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離心式鼓風機葉輪裂紋補焊試驗及應(yīng)用

信息來源：發(fā)布時間：2021-02-25閱讀：354

離心式鼓風機葉輪裂紋補焊試驗及應(yīng)用

                             

摘要：介紹了低合金高強度鋼焊接葉輪裂紋補焊新方法，并對葉輪補焊后的性能和成分進行了分析，對低合金高強度鋼焊接葉輪裂紋補焊提出了建議。

0  引言

在冶金工業(yè)中，高爐鼓風機為高爐輸送燃燒用空氣，其運行情況直接影響高爐產(chǎn)量，是整個高爐的心臟。某鋼鐵公司高爐用風機D1400由于運轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生振動，造成轉(zhuǎn)子第三級葉輪口圈部位出現(xiàn)約40mm長的穿透性裂紋，從而造成風機停機，使整個高爐停產(chǎn)。由于該轉(zhuǎn)子要求較高，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為5700r/min；要求軸徑部位跳動小于0.01mm,口圈部位跳動小于0.15mm（見圖1）；葉輪輪蓋、軸盤和葉片材料為低碳合金鋼15MnNiCrMoV，組織為淬火馬氏體、回火索氏體，輪蓋、軸盤和葉片分別經(jīng)過調(diào)質(zhì)、焊接和焊后消應(yīng)力處理，然后又進行了加工、平衡和超轉(zhuǎn)試驗。為了恢復(fù)生產(chǎn)，進行了有關(guān)試驗，對該葉輪進行了補焊處理。

1  焊接試驗

1.1  試驗材料

葉輪材料為15MnNiCrMoV，要求σb≥920MPa ，σs≥850MPa， ψ≥35% ，δ≥12% ，HB270～320，材料成分見表1。

                                 表1  材料成分                                  %

 

C

Cr

Si

Mn

Mo

V

Ni

15MnNiCrMoV

0.14

0.78

0.29

0.9

0.45

0.055

1.5

680S焊條熔敷金屬

0.12

30

1.20

1.70

0.30

0.25

9.0

由于葉輪焊接后需要進行550℃高溫消應(yīng)力處理，之后進行半精加工，然后再進行消應(yīng)力處理。共需要進行兩次高溫消應(yīng)力。由于要求轉(zhuǎn)子軸徑部位跳動小于0.01mm，葉輪口圈部位跳動小于0.15mm，特別是軸徑部位不能出現(xiàn)大的焊接變形，以免引起轉(zhuǎn)動過程中的振動和不平衡。葉輪補焊過程和消應(yīng)力處理后也不能出現(xiàn)大的變形，結(jié)合葉輪焊接工藝過程，并根據(jù)消應(yīng)力處理溫度和以往單個葉輪補焊經(jīng)驗及焊后消應(yīng)力處理對變形影響的數(shù)據(jù)分析[1-3]，擬對轉(zhuǎn)子補焊后的消應(yīng)力處理采用低溫消應(yīng)力[2-3]。

葉輪原來焊接和補焊用低碳合金鋼焊條，經(jīng)焊后消應(yīng)力處理，焊縫金屬延伸率和斷面收縮率與母材接近?？紤]到葉輪口圈部位結(jié)構(gòu)應(yīng)力和工作應(yīng)力很大，而且補焊后消應(yīng)力處理采用低溫消應(yīng)力[2-3]，決定采用不銹鋼焊條做補焊試驗。通過仔細研究和比較后，決定采用焊縫金屬屈服強度大于640 MPa，抗拉強度大于770 MPa，延伸率為22%～25%的卡斯特林焊條680S（化學成分見表1）進行焊接試驗，母材用15MnNiCrMoV板材，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后進行坡口加工和焊接。

1.2 試驗過程

    將厚度為8mm的15MnNiCrMoV板材按要求加工單邊45°坡口，鈍邊2mm, 進爐預(yù)熱200℃，拼裝、點焊，拼裝間隙2mm，以保證單面焊雙面成型。打底焊用Φ3.2焊條，蓋面焊用Φ4焊條。

