本发明涉及管道补焊技术领域，更具体地说，本发明涉及一种用于在线修复主蒸汽管道堵阀裂纹的异质冷补焊工艺。
背景技术：
某热电厂的2×300mw亚临界参数机组主蒸汽管道设计工作温度为540℃，设计压力为19.6mpa，机组累计运行54000h时发现主蒸汽管道堵阀阀体通道与颈部结合处外壁有一条长约200mm的裂纹，主蒸汽管道水压堵阀为铸钢件，材质为zg15cr2mo，裂纹部位在阀门蒸汽出口侧，裂纹处阀体厚135mm，表面裂纹长约200mm，位于阀体通道与颈部结合处截面形状变化部位，阀壳有一定厚度差，外形不规则。经与制造厂沟通，堵阀制造后没有经过长时间的时效处理，存在较大内应力，加之阀体表面存在大量表面密集气孔、疏松等铸造缺陷，在机组长期高温运行形成裂纹导致阀体表面开裂。
对该类裂纹缺陷可分别采用热补焊工艺和冷补焊工艺两种方法进行焊接修补，具体选择哪种方法应结合现场处理条件、经济性、工期和裂纹的长度、深度、走向等因素综合考虑。对比两种焊补工艺中，热焊法的焊接材料合金成分与基体相近，属于同质焊补工艺，但热焊法热处理工艺复杂，修复工况不良，需焊前预热，焊后进行去应力回火处理，由于阀体形状不规则，壁厚较大，现场加热装置布置困难，影响精确控制温度，导致难以保证热处理质量，且施工周期较长，而冷焊法补焊后不需热处理，焊接工艺过程简单，修复速度快，综合成本低，现有的冷焊工艺对主蒸汽管道焊接效果不佳，不便于其长时间使用。
因此，发明一种用于在线修复主蒸汽管道堵阀裂纹的异质冷补焊工艺很有必要。
技术实现要素：
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种用于在线修复主蒸汽管道堵阀裂纹的异质冷补焊工艺，通过判断裂纹深度，并综合考虑裂纹的走向和长度，选择合适的补焊工艺，冷焊法选取高铬高镍的镍基焊材进行修复，镍基焊材强度高、韧性好、塑性优良且冷补焊后不需热处理，焊接工艺过程简单，修复速度快，综合成本低，对裂纹预处理，焊接过程易于控制，焊接采用打底层熔敷金属过渡和焊道多层多道填充锤击补焊工艺，有利于提高焊接的质量，保证管道在高温高强度工况下使用。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于在线修复主蒸汽管道堵阀裂纹的异质冷补焊工艺，具体操作步骤如下：
步骤一：裂纹走向和深度判断，使用角向砂轮机沿裂纹向内壁深处打磨，边打磨边着色检查，直至检测确认无裂纹为止，测量裂纹深度，以1/3壁厚为判断标准，选择焊接方式；
步骤二：裂纹预处理，将步骤一中的裂纹打磨槽加工成u型坡口，并将u型坡口两端修磨成缓坡形状，与阀体表面形成圆滑过渡，将坡口面打磨光滑平整，避免存在尖角和死角部位，将裂纹周围阀体表面打磨出金属光泽；
步骤三：局部预热，采用氧-乙炔中性火焰对阀体进行局部预热，用两把烤枪同时在阀体内外壁均匀加热，外侧烤枪缓慢匀速移动，火焰焰心距离工件10mm以上，预热温度设置为60℃，内部烤枪始终在阀体内壁加热，采用数字式远红外测温仪实时监测待补焊区壁温，对除补焊区外的阀体其它裸露部位用保温棉覆盖，延缓其冷却速度；
