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阀门铸钢件 的缺陷焊补 陆文斌 圣博莱 阀门有限公司 ，上海 2 0 1 5 0 6 摘要简单分析了阀门铸钢件缺陷的产生原因，介绍了缺陷的焊前与焊后处理及焊补工艺，推荐 了不同材质铸钢件缺陷补焊对应的电流和焊条参数，总结了重要焊补的无损检测、焊补区缺陷等 级评定及焊补区域硬度检测方法，为阀门铸钢件的缺陷焊补提供 了经济、有效的实用经验。 关键 词铸钢件 ；阀 门；铸造 缺 陷；焊补 中图分类号T G 2 4 5 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 3 3 3 2 0 2 0 1 4 0 4 0 0 4 3 0 4 Repa i r W el d i ng of De f ec t s f or Val ve St eel Ca s t i n gs LU W en bi n S a n b o r a V a l v e Co ． ， L t d ． ， S h a n g h a i 2 0 1 5 0 6 ， C h i n a Abs t r ac t The c a us e s o f va l ve s t e e l c a s t i ng de f e c t s we r e a n a l y z e d s i mpl y ．Th e d e f e c t t r e a t m e nt s b e f o r e a n d a fte r we l d i n g a n d t h e r e p a i r we l d i n g we r e p r e s e n t e d ． Th e c o r r e s p o n d i n g e l e c t r i c c u r r e n t a n d we l d i n g r o d p a r a me t e r s f o r d i f f e r e n t s t e e l c a s t i n g ma t e r i a l s we r e c o mme n d e d ． Th e me t h o d s o f NDT ． d e f e c t r a t i n g a n d h a r d n e s s me a s u r e me n t for r e p a i r we l d i n g z o n e we r e s u mma r i z e d ． An e c o n o mi c a n d e f f e c t i v e p r a c t i c a l e x p e r i e n c e i S p r o v i d e d f o r t h e r e p a i r we l d i n g o f s t e e l c a s t i n g d e f e c t s ． Ke y wo r d s s t e e l c a s t i n g ； v a l v e ； c a s t i n g d e f e c t ； r e p a i r we l d i n g 在 工业管线 的承压 阀 门中，铸钢 阀 门因其成 本 的经济 性和设 计的灵活 性得 到广泛运用 。但 由 于铸造工 艺受 到铸 件尺 寸和壁 厚、气候 、原材料 及 工人操 作上 的种种制 约 ，铸件 经常会 出现如砂 眼 、气孔 、裂纹 、缩松 、缩 孔 、夹 杂物等 各种缺 陷。其 中尤 以砂 型铸造 的合 金钢铸 件更 为 明显 ， 因为钢 中合金元 素越多 ，钢 液 的流动性就 越差 ， 铸 造缺 陷就更 易产 生 。对 于 阀门铸造厂 或 阀门主 机加 工厂 ，在发现铸 件缺 陷后如何 判别 ，如何制 订合 理 、经济 、实用 、可靠 的焊补 工艺确 保焊补 后 的 阀门无质量之 忧 ，特别 是用 于核 电、水 电、 石化 裂解 等重要 部位 阀门的安全 使用 ， 已成为 阀 门行业共 同关注的焦点。 以往 ， 阀门主机加工 厂 由于 不 了解热 加工特 点 ，对 承压 铸 件 的焊补 多 持疑虑 ，但 随着射 线 、 超声、磁粉 、着色等探伤检测手段的运用，阀门 铸 件 的焊 补 已成 常规 手 段 。 日本 阀 门界早 就 认 为 “ 随着焊接技术和检 验技术的发展 ，铸件焊补 已被看作是制造过程 的一部分 ” J I S G 5 1 0 1 碳钢铸 件说 明 。铸 钢件焊补 时需要 关注 ①焊条 的材质 牌 号 ，是 “ 等 强 匹配 ”还是 “ 超 强匹配 ” ； ②部分 钢种 铸件 的焊前 预热 和焊 后 的消应力处 理措施 ； ③属 “ 重要焊 补 ”的铸件焊后射 线探伤 是否符合 要求 的等级 。本文 介绍几种 常见铸钢件 的缺 陷焊 补方 法和经验 ，提供 业 内人 士借鉴 。为贴近生产 实际 ，焊条仍然采用原牌号标注。 1 铸件的焊补 1 ． 1 缺 陷的判 断 在生产 实践 中，加工厂对 下列铸件 缺陷一般 定义为不允许焊补 贯穿性裂纹 ； 穿透 性缺 陷 穿 底 ； 蜂窝状气孔 ； 无法清 除的夹砂 、夹渣 ； 面积超 过 6 5 c m2 的缩松 。还有双方合 同中约定 的其他不 能焊补的重大缺陷。 