Ремонтная сварка корпусных деталей турбин из теплоустойчивых сталей без последующей термообработки
Рассмотрены вопросы ремонтной сварки поврежденных корпусных деталей турбин после длительной эксплуатации при рабочих параметрах пара. Предложена технология сварки с использованием перлитных электродов без последующей термообработки (высокого отпуска). Для ремонта поврежденных компонентов корпусного...
Збережено в:
| Дата: | 2009 |
|---|---|
| Автори: | , , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2009
|
| Назва видання: | Автоматическая сварка |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/101384 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Ремонтная сварка корпусных деталей турбин из теплоустойчивых сталей без последующей термообработки / А.К. Царюк, В.Д. Иваненко, В.В. Волков, С.И. Мазур, А.А. Тройняк, А.В. Вавилов, А.Г. Кантор, Н.П. Воличенко // Автоматическая сварка. — 2009. — № 12 (680). — С. 41-46. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-101384 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1013842016-06-04T03:01:46Z Ремонтная сварка корпусных деталей турбин из теплоустойчивых сталей без последующей термообработки Царюк, А.К. Иваненко, В.Д. Волков, В.В. Мазур, С.И. Тройняк, А.А. Вавилов, А.В. Кантор, А.Г. Воличенко, Н.П. Производственный раздел Рассмотрены вопросы ремонтной сварки поврежденных корпусных деталей турбин после длительной эксплуатации при рабочих параметрах пара. Предложена технология сварки с использованием перлитных электродов без последующей термообработки (высокого отпуска). Для ремонта поврежденных компонентов корпусного оборудования турбоагрегатов из литых теплоустойчивых сталей рекомендуется технология ручной дуговой сварки перлитными электродами типа Э-06Х1М, предусматривающая применение предварительного и сопутствующего подогрева с последующим термическим отдыхом. Сварные соединения, выполненные по разработанной технологии, имеют высокую трещиностойкость и требуемые механические свойства. Предложенная технология прошла успешное испытание при ремонтной сварке цилиндров высокого давления турбины К-300-240. The paper deals with the issues of repair welding of damaged basic parts of turbines after long-term operation at steam working parameters. A technology of welding with pearlite electrodes without subsequent heat treatment (high tempering) is proposed. A technology of manual arc welding with pearlite electrodes of E-09Kh1M type is recommended for repair of damaged components of basic equipment of turbo units from cast heat-resistant steels. This technology involves application of preheating and concurrent heating with subsequent thermal pause. Welded joints made by the developed technology have high crack resistance and required mechanical properties. The proposed technology has been successfully tested in repair welding of HPC of K-300-240 turbines. 2009 Article Ремонтная сварка корпусных деталей турбин из теплоустойчивых сталей без последующей термообработки / А.К. Царюк, В.Д. Иваненко, В.В. Волков, С.И. Мазур, А.А. Тройняк, А.В. Вавилов, А.Г. Кантор, Н.П. Воличенко // Автоматическая сварка. — 2009. — № 12 (680). — С. 41-46. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. 0005-111X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/101384 621.791:62-135 ru Автоматическая сварка Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Производственный раздел Производственный раздел |
| spellingShingle |
Производственный раздел Производственный раздел Царюк, А.К. Иваненко, В.Д. Волков, В.В. Мазур, С.И. Тройняк, А.А. Вавилов, А.В. Кантор, А.Г. Воличенко, Н.П. Ремонтная сварка корпусных деталей турбин из теплоустойчивых сталей без последующей термообработки Автоматическая сварка |
| description |
Рассмотрены вопросы ремонтной сварки поврежденных корпусных деталей турбин после длительной эксплуатации
при рабочих параметрах пара. Предложена технология сварки с использованием перлитных электродов без последующей термообработки (высокого отпуска). Для ремонта поврежденных компонентов корпусного оборудования
турбоагрегатов из литых теплоустойчивых сталей рекомендуется технология ручной дуговой сварки перлитными