焊條：680S Φ3.2 Φ4 ；Φ3.2 焊接電流：60 ～110 A；Φ4 焊接電流：90 ～150 A。

    直流正接，層間溫度≤300℃，焊條烘干溫度：350℃×2h。

焊接完成后清理焊縫，立即進爐進行焊后消應(yīng)力處理。

 

消應(yīng)力規(guī)范：溫升≤100℃/h, 進爐進行400℃×2h消應(yīng)力處理，爐冷。

探傷：著色探傷。

加工：加工拉伸試樣。

檢驗：最后進行檢驗。

1.3  試驗結(jié)果

對試樣進行化學成分和接頭力學性能檢驗，力學性能見表2。

表2  力學性能

 

σb/MPa

σs/MPa

HB

1

1068.2

1048.8

306

2

1083.1

1073.1

308

3

1058.1

1050.6

306

平均值

1069.8

1057.5

306.8

由于焊接接頭在拉伸過程中變形存在不均勻性，屈服強度僅供參考，化學成分見表3。                        表3  化學成分                               %

C

Cr

Si

Mn

Mo

Nb

Ni

0.087

27.91

1.315

0.732

0.430

0.066

9.16

試驗結(jié)果表明：焊接接頭力學性能滿足葉輪材料強度要求。

2  葉輪裂紋補焊

2.1  葉輪的基本情況

轉(zhuǎn)子共3級葉輪，轉(zhuǎn)速5700r/min,葉輪直徑Φ1000mm,材料15MnNiCrMoV。裂紋部位見圖1，裂紋長度40 mm，深度20～30mm。

2.2  葉輪補焊工藝過程

⑴ 清理：對裂紋部位清理，打磨，開出焊接U型坡口，要求：留1～2mm鈍邊（保證單面焊雙面成型），裂紋端部磨凈,見圖2。

⑵ 著色檢驗：對缺陷部位進行著色探傷，直至確認裂紋源清理干凈為止。

⑶ 焊接：①用氧-乙炔將焊部位及兩邊20mm區(qū)域預(yù)熱到200℃，保持10～20min。

②焊接：焊條 680S  Φ3.2  Φ4；直流正接； Φ3.2進行打底焊， 焊接電流：60 ～110 A；Φ4焊條進行焊接，焊接電流：90 ～150 A。

⑷ 消應(yīng)力：溫升≤100℃/h, 進爐進行400℃×4h消應(yīng)力，爐冷。溫度低于150℃時出爐。要求：轉(zhuǎn)子應(yīng)墊平，不要歪斜。

⑸ 清理、探傷：清理焊接部位，打磨，著色探傷。

⑹ 加工：補焊部位加工光滑。

⑺ 做平衡。

 

2.3 檢驗結(jié)果

消應(yīng)力處理后進行著色探傷，無任何缺陷（圖3）；對轉(zhuǎn)子在車床上進行打表檢測，軸徑部位跳動0.012mm，第三級葉輪口圈部位跳動0.14mm，滿足了圖樣和使用要求。

3  結(jié)論

(1) 對低合金高強度鋼焊接葉輪裂紋的補焊，焊接規(guī)范是保證補焊質(zhì)量的關(guān)鍵。

(2) 低合金高強度鋼焊接葉輪產(chǎn)生裂紋后，在轉(zhuǎn)子上直接進行補焊，可將各部位的變形控制在要求的范圍內(nèi)，焊接接頭力學性能滿足葉輪材料強度要求。

(3) 采用不銹鋼焊條補焊低合金高強度鋼焊接葉輪，焊后采用低溫消應(yīng)力是成功降低拘束應(yīng)力、控制變形的有效方法。

補焊后的轉(zhuǎn)子從2008年6月開始運轉(zhuǎn)至今，運轉(zhuǎn)正常。

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