步骤四：焊接，数字式远红外测温仪显示壁温达到预热温度后，在整个坡口表面先敷焊一层打底层，打底层焊完后，立即用石棉布保温缓冷，然后对打底层着色检查，合格后进行内部焊道的填充补焊，除打底层焊道不锤击外，其余各层焊道焊后立即清渣，并锤击消除焊接应力，锤击时先锤击焊道中部，后锤击焊道两侧，锤痕排列紧凑密集，锤击程度以肉眼可见锤痕为准，避免重复，每焊完一层清理焊缝表面，检查无缺陷后继续施焊，直至将补焊区焊接完毕，用保温棉覆盖缓冷至室温；
步骤五：焊后处理，对焊补区进行表面打磨，使焊接部位与母材平滑过渡；
步骤六：焊接检测，对补焊部位外观检验，查看是否有表面缺陷，补焊表面检验，渗透检测裂纹缺陷，对补焊部位硬度检测，用便携式里氏硬度计进行硬度测试，对比母材硬度和补焊区硬度。
优选的，所述步骤一中裂纹深度大于1/3壁厚，则采用热焊法补焊工艺，裂纹深度小于1/3壁厚，且裂纹在长度方向没有更进一步延伸，则采用冷焊修复工艺。
优选的，所述冷焊法选取高铬高镍的镍基焊材进行修复，焊材选用enicrfe-3焊条，焊前将焊条在300-350℃烘烤1h，然后将焊条放在保温桶内随用随取，保温桶内部温度保持在100℃以上。
优选的，所述步骤二中阀体表面打磨区间设置为裂纹周围80-120mm范围内，确保待补焊区无油、锈、氧化皮等污物。
优选的，所述步骤三中阀体加热范围控制在补焊区外侧100-120mm以上，所述内部烤枪使焊补区的金属温度始终保持在60-100℃。
优选的，所述步骤四中打底层的敷焊厚度设置为3-5mm，在满足与母材熔合良好的前提下，选用较小的焊接电流采用分段退焊法，每焊一层进行清渣及宏观检测，如发现裂纹，立即打磨清除，重复以上打底敷焊步骤，直至将坡口表面打底层全部覆盖。
优选的，所述步骤四中内部焊道的填充补焊采用多层多道连续焊接，即一根焊条分两次焊接，每段焊缝长约80-100mm，每条焊缝均采用分段退焊，层、道间接头错开10-15mm，焊条不摆动，收弧时将弧坑填满，每层焊道的单层厚度不超过焊条直径，后焊焊道压先焊焊道宽度的1/4-1/2。
本发明的技术效果和优点：
1、通过判断裂纹深度，并综合考虑裂纹的走向和长度，选择合适的补焊工艺，冷焊法选取高铬高镍的镍基焊材进行修复，镍基焊材强度高、韧性好、塑性优良且冷补焊后不需热处理，焊接工艺过程简单，修复速度快，综合成本低，对裂纹预处理，方便焊接过程严格控制，焊接采用打底层和焊道填充补焊工艺，有利于提高焊接的质量，保证管道在高强度工况下使用；
2、通过裂纹预处理、局部预热、焊接和焊后处理对补焊焊缝进行补焊，流程简单，耗时短，能够快速对管道修复，并快速恢复管道工作，且补焊质量有保证，工艺合理可行，为火电机组同类型铸钢阀门的裂纹缺陷在线补焊处理积累了一定的修复经验。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
本发明提供了一种用于在线修复主蒸汽管道堵阀裂纹的异质冷补焊工艺，具体操作步骤如下：
步骤一：裂纹走向和深度判断，使用角向砂轮机沿裂纹向内壁深处打磨，边打磨边着色检查，直至检测确认无裂纹为止，测量裂纹深度，以1/3壁厚为判断标准，选择焊接方式，裂纹深度大于1/3壁厚，则采用热焊法补焊工艺，裂纹深度小于1/3壁厚，且裂纹在长度方向没有更进一步延伸，则采用冷焊修复工艺，所述冷焊法选取高铬高镍的镍基焊材进行修复，焊材选用enicrfe-3焊条；