электродами типа Э-06Х1М, предусматривающая применение предварительного и сопутствующего подогрева с
последующим термическим отдыхом. Сварные соединения, выполненные по разработанной технологии, имеют
высокую трещиностойкость и требуемые механические свойства. Предложенная технология прошла успешное
испытание при ремонтной сварке цилиндров высокого давления турбины К-300-240. |
| format |
Article |
| author |
Царюк, А.К. Иваненко, В.Д. Волков, В.В. Мазур, С.И. Тройняк, А.А. Вавилов, А.В. Кантор, А.Г. Воличенко, Н.П. |
| author_facet |
Царюк, А.К. Иваненко, В.Д. Волков, В.В. Мазур, С.И. Тройняк, А.А. Вавилов, А.В. Кантор, А.Г. Воличенко, Н.П. |
| author_sort |
Царюк, А.К. |
| title |
Ремонтная сварка корпусных деталей турбин из теплоустойчивых сталей без последующей термообработки |
| title_short |
Ремонтная сварка корпусных деталей турбин из теплоустойчивых сталей без последующей термообработки |
| title_full |
Ремонтная сварка корпусных деталей турбин из теплоустойчивых сталей без последующей термообработки |
| title_fullStr |
Ремонтная сварка корпусных деталей турбин из теплоустойчивых сталей без последующей термообработки |
| title_full_unstemmed |
Ремонтная сварка корпусных деталей турбин из теплоустойчивых сталей без последующей термообработки |
| title_sort |
ремонтная сварка корпусных деталей турбин из теплоустойчивых сталей без последующей термообработки |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2009 |
| topic_facet |
Производственный раздел |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/101384 |
| citation_txt |
Ремонтная
сварка корпусных деталей турбин из теплоустойчивых сталей без
последующей термообработки / А.К. Царюк, В.Д. Иваненко, В.В. Волков, С.И. Мазур, А.А. Тройняк, А.В. Вавилов, А.Г. Кантор, Н.П. Воличенко // Автоматическая сварка. — 2009. — № 12 (680). — С. 41-46. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. |
| series |
Автоматическая сварка |
| work_keys_str_mv |
AT carûkak remontnaâsvarkakorpusnyhdetalejturbinizteploustojčivyhstalejbezposleduûŝejtermoobrabotki AT ivanenkovd remontnaâsvarkakorpusnyhdetalejturbinizteploustojčivyhstalejbezposleduûŝejtermoobrabotki AT volkovvv remontnaâsvarkakorpusnyhdetalejturbinizteploustojčivyhstalejbezposleduûŝejtermoobrabotki AT mazursi remontnaâsvarkakorpusnyhdetalejturbinizteploustojčivyhstalejbezposleduûŝejtermoobrabotki AT trojnâkaa remontnaâsvarkakorpusnyhdetalejturbinizteploustojčivyhstalejbezposleduûŝejtermoobrabotki AT vavilovav remontnaâsvarkakorpusnyhdetalejturbinizteploustojčivyhstalejbezposleduûŝejtermoobrabotki AT kantorag remontnaâsvarkakorpusnyhdetalejturbinizteploustojčivyhstalejbezposleduûŝejtermoobrabotki AT voličenkonp remontnaâsvarkakorpusnyhdetalejturbinizteploustojčivyhstalejbezposleduûŝejtermoobrabotki |
| first_indexed |
2025-07-07T10:51:13Z |
| last_indexed |
2025-07-07T10:51:13Z |
| _version_ |
1836985084617424896 |
| fulltext |
УДК 621.791:62-135
РЕМОНТНАЯ СВАРКА КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ ТУРБИН
ИЗ ТЕПЛОУСТОЙЧИВЫХ СТАЛЕЙ
БЕЗ ПОСЛЕДУЮЩЕЙ ТЕРМООБРАБОТКИ*
А. К. ЦАРЮК, канд. техн. наук, В. Д. ИВАНЕНКО, инж., В. В. ВОЛКОВ, канд. техн. наук
(Ин-т электросварки им. Е.О. Патона НАН Украины),
С. И. МАЗУР, А. А. ТРОЙНЯК, инженеры (Трипольская ТЭС, г. Украинка),
А. В. ВАВИЛОВ, А. Г. КАНТОР, Н. П. ВОЛИЧЕНКО, инженеры (ОАО «Турбоатом», г. Харьков)
Рассмотрены вопросы ремонтной сварки поврежденных корпусных деталей турбин после длительной эксплуатации
при рабочих параметрах пара. Предложена технология сварки с использованием перлитных электродов без пос-
ледующей термообработки (высокого отпуска). Для ремонта поврежденных компонентов корпусного оборудования
турбоагрегатов из литых теплоустойчивых сталей рекомендуется технология ручной дуговой сварки перлитными
электродами типа Э-06Х1М, предусматривающая применение предварительного и сопутствующего подогрева с
последующим термическим отдыхом. Сварные соединения, выполненные по разработанной технологии, имеют
высокую трещиностойкость и требуемые механические свойства. Предложенная технология прошла успешное
испытание при ремонтной сварке цилиндров высокого давления турбины К-300-240.
