控制焊缝中杂质元素的含量；弧形焊槽可以保证焊接热分散均匀合理、焊缝易于成形；对称的焊槽可以改善焊接后的应力分布。经过这些有效地前处理，改善了补焊焊接中存在的问题，从而提高了奥氏体不锈钢铸造核泵壳体补焊的成功率。

附图说明

图1为核泵焊接凹槽轮廓三维示意图；

图2为打磨焊槽的俯视示意图；

图3为打磨焊槽的立体示意图；

图4为对比例1的实际照片；

图5为对比例1焊缝的X射线无损检测图；

图6为对比例1的扫描电镜图；

图7为实施例1焊缝的实际照片；

图8为实施例1焊缝的X射线无损检测图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的奥氏体不锈钢铸造核泵壳体补焊的前处理方法工艺做进一步说明。

实验时选择同种材质同种铸造工艺的尺寸缩小的泵体来模拟核泵壳体的补焊，通过一批与本标准试验参数不同的焊接工艺对比焊接结果。

实施例1

第一步，缺陷确定：首先，用肉眼宏观大范围检查，检查明显的缺陷位置做好标记。

第二步，缺陷粗打磨：对做好标记的缺陷处进行初步打磨去除处理，打磨到肉眼看不到明显缺陷为止；采用金刚砂、氧化铝或金刚石，打磨过程要逐层磨切，确保缺陷去除干净。

第三步，无损探伤：用渗透检测(PT)法对表面无宏观缺陷处进行无损检测探伤，标记出检查出的缺陷处，依照上一步方法，对缺陷处打磨。

第四步，对称打磨：对出现的较大的缺陷采用对称的打磨，不管它的对称面有无缺陷都要打磨成对称的焊槽。

由于核泵各部分基本是以进出口对称面为中心对称的，如图1所示，所以为了更好的分配焊接应力，对已经出现的尺寸超过15cm的较大缺陷采用对称的打磨，即一面出现较大的缺陷，与它对称的另一面相应位置不管有无缺陷都要打磨成对称的焊槽。

第五步，待焊区精磨：将粗打磨的缺陷处精打磨，主要对待焊区的深浅、大小、方向、打磨的弧度做合理的分布，打磨样式如图2所示，精磨的凹槽立体图如图3为椭球形；焊槽正面为椭圆形面，所述椭圆形面短轴长度是长轴长度的1/3，所述焊槽外沿边界与缺陷的实际边界距离大于等于2mm，所述焊槽槽深大于等于缺陷深度2mm；将所述焊槽边界外30mm以内的部分进行精磨；焊槽内为圆弧状，弧度小于等于120度，以尽量平缓为好，所述焊槽深度小于等于焊槽短轴一半的所述焊槽内弧面粗糙度小于等于12.5，至不足以藏入明显油污或杂质为止。

第六步，待焊区的清洁：清除待焊区及其边缘至少30mm内的杂质、油污等。

第七步，施焊：利用手工电弧焊对这些凹槽修补焊接。

对比例1

另一部分的试样只打磨有缺陷处并且对打磨和清理的不做明显要求，作为对比例。

分别对实施例1、对比例1焊接的试样的焊缝切片进行肉眼宏观检查，并进行扫描电镜检测、X射线检测，为了方便检测及观察有无气孔、杂质元素等缺陷，此处焊接成条形。

经检测，对比例1焊前没有按本标准严格清理的试样焊缝出现气孔如图4和图5所示且有杂质混入，图6是对比例1扫描电镜检测的成分分布图，通过元素线分布可以看出，基体元素与缺陷处差距巨大，说明有杂质元素混入；试样不合格实施例1焊前按照标准清理的试样，没有气孔(如图7所示)，也无杂质元素混入，如图8所示，经X射线无损检测，发现焊缝完好，无焊接缺陷，试样合格。

对补焊的核泵与原设计尺寸比较：采用对称打磨补焊的试样核泵尺寸变化<1cm，基本符合要求，试样合格；没有采用对称打磨的试样，尺寸>3cm，变化较大，试样不合格，结果如下表1：

表1不同的前处理方式得出的焊接结果

从焊接的结果中可以得出：经过本发明方法处理的泵壳体焊缝质量良好，焊接应力分布均匀，焊后泵体没有发现尺寸变形；常规的前处理方式的泵体焊缝出现气孔缺陷，扫描下有杂质元素存在，且有遗漏的缺陷，大尺寸缺陷补焊后泵体尺寸与设计尺寸相比有变化，可能降低泵的精度，影响泵的使用。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。