步骤二：裂纹预处理，将步骤一中的裂纹打磨槽加工成u型坡口，并将u型坡口两端修磨成缓坡形状，与阀体表面形成圆滑过渡，将坡口面打磨光滑平整，避免存在尖角和死角部位，将裂纹周围阀体表面打磨出金属光泽，阀体表面打磨区间设置为裂纹周围80mm范围内，确保待补焊区无油、锈、氧化皮等污物；
步骤三：局部预热，采用氧-乙炔中性火焰对阀体进行局部预热，用两把烤枪同时在阀体内外壁均匀加热，外侧烤枪缓慢匀速移动，火焰焰心距离工件10mm以上，预热温度设置为60℃，内部烤枪始终在阀体内壁加热，阀体加热范围控制在补焊区外侧100mm以上，所述内部烤枪使焊补区的金属温度始终保持在60℃，采用数字式远红外测温仪实时监测待补焊区壁温，对除补焊区外的阀体其它裸露部位用保温棉覆盖，延缓其冷却速度；
步骤四：焊接，将焊条在300℃烘烤1h，然后将焊条放在保温桶内随用随取，保温桶内部温度保持在100℃以上，数字式远红外测温仪显示壁温达到预热温度后，在整个坡口表面先敷焊一层打底层，打底层的敷焊厚度设置为3mm，在满足与母材熔合良好的前提下，选用较小的焊接电流采用分段退焊法，每焊一层进行清渣及宏观检测，如发现裂纹，立即打磨清除，重复以上打底敷焊步骤，直至将坡口表面打底层全部覆盖，打底层焊完后，立即用石棉布保温缓冷，然后对打底层着色检查，合格后进行内部焊道的填充补焊，内部焊道的填充补焊采用多层多道连续焊接，即一根焊条分两次焊接，每段焊缝长约80mm，每条焊缝均采用分段退焊，层、道间接头错开10mm，焊条不摆动，收弧时将弧坑填满，每层焊道的单层厚度不超过焊条直径，后焊焊道压先焊焊道宽度的1/4，除打底层焊道不锤击外，其余各层焊道焊后立即清渣，并锤击消除焊接应力，锤击时先锤击焊道中部，后锤击焊道两侧，锤痕排列紧凑密集，锤击程度以肉眼可见锤痕为准，避免重复，每焊完一层清理焊缝表面，检查无缺陷后继续施焊，直至将补焊区焊接完毕，用保温棉覆盖缓冷至室温；
步骤五：焊后处理，对焊补区进行表面打磨，使焊接部位与母材平滑过渡；
步骤六：焊接检测，对补焊部位外观检验，查看是否有表面缺陷，补焊表面检验，渗透检测裂纹缺陷，对补焊部位硬度检测，用便携式里氏硬度计进行硬度测试，对比母材硬度和补焊区硬度。
本实施例中补焊后补焊区质地均匀，焊接部位与母材平齐，无突兀，外观质量优，连接紧密且一体化程度高，无裂纹，修补效果好，在对母材硬度和补焊区硬度测试后显示：蒸汽管道母材硬度为162hb，补焊区硬度为174hb，符合规程要求，另外在机组补焊后运行约1万小时后，对堵阀补焊区域进行了宏观检验和表面渗透检验，补焊区与热影响区未见表面缺陷，焊缝无表面缺陷，此时测得母材硬度为160hb，补焊区硬度值为175hb，与补焊时基本相同，在规程范围之内。
实施例2：
本发明提供了一种用于在线修复主蒸汽管道堵阀裂纹的异质冷补焊工艺，具体操作步骤如下：
步骤一：裂纹走向和深度判断，使用角向砂轮机沿裂纹向内壁深处打磨，边打磨边着色检查，直至检测确认无裂纹为止，测量裂纹深度，以1/3壁厚为判断标准，选择焊接方式，裂纹深度大于1/3壁厚，则采用热焊法补焊工艺，裂纹深度小于1/3壁厚，且裂纹在长度方向没有更进一步延伸，则采用冷焊修复工艺，所述冷焊法选取高铬高镍的镍基焊材进行修复，焊材选用enicrfe-3焊条；