К лю ч е в ы е с л о в а : ремонтная сварка, повреждения,
теплоустойчивые литые стали, корпусные детали турбин,
электроды, предварительный подогрев, термический от-
дых, ресурс
Продление ресурса работы энергетического обо-
рудования тепловых электростанций (ТЭС) воз-
можно после исследования состояния его отдель-
ных узлов и технической диагностики с целью
выявления повреждений, при обнаружении кото-
рых необходимо провести ремонтные работы для
обеспечения дальнейшей работы агрегатов. Пов-
реждения элементов оборудования, длительно эк-
сплуатируемого на ТЭС, обусловлены техно-
логическими, конструкционными и эксплуата-
ционными факторами. Одними из наиболее пов-
реждаемых элементов турбоагрегатов являются
корпусные детали турбин — цилиндры высокого
(ЦВД) и среднего давления, корпуса регулирую-
щих клапанов парораспределения, пароводяная
арматура высокого давления и др. [1]. Ряд таких
деталей имеют сложную конфигурацию и изготав-
ливаются из литых теплоустойчивых сложнолеги-
рованных сталей (15Х1М1ФЛ, 20ХМФЛ и
20ХМЛ). В корпусных деталях турбин, работа-
ющих в условиях высокого давления и темпера-
туры, имеют место повреждения в виде трещин,
вызванных ползучестью металла, термической ус-
талостью и хрупким разрушением. Эти повреж-
дения в большинстве случаев находятся на учас-
тках деталей с резким переходом толщин или в
зонах дефектов литья. Повышенная повреждае-
мость возникает также в местах сварки, которые
выполнены с нарушениями технологии [2]. Ре-
монт поврежденных деталей составляет опреде-
ленные трудности, связанные с обеспечением про-
ведения работ в производственных условиях.
Поэтому разработка прогрессивных технологий
сварки как основного способа ремонта энерге-
тического оборудования является важной и ак-
туальной задачей для продления ресурса и надеж-
ной работы энергоагрегатов ТЭС [3].
Сварка литых хромомолибденовых сталей пред-
ставляет определенные трудности и выполняется,
как правило, с применением предварительного и
сопутствующего подогрева мест сварки, а также их
последующей термической обработки. Учитывая,
что в условиях действующих ТЭС проведение тер-
мообработки отремонтированных сварных сое-
динений проблематично, весьма перспективно
применение методов сварки без послесварочной
термообработки. Работы в этом направлении вы-
полняются в специализированных организациях РФ
(ОАО «ВТИ», НПО «ЦКТИ», НПО «ЦНИИТМаш»
и др.), что нашло свое отражение в нормативном
документе РД 108.021.112–88 [4] и других
источниках [1–3, 5]. Ремонтную сварку без термо-
обработки рекомендовано выполнять аустенитными
электродами без подогрева или перлитными элек-
тродами с предварительным и сопутствующим
подогревом и фальшподогревом определенных зон
отремонтированного участка [1, 4].
Опыт использования электродов аустенитного
класса свидетельствует о значительной неодно-
родности химического состава наплавленного ме-
© А. К. Царюк, В. Д. Иваненко, В. В. Волков, С. И. Мазур, А. А. Тройняк, А. В. Вавилов, А. Г. Кантор, Н. П. Воличенко, 2009
* Статья подготовлена по результатам выполнения комп-
лексной программы НАН Украины «Проблемы ресурса и
безопасности эксплуатации конструкций, сооружений и
машин» (2006–2009 гг.).
