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铸钢焊接工艺 铸钢焊接工艺 汽轮机用铸钢 铸造是零件毛坯最常用的方法之一，具有一定形状和使用性能的铸件广泛用于机械制造，是现代大型工业的基础。铸钢在强度和韧性比铸铁或其他铸件都优越，焊接性也良好，因此铸钢作为重要部件广泛用在汽轮机制造中。不但铸钢作为部件占汽轮机结构占一定比重，而且，铸钢件的焊接和补焊又占有焊接工作的很大的工作量。 汽轮机汽缸、蒸汽室、主汽阀、调解阀容器部件都由铸钢制造。诸如汽缸等盛汽容器部件内承受的压力和温度高，同时，工作状态承受着内、外压差，蒸汽流出的反作用力和各种连接管道热状态时对部件的作用力等，所以这些部件均要求具有足够的强度和刚度。这就使扥部件壁厚、形状复杂、体积大，属于大型铸钢件。 铸钢的化学成分与轧材、锻件几乎完全相同，具有一定的力学性能，随着合金成分的增加具有相当的高温性能。对高温下工作的铸件还必须具有一定持久强度和蠕变强度、良好的抗热疲劳性能和抗氧化性。 随着机组的工作参数不同，汽轮机铸钢件分别采用碳素铸钢、铬－钼铸钢、铬－钼－钒铸钢铬 12％铸钢。铬－钼钢的工艺性能、抗裂纹扩展性能和塑、韧性较鉻－钼－钒钢好，但鉻－钼－钒钢热强性较高。随着超临界和超超临界汽轮机工作温度的进一步提高，发展并采用了改良型和新型鉻 12％铸钢。随着汽轮机的发展，作为重要部件的铸钢技术伴随着提高和进步。近几年，改良型 9%Cr 钢的使用逐渐增多，而相应的焊接和铸钢件的补焊工作量明显增加。 铸钢与锻钢比较，在截面尺寸不很大，形状和热处理条件相似的情况下，铸 钢和锻钢的力学性能大致相似。铸钢的强度和塑性介于纵向和横向性能的变化范围之内，铸钢还有各向同性的优点。但是随着铸钢件壁厚的增加，冶金缺陷如气孔、疏松、铸态组织等对力学性能的影响要比锻件更为突出，因此厚壁铸钢件尽管强度和锻件相似，但塑性和韧性要比锻件低。对于大型铸钢件多采用正火、回火作为最终热处理的力学性能等级比同钢号的锻件低。因此在设计选材和焊接必须给予考虑。 汽轮机铸缸件按使用材料性质可以分为碳素钢铸件、低合金钢铸件和高合金钢铸件。汽轮机主要铸钢件材料见表 1： 分类 铸钢材料 表 1 汽轮机铸钢件 部件名称 碳素钢铸件 ZG230-450 500 ZG270- 工作在 400℃—450℃以下的汽缸、隔板、 轴承箱、阀门等。 低合金钢铸 件 ZG15Cr1MoA 工作在 510℃以下的内、外汽缸、阀体、 蒸汽室、喷嘴室等。 ZG15Cr2Mo1 工作在 540℃以下的汽缸、主汽阀、喷嘴 室、蒸汽室等。 ZG20CrMo 工作在 510℃以下的汽缸、主汽阀、隔板 等。 ZG20CrMoV 工作温度在 540℃以下的汽缸、蒸汽室、 阀等。 ZG15Cr1Mo1V 工作温度在 570℃以下的汽缸、主汽阀、 喷嘴室、蒸汽室、阀等。 高合金钢铸 高合金钢铸 ZG1Cr10MoVNbN 工作温度 600℃以下的超临界汽轮机汽 件 缸、主汽阀、蒸气室、喷嘴室等。 ZG1Cr10MoWVNbN 超超临界汽轮机汽缸、阀和其它铸件 铸钢的焊接性 铸钢的焊接特点 铸钢焊接在本质上与钢材的焊接并无区别，钢材的焊接技术适用于铸钢焊接。钢材采用的焊接方法和焊接材料都可以应用在铸钢焊接中。 由于铸钢件含碳量和熔点较高，冷却时收缩量大；而且形状复杂、厚度大， 造成焊接应力过大，加之冷却速度过快，极易造成接头硬化并导致裂纹等焊接缺陷产生。尤其是合金钢铸件产生焊接裂纹的倾向更加明显。 对于汽轮机经常使用的低合金耐热钢铸件，其焊接性是受限制的。由于合金元素的作用，使过冷奥氏体的稳定性增加，奥氏体分解只能在较低温度下进行， 在铸钢焊接冷却速度很快时，极易形成马氏体和贝氏体淬火组织，常导致裂纹出现。必须指出，该类钢种的脆性转变温度(FATT)，通常在室温附近，如果焊后不能及时热处理，在焊接残余应力的作用下极易产生裂纹并加速扩张，因此这类钢的焊前预热和焊后及时进行回火热处理，消除焊接应力和改善焊接区的组织和性能是非常重要的。即使焊接性相似，铸钢的焊接要比钢材的焊接工艺复杂，相应的技术措施更要全面，执行工艺更为严格，施焊更应慎重。必须针对铸钢件具体情况制定完整而详细的工艺规程，解决和克服焊接中存在的问题，保证焊接质量， 满足使用要求。 以高效发电技术为基础，提高温度和压力从而进一步提高效率的超临界、超超临街发电技术已得到开发和应用，使汽轮机技术进入了超临界(SC)时代，而 且相继迎来了超超临界（USC）时代。超临界 566℃及超超临界 593℃的主蒸汽温度，24MPa 或更高的主蒸汽压力，要求材料具有更高的抗蠕变和抗高温氧化性。 汽轮机高温、高压部件材料选用改良型 9%Cr 钢和新型 12%Cr 钢，已成功用于汽轮机转子、叶片、汽缸、主汽阀等部件。 在成熟钢种 9Cr1Mo 基础上，适当加入 V、Nb、N 开