步骤二：裂纹预处理，将步骤一中的裂纹打磨槽加工成u型坡口，并将u型坡口两端修磨成缓坡形状，与阀体表面形成圆滑过渡，将坡口面打磨光滑平整，避免存在尖角和死角部位，将裂纹周围阀体表面打磨出金属光泽，阀体表面打磨区间设置为裂纹周围100mm范围内，确保待补焊区无油、锈、氧化皮等污物；
步骤三：局部预热，采用氧-乙炔中性火焰对阀体进行局部预热，用两把烤枪同时在阀体内外壁均匀加热，外侧烤枪缓慢匀速移动，火焰焰心距离工件10mm以上，预热温度设置为60℃，内部烤枪始终在阀体内壁加热，阀体加热范围控制在补焊区外侧110mm以上，所述内部烤枪使焊补区的金属温度始终保持在80℃，采用数字式远红外测温仪实时监测待补焊区壁温，对除补焊区外的阀体其它裸露部位用保温棉覆盖，延缓其冷却速度；
步骤四：焊接，将焊条在325℃烘烤1h，然后将焊条放在保温桶内随用随取，保温桶内部温度保持在100℃以上，数字式远红外测温仪显示壁温达到预热温度后，在整个坡口表面先敷焊一层打底层，打底层的敷焊厚度设置为4mm，在满足与母材熔合良好的前提下，选用较小的焊接电流采用分段退焊法，每焊一层进行清渣及宏观检测，如发现裂纹，立即打磨清除，重复以上打底敷焊步骤，直至将坡口表面打底层全部覆盖，打底层焊完后，立即用石棉布保温缓冷，然后对打底层着色检查，合格后进行内部焊道的填充补焊，内部焊道的填充补焊采用多层多道连续焊接，即一根焊条分两次焊接，每段焊缝长约90mm，每条焊缝均采用分段退焊，层、道间接头错开13mm，焊条不摆动，收弧时将弧坑填满，每层焊道的单层厚度不超过焊条直径，后焊焊道压先焊焊道宽度的1/3，除打底层焊道不锤击外，其余各层焊道焊后立即清渣，并锤击消除焊接应力，锤击时先锤击焊道中部，后锤击焊道两侧，锤痕排列紧凑密集，锤击程度以肉眼可见锤痕为准，避免重复，每焊完一层清理焊缝表面，检查无缺陷后继续施焊，直至将补焊区焊接完毕，用保温棉覆盖缓冷至室温；
步骤五：焊后处理，对焊补区进行表面打磨，使焊接部位与母材平滑过渡；
步骤六：焊接检测，对补焊部位外观检验，查看是否有表面缺陷，补焊表面检验，渗透检测裂纹缺陷，对补焊部位硬度检测，用便携式里氏硬度计进行硬度测试，对比母材硬度和补焊区硬度。
对比实施例1，本实施例中补焊后补焊区质地均匀，焊接部位与母材平齐，无突兀，外观质量优，连接紧密且一体化程度高，无裂纹，修补效果好，在对母材硬度和补焊区硬度测试后显示：蒸汽管道母材硬度为162hb，符合规程要求，另外在机组补焊后运行约1万小时后，对堵阀补焊区域进行了宏观检验和表面渗透检验，补焊区与热影响区未见表面缺陷，焊缝无表面缺陷，此时测得母材硬度为161hb，补焊区硬度值为176hb，与补焊时基本相同，在规程范围之内。
实施例3：
本发明提供了一种用于在线修复主蒸汽管道堵阀裂纹的异质冷补焊工艺，具体操作步骤如下：
步骤一：裂纹走向和深度判断，使用角向砂轮机沿裂纹向内壁深处打磨，边打磨边着色检查，直至检测确认无裂纹为止，测量裂纹深度，以1/3壁厚为判断标准，选择焊接方式，裂纹深度大于1/3壁厚，则采用热焊法补焊工艺，裂纹深度小于1/3壁厚，且裂纹在长度方向没有更进一步延伸，则采用冷焊修复工艺，所述冷焊法选取高铬高镍的镍基焊材进行修复，焊材选用enicrfe-3焊条；