12/2009 41
талла и механических свойств соединения, что
способствует преждевременному разрушению в
зоне перемешивания основного и электродного
материала и по линии сплавления. Повторные ре-
монты этих мест в корпусных деталях аустенит-
ными электродами сопровождаются новыми разру-
шениями и увеличивают объемы ремонтных работ.
Применение перлитных электродов по реко-
мендованным технологиям [1, 4, 5] в сочетании
с предварительным и послесварочным подогре-
вом мест ремонтной сварки обеспечивает требу-
емый химический состав и необходимый уровень
механических свойств наплавленного металла,
близкий к свойствам основного металла, что спо-
собствует получению более высокого качества
ремонта и увеличению ресурса отремонтирован-
ных деталей турбин.
В Институте электросварки им. Е.О. Патона
проведен комплекс работ по изучению возмож-
ности применения ремонтной сварки корпусных
деталей турбин из литых хромомолибденована-
диевых сталей без последующей термической об-
работки. В качестве базового принят вариант ре-
монтной сварки широко применяемой литой теп-
лоустойчивой стали 15Х1М1ФЛ перлитными
электродами. Химический состав этой стали при-
веден в таблице.
Требования к механическим свойствам
отливок из стали 15Х1М1ФЛ (по ТУ 108.671–77)
следующие: σm = 350 МПа; σв = 550...600 МПа;
δ = 22 %; ψ = 69 %; KCU = 40 Дж/см2.
Технология ремонтной сварки должна предус-
матривать меры, предупреждающие образование
холодных трещин в сварных соединениях. Тре-
щиностойкость сварных соединений можно обес-
печить выбором тепловых режимов и условий
сварки, при которых скорость охлаждения будет
способствовать формированию структуры метал-
ла ЗТВ, не склонной к образованию трещин. По-
этому в первую очередь было исследовано
влияние термического цикла сварки на структуру
и свойства литой корпусной стали 15Х1М1ФЛ.
В соответствии с построенной термокинетической
диаграммой превращения аустенита в этой стали
(рис. 1) при различных условиях нагрева и ох-
лаждения, характерных для различных условий
сварки, в интервале скоростей охлаждения
0,33...25 °С/с при 500 °С температура окончания
мартенситного превращения находится выше 290
°С, а твердость структурных составляющих нахо-
дится на уровне HV 180...340. При увеличении
скорости охлаждения выше 25 °С/с структура
стали мартенситная (рис. 2). При этом твердость
возрастает и при 100 °С/с достигает HV 390–420.
Известно [6–8], что после окончания мартен-
ситного превращения ниже 290 °С и содержании
мартенсита более 50 % возникает опасность обра-
зования холодных трещин. Поэтому при сварке
такой стали возникает необходимость применения
дополнительных мер по регулированию процесса
охлаждения зоны сварки в виде предварительного
и сопутствующего подогрева или применения спо-
собов сварки, обеспечивающих автоподогрев соеди-
нения.
В соответствии с работами [1, 3, 4] для ремонтной
сварки без последующей термообработки сталей ти-
па 15Х1М1ФЛ, 20ХМФЛ и 20ХМЛ рекомендованы
электроды типа Э-06Х1М (ГОСТ 9467–75).
Химический состав металла, наплавленного
электродами марки ТМЛ-5 (тип Э-06Х1М) в ис-
ходном после сварки состоянии следующий:
мас. %: 0,044 C; 0,25 Si; 0,56 Mn; 0,69 Cr; 0,51 Mo;
0,021 P; 0,017 S. Механические свойства наплав-
ленного металла при 20 °С: σв = 600 МПа; δ =
= 26 %; KCU = 173 Дж/см2.
Для оценки стойкости стали 15Х1М1ФЛ про-
тив образования холодных трещин и определения
Химический состав стали 15Х1М1ФЛ, мас. %
Сталь 15Х1М1ФЛ C Si Mn Cr Mo V
S P
не более
По ТУ 108.671–77 0,14...0,20 0,2...0,4 0,6...0,9 1,2...1,7 0,9...1,2 0,25...0,40 0,025 0,025
Исследуемая плавка 0,16 0,28 0,55 1,3 1,0 0,30 0,003 0,003
Рис. 1. Термокинетическая диаграмма превращения аустени-
та в теплоустойчивой стали 15Х1М1ФЛ
42 12/2009
необходимой температуры предварительного по-
догрева при ремонтной сварке проведены иссле-
дования по методу Implant (метод вставок) [9],
а также на технологических пробах Теккен и
Лихайского университета [10].
В качестве критерия трещиностойкости свар-
ного соединения в испытаниях по методу Implant
принимали максимальные (критические) напря-
жения в образцах до начала разрушения. Под на-
грузкой образцы выдерживали до 24 ч. Наплавку
при испытаниях выполняли ручной дуговой свар-
кой электродами диаметром 4 мм марки ТМЛ-5
при Iсв = 175 А. Длина валика 70 мм, время вы-
полнения наплавки 30±2 с. Наплавку выполняли
непосредственно на установке в условиях как от-
сутствия подогрева, так и с подогревом до 250 °С.
Экспериментальные данные показали, что при
сварке сталей типа 15Х1М1ФЛ имеет место обра-
зование холодных трещин по механизму замед-
ленного разрушения (инкубационный период,
период стойкого возрастания микропластических
деформаций и период ускоренного разрушения
при критических напряжениях) и, вероятно, фор-
мирование неблагоприятной структуры в зоне на-
плавки (рис. 3, а). Применение подогрева до
200 °С позволило поднять уровень критических
напряжений до 0,7...0,75 предела текучести основ-
ного металла (рис. 3, б). Предварительный подог-
рев способствует снижению скорости охлаждения
при структурных превращениях, благоприятно
влияет на характер протекания микропласти-
ческих деформаций и удаление диффузионного
водорода.
Технологические пробы для оценки трещинос-
тойкости изготовляли из литой стали 15Х1М1ФЛ
толщиной 20 мм. Ручную дуговую сварку выпол-
няли электродами ТМЛ-5 и УОНИ-13/45А на
режиме Iсв = 170...180 А, током обратной поляр-
ности. Применение электродов УОНИ-13/45 не-
обходимо для создания «мягких прослоек» при
многослойном заваривании дефектов или для
облицовки кромок выборок.
Как показали результаты проведенных испы-
таний технологических проб, для обеспечения
Рис. 2. Микроструктура (×300) стали 15Х1М1ФЛ в исходном состоянии (а) и при w0 = 0,3 (б), 1,6 (в), 100 (г) °С/с
Рис. 3. Кинетика деформаций при испытаниях стали
15Х1М1ФЛ по методу Implant: а — без подогрева; 1 —
критическое напряжение 300; 2 — 280; 3 — 240; 4 —
220 МПа; б — подогрев до 200°С; 1 — 350; 2 — 300 МПа
12/2009 43
трещиностойкости при сварке литой стали
15Х1М1ФЛ электродами типа Э-06Х1М необхо-
димо применение предварительного подогрева до
200...250 °С.
Известно [11], что свойства металла шва и ЗТВ
сварных соединений теплоустойчивых сталей в
значительной степени зависят от температурных
условий их пребывания непосредственно после
завершения процесса сварки. На повышение плас-
тических свойств и трещиностойкость сварных
соединений особенно эффективно воздействует
послесварочный отдых [12, 13]. При этом фазовых
превращений не наблюдается, но создаются бла-
гоприятные условия для удаления диффузионного
водорода в зоне сварки.
Следует отметить, что послесварочный отдых
в сравнении с высоким отпуском не снижает уро-
вень остаточных сварочных напряжений. Релак-
сация же остаточных напряжений при темпера-
туре эксплуатации незначительна. Поэтому отре-
монтированные детали турбоагрегатов могут
работать с ограниченным ресурсом (до очеред-
ного ППР). После проведения очередного обсле-
дования и технической диагностики принимается
решение о дальнейшей их промышленной эксп-
луатации.