步骤二：裂纹预处理，将步骤一中的裂纹打磨槽加工成u型坡口，并将u型坡口两端修磨成缓坡形状，与阀体表面形成圆滑过渡，将坡口面打磨光滑平整，避免存在尖角和死角部位，将裂纹周围阀体表面打磨出金属光泽，阀体表面打磨区间设置为裂纹周围120mm范围内，确保待补焊区无油、锈、氧化皮等污物；
步骤三：局部预热，采用氧-乙炔中性火焰对阀体进行局部预热，用两把烤枪同时在阀体内外壁均匀加热，外侧烤枪缓慢匀速移动，火焰焰心距离工件10mm以上，预热温度设置为60℃，内部烤枪始终在阀体内壁加热，阀体加热范围控制在补焊区外侧120mm以上，所述内部烤枪使焊补区的金属温度始终保持在100℃，采用数字式远红外测温仪实时监测待补焊区壁温，对除补焊区外的阀体其它裸露部位用保温棉覆盖，延缓其冷却速度；
步骤四：焊接，将焊条在350℃烘烤1h，然后将焊条放在保温桶内随用随取，保温桶内部温度保持在100℃以上，数字式远红外测温仪显示壁温达到预热温度后，在整个坡口表面先敷焊一层打底层，打底层的敷焊厚度设置为5mm，在满足与母材熔合良好的前提下，选用较小的焊接电流采用分段退焊法，每焊一层进行清渣及宏观检测，如发现裂纹，立即打磨清除，重复以上打底敷焊步骤，直至将坡口表面打底层全部覆盖，打底层焊完后，立即用石棉布保温缓冷，然后对打底层着色检查，合格后进行内部焊道的填充补焊，内部焊道的填充补焊采用多层多道连续焊接，即一根焊条分两次焊接，每段焊缝长约100mm，每条焊缝均采用分段退焊，层、道间接头错开15mm，焊条不摆动，收弧时将弧坑填满，每层焊道的单层厚度不超过焊条直径，后焊焊道压先焊焊道宽度的1/2，除打底层焊道不锤击外，其余各层焊道焊后立即清渣，并锤击消除焊接应力，锤击时先锤击焊道中部，后锤击焊道两侧，锤痕排列紧凑密集，锤击程度以肉眼可见锤痕为准，避免重复，每焊完一层清理焊缝表面，检查无缺陷后继续施焊，直至将补焊区焊接完毕，用保温棉覆盖缓冷至室温；
步骤五：焊后处理，对焊补区进行表面打磨，使焊接部位与母材平滑过渡；
步骤六：焊接检测，对补焊部位外观检验，查看是否有表面缺陷，补焊表面检验，渗透检测裂纹缺陷，对补焊部位硬度检测，用便携式里氏硬度计进行硬度测试，对比母材硬度和补焊区硬度。
对比实施例1和2，本实施例中补焊后补焊区质地均匀，焊接部位与母材平齐，无突兀，外观质量优，连接紧密且一体化程度高，无裂纹，修补效果好，在对母材硬度和补焊区硬度测试后显示：蒸汽管道母材硬度为162hb，补焊区硬度为175hb，符合规程要求，另外在机组补焊后运行约1万小时后，对堵阀补焊区域进行了宏观检验和表面渗透检验，补焊区与热影响区未见表面缺陷，焊缝无表面缺陷，此时测得母材硬度为161hb，补焊区硬度值为175hb，与补焊时基本相同，在规程范围之内。
根据实施例1-3得出下表：
由上表可知，实施例2中补焊处理范围最优，加工温度适中，打底层敷焊厚度适宜，补焊焊道分布距离最佳，加工工艺最为合适，该实施例补焊后焊区硬度最大，焊缝的抗拉强度最大，机组在运行1万小时后，经跟踪检测修复处，各项检测结果均符合要求，满足机组使用要求，说明选用的修复工艺是合理可行的，同时也为火电机组同类型铸钢阀门的裂纹缺陷在线补焊处理积累了一定的修复经验。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。