На основании имеющегося опыта показано
[13], что для повышения трещиностойкости свар-
ных соединений наиболее эффективно приме-
нение отдыха при температуре, превышающей
температурный интервал хладноломкости метал-
ла конкретной марки стали. Исходя из этого поло-
жения, температуру отдыха сварных соединений
стали типа 15Х1М1ФЛ можно установить на уров-
не 250...280 °С.
Проведенные исследования основных техно-
логических характеристик свариваемости тепло-
устойчивых сталей для корпусных деталей турбин
на базе литой стали 15Х1М1ФЛ с применением
электродов типа Э-06Х1М позволяют подтвер-
дить рекомендации [4] о возможности исправле-
ния дефектов в литых корпусных деталях с
использованием перлитных электродов. Для ста-
билизации структуры металла в зоне ремонтной
сварки, ускорения выделения диффузионного во-
дорода и предотвращения образования трещин
после сварки необходим также послесварочный
подогрев в виде термического отдыха [11, 13].
С целью оценки автоподогрева при ремонтной
сварке корпусных деталей без подогрева и послес-
варочной термообработки был опробован способ
сварки «поперечной горкой» [14], который, благо-
даря непрерывному нанесению сварочных валиков
по всему сечению выборок дефектов, обеспечивает
автоподогрев и позволяет выполнять ремонтную
сварку без предварительного подогрева. Заварива-
ние выборок можно выполнять в нижнем, горизон-
тальном и вертикальном положениях.
Для определения стойкости соединений про-
тив образования холодных трещин при зава-
ривании повреждений корпусных деталей спосо-
бом «поперечной горки» выполняли сварку крес-
тообразных выборок. На пластине из литой стали
15Х1М1ФЛ толщиной 60 мм делали две выборки
перпендикулярно одна к другой длиной по 50 мм,
шириной 30 мм и глубиной 40 мм. Сварку вы-
полняли без применения предварительного и пос-
лесварочного нагрева как с облицовкой кромок
перед сваркой электродами УОНИ-13/45, так и
без облицовки (рис. 4, а). Заполнение выборок
выполняли электродами ТМЛ-5 диаметром 4 мм,
в обоих случаях при Iсв = 180 А. Сварку начинали
от торцов выборки.
Рис. 4. Макрошлифы заваренных крестообразных выборок на
стали 15Х1М1ФЛ: а — продольное сечение; б–г — попереч-
ные сечения соответственно в начале, середине и конце вы-
борок
44 12/2009
После сварки пробы разрезали на темплеты с
целью выявления трещин и других дефектов, а
также изучения макроструктуры. Как видно из
макрошлифов, представленных на рис. 4, б–г, ме-
талл шва и ЗТВ имеет вид, характерный для сое-
динений, выполненных обычной многослойной
сваркой. Наплавленный металл плотный, без пор,
трещин, шлаковых включений и других дефектов.
Полученные результаты позволяют рассматривать
способ сварки «поперечной горкой» как один из
возможных вариантов при устранении повреж-
дений в литых корпусных деталях из теплоус-
тойчивых сталей без применения предваритель-
ного и послесварочного подогрева.
Результаты проведенных исследований поз-
волили рассмотреть вопрос о возможности вы-
полнения ремонтной сварки без последующей
термообработки при заварке повреждений на кор-
пусных деталях турбинного оборудования в
станционных условиях. Объектом применения
предложенной ремонтной технологии сварки
была выбрана крышка корпуса ЦВД паровой
турбины К-300-240 из теплоустойчивой литой
стали 20ХМФЛ. Во время проведения капиталь-
ного ремонта блока № 3 Трипольской ТЭС было
проведено обследование ЦВД. При визуально-
оптическом контроле (ВИК) на внутренней повер-
хности наружной крышки корпуса ЦВД (рис. 5)
в районе прилива под шпоночный разъем были
выявлены несквозные трещины с минимальным
раскрытием. Турбина находилась в эксплуатации
в течение 248667 ч. Рабочие параметры пара: тем-
пература 545 °С, давление 245 атм. Для принятия
технического решения о возможности проведения
ремонтной сварки без последующей термообра-
ботки предварительно была выполнена аттестация
предложенной технологии в условиях ТЭС. Ат-
тестационные испытания проводили на образце из
литой стали 20ХМФЛ размером 500 300 60 мм.
Выборка на образце имитировала несквозную тре-
щину длиной 200 мм и глубиной 30 мм. Химичес-
кий состав металла образца стали 20ХМФЛ следу-
ющий, мас. %: 0,20 C; 0,30 Si; 0,70 Mn; 1,10 Cr;
0,60 Mo; 0,25 V; 0,25 Ni; 0,28 Cu; 0,020 S; 0,020 P.
При проведении аттестационных испытаний
отрабатывали режимы и технологию ремонтной
сварки; проводили неразрушающий и разруша-
ющий контроль качества сварного соединения
по предложенной технологии; исследовали фи-
зико-механические свойства и структуру выпол-
ненного сварного соединения и их соответствия
требованиям нормативной документации.
Аттестационные испытания проводили по раз-
работанной в ИЭС им. Е.О. Патона программе,
учитывающей все требования к проведению ре-
монтной сварки в корпусных литых деталях
паровых турбин [4].
Заварку выборки выполняли электродами ТМЛ-5
диаметром 4 мм. Электроды перед сваркой про-
каливали при температуре 400 °С в течение 2 ч.
Подогрев пластины проводили до 250 °С на
режимах: облицовка выборки при Iсв = 140...170 А;
заполнение выборки (кроме середины) при Iсв =
= 160...180 А; середина выборки Iсв = 140...170 А.
После полного заполнения выборки проводили
нагрев по режиму термического отдыха при тем-
пературе 250 °С с выдержкой 15 ч. После оконча-
ния времени отдыха соединение охлаждали со
скоростью около 50 °С/мин до снижения темпе-
ратуры пластины до 80 °С.
Качество сварного соединения оценивали ви-
зуальным контролем (раздел 16.3 РТМ-1с–89),
магнитно-порошковым методом (ГОСТ 21105–87),
а также ультразвуковым контролем (раздел 16.5
РТМ-1с-89). Проведенный контроль качества
сварного соединения не обнаружил отклонений
от нормативных требований.
Исследования механических свойств показали,
что предел прочности сварного соединения при
испытаниях образцов на растяжение находится в
пределах 530...560 МПа, а ударная вязкость на-
плавленного металла составляет 148...170 Дж/см2,
что отвечает требованиям к этой стали (σв =
= 500 МПа и ан = 50 Дж/см2 соответственно).
Проведены металлографические исследования
макро- и микроструктуры. Исследования показали
отсутствие дефектов в металле шве и ЗТВ. Твер-
дость металла шва составляет НВ 184, металла
ЗТВ — НВ 172 при допустимых для стали
20ХМФЛ НВ 104...223, а для металла шва —
НВ 150...240.
Рис. 5. Общий вид внутренней поверхности крышки корпуса
ЦВД турбины К-300-240 (стрелкой указан шпоночный
разъем, возле которого обнаружены участки с трещинами)
12/2009 45
Таким образом, проведенные испытания ре-
монтной заварки условного дефекта на пластине
из стали 20ХМФЛ по разработанной технологии
в соответствии с программой аттестационных ис-
пытаний, показали положительные результаты.
Это позволило принять техническое решение и
рекомендовать технологию для ремонтной сварки
крышки ЦВД турбины К-300-240 из литой стали
типа 20ХМФЛ. Разработан технологический про-
цесс сварки и составлена технологическая ин-
струкция по ремонтной сварке крышки корпуса
ЦВД. Выборку трещин проводили с помощью
пневмозубила и абразивных инструментов с
периодическим контролем поверхности. Характер
расположения выборок и их окончательные разме-
ры приведены на рис. 6. После выборки трещин
поверхность зачищали механическим способом и
контролировали ВИК и цветной дефектоскопией.
Результаты контроля удовлетворительные.
Заварку и последующий термический отдых
места заварки проводили согласно разработанному
технологическому процессу ремонтной сварки.
Неразрушающий контроль отремонтированных
участков показал высокое качество выполненных
сварных соединений. Блок № 3 с турбиной К-300-
240 был принят для дальнейшей эксплуатации.
Выводы
1. Исследована свариваемость типичной литой
теплоустойчивой стали 15Х1М1ФЛ, широко при-
меняемой для изготовления корпусного оборудо-
вания турбоагрегатов и пароводяной арматуры
высокого давления.
2. Показано, что при ремонтной сварке кор-
пусных деталей турбин для сварных соединений,
выполненных перлитными электродами с пред-
варительным и сопутствующим подогревом, вза-
мен послесварочной термообработки может быть
применен термический отдых.
3. Для ремонта поврежденных компонентов
корпусного оборудования турбоагрегатов из литых
теплоустойчивых сталей предложена технология
сварки, предусматривающая применение предвари-
тельного и сопутствующего подогревов с последую-
щим термическим отдыхом. При этом ресурс отре-
монтированных турбоагрегатов может быть прод-
лен на ограниченный срок.
1. Хромченко Ф.А. Сварочные технологии при ремонтных
работах. —М.: Интермет Инжиниринг, 2005. — 368 с.
2. Анохов А.Е., Корольков П.М. Сварка и термическая обра-
ботка в энергетике. — Киев: Екотехнологія, 2006. —
319 с.
3. Анохов А.Е., Хромченко Ф.А., Федина И.В. Новая техно-
логия ремонтной сварки литых деталей из хромо-
молибденованадиевых сталей без термической обра-
ботки // Свароч. пр-во. — 1986. — № 10. — С. 15–17.
4. РД 108.021.112–88. Исправление дефектов в литых кор-
пусных деталях турбин и арматуры методами заварки
без термической обработки. — М., 1988. — 15 с.
5. Анохов А.Е., Ганиев Ф.Б., Корольков П.М. Совершенст-
вование технологии ремонтной сварки и термообработ-
ки — основа продления ресурса паровых турбин // Мон-
таж. и спец. работы в стр-ве. — 2003. — № 7. — С. 7–11.
6. Макаров Э.Л. Холодные трещины при сварке легирован-
ных сталей. — М.: Машиностроение, 1981. — 247 с.
7. Гривняк И. Свариваемость сталей. — М.: Машинострое-
ние, 1984. — 215 с.
8. Шоршоров М.Х., Чернышева Т.А., Красовский А.И. Ис-
пытание металлов на свариваемость. — М.: Метал-
лургия, 1972. — 240 с.
9. Касаткин Б.С., Бреднев В.И., Волков В.В. Методика
исследования кинетики деформаций при замедленном
разрушении // Автомат. сварка. — 1981. — № 11. —
С. 1–3.
10. Касаткин Б.С., Мусияченко В.Ф. Низколегированные
стали высокой прочности для сварных конструкций. —
Киев: Техніка, 1970. — 188 с.
11. Козлов Р.А. Водород при сварке корпусных сталей. —
Л.: Судостроение, 1969. — 175 с.
12. Шоршоров М.Х., Белов В.В. Фазовые превращения и
изменение свойств стали при сварке. — М.: Наука,
1972. — 220 с.
13. Козлов Р.А. Сварка теплоустойчивых сталей. — Л.: Ма-
шиностроение, 1986. — 160 с.
14. А. с. 202383 МПК В 23 К 9/00. Способ многопроходной
сварки / С. Е. Синадский // БИ № 19 от 4.09.1967.
The paper deals with the issues of repair welding of damaged basic parts of turbines after long-term operation at steam
working parameters. A technology of welding with pearlite electrodes without subsequent heat treatment (high tempering)
is proposed. A technology of manual arc welding with pearlite electrodes of E-09Kh1M type is recommended for repair
of damaged components of basic equipment of turbo units from cast heat-resistant steels. This technology involves
application of preheating and concurrent heating with subsequent thermal pause. Welded joints made by the developed
technology have high crack resistance and required mechanical properties. The proposed technology has been successfully
tested in repair welding of HPC of K-300-240 turbines.
Поступила в редакцию 05.06.2009
Рис. 6. Схема расположения выборок трещин на внутренней
поверхности крышки корпуса ЦВД турбины К-300-240 (h —
глубина выборки)
46 12/2009
|