收稿 日期 2 0 1 3 1 卜0 3 作者简介陆文斌 1 9 5 3 一 ，男，工程师，主要从事阀门金属材料的技术研究和质量工作 z 。 年 第 期 l 4 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 ． 2 缺陷的清除 在 工厂 里 一 般 可采 用 碳 弧气 刨 吹去 铸 造 缺 陷，然后用手提 角磨机打磨缺 陷部位至露 出金 属 光泽 。但生产 实践中更多 的是直 接用碳钢焊条 大 电流 “ 熔 去 缺 陷 ” ，并 用 角磨 机 磨 出金 属 光泽 。 一 般 铸件 缺 陷剔 除 ，可 用 4 mm的J 4 2 2焊条 、 l 6 0 ～ 1 8 0 A电流将缺 陷熔 净 ，角磨机将缺 陷 口打 磨 成 “ U”形 ， 以减少施 焊应 力 。缺 陷清 除非 常 关键 ，直接牵涉焊补质量 。 1 ． 3 缺 陷的预热 碳素钢和 奥 氏体不锈钢铸件 ，凡补焊面积 小 于 6 5 c m2 、深度 小于铸 件厚 度 的 2 0 ％或 2 5 mm 的，一般无需预热 。但Z G1 5 Cr l Mo 1 V、 Z GC r 5 Mo 等珠光体钢铸 件 ，由于钢 的淬硬倾 向大，冷焊 易 裂 ，应作预热处理 ，预热温度 为 2 0 0 4 0 0℃ 用 不锈钢焊条焊补 ，温度取低值 ，保温时间应 不少 于 6 0 mi n。 如铸件不能整体预热 ，可用氧一 乙炔在缺 陷部 位扩 展 2 0 mm后加热至 3 O 0 ～3 5 0℃ 背暗处 肉眼 观察微 暗红色 ，大号割炬 中性焰枪先在缺 陷处及 周边做 圆周快速 摆动几分 钟 ，然后 改为缓慢移动 保持 l 0 mi n 视缺陷厚度而定 ，使缺 陷部位充 分 预热后迅速补焊 。 1 ． 4 缺陷补焊的参数 不 同材质铸钢件缺 陷补焊对应 的 电流 、焊 条 如表 l 所示。 表1 缺陷补焊的电流、焊条对应表 不锈钢焊条只适用于焊补缺陷深度小于2 0 ％ 壁厚的铸件。 1 ． 5 补 焊注意 事项 1 对于奥 氏体不锈钢铸件 ，应在通风处进行 补焊 ，使之 快速冷却 ；对 于珠光体低合 金钢铸件 和焊补面积 过大 的碳钢铸件 ，则应选 背风处或用 挡风板遮挡 ，避免快冷造成裂纹 。 2补 焊 一 个 堆 层 的 ，焊 补 后 应 立 即清 除 药渣 ，并用 羊角 锤沿 缺 陷中心 向外均匀 地锤 击 ， 以降低 焊 补应 力 。如焊 补 要 分几 层 进 行 一般 3 ～4 mm为一个 补焊层 ，则每层 补焊 后均 要及 时清除药渣 和锤击焊补 区域 。如在冬季施 焊 ，像 Z G1 5 C r l Mo l V、 WC6 、 WC 9之类 的珠光体合金钢 铸件，每焊补一层还应用氧一 乙炔反复加热，再迅 速补焊 ，以避免产生焊接裂纹 。 4 4 I zⅢ 年 第 期 1 ． 6 焊条 的处理 在焊补前 ，应首先检 查焊条是否 已经预热 ， 一 般焊条应经 1 5 0 2 5 0℃烘干 1 h 处理 。预热 后的 焊条应置于通 电的保温桶 中，做到随用 随取 。 凡 焊条 己反 复 预 热 三 次 ，其 表 面 药 皮有 脱 落 、开裂和 生锈现象的，应不予使用。 1 ． 7 承压铸件的焊补次数 阀门壳体 经试压渗水 ， 同一部位一般 只允许 焊补 一次 ，不 能重复焊补 ，因为多次焊补 会使钢 中晶粒 粗大 ，影 响铸 件 的承压 性能 ；除非铸件可 以在焊 后重新进行 热处理 。其 他非承压 同一部位 的补焊 ，一般规定不超过三次 。 同一部位 的补焊超过 二次 的碳钢 、合金钢铸 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 件，焊后应作消除应力处理，并使之缓冷 。 1 ． 8 焊补层高度 铸件 的焊补 高度 ，操作 上一般 掌握在 高 出铸 件平 面2 mm左右 ，以利机加工 。焊补 层太低 ，机 I H q - 后 易露 出焊疤；过 高，则 费时费力 。 2 焊补 后 的处 理 2 ． 1 重要 补焊 凡属 水压试验 有渗漏 的铸 件 ，其 焊补面积 大 于 6 5 c m2 、深 度大于 铸件壁 厚的 2 O ％或 2 5 mm， AS T M A2 1 6 ／ A2 1 6 M一 2 0 0 7 高温用 可熔焊碳钢 铸 件标准规范 中均认为是 “ 重要补焊 ” 。对 于 “ 重 要补焊 ” ， A2 1 6标准 中又进一步提出 “ 都应进行去 应力处理或完全再加热处理 ” ，而 “ 这种去应力处 理或 完全再加 热处理 ，必须用 经审 定合格 的方 法 进行 ” ，即 “ 重要补 焊 ”需制 订补焊 工艺 。 AS T M A3 5 2 ／ A3 5 2 M． 2 0 0 6 低温承 压用铁 素体和 马 氏体 铸钢件 标准规 范 中更是强调 “ 重要补 焊 ”后 的 去应 力或焊后热 处理是 “ 强制 要求 ” 。而与A2 1 6 ／ A2 1 6 M相对应 的我 国行 业标准J B／ T 5 2 6 3 --2 0 0 5 电站阀 门铸钢件 技术条件 中，将 国外标准 中的 “ 重要补焊 ”定义为 “ 重缺陷” 。 但事 实上 ，除铸 件毛坯可 以完全 再加热处 理 外 ，许 多缺 陷往往是在精 加工过 程 中才被 发现 ， 已无 法 再进 行 完 全 热 处 理 。如 闸 阀二 通 径 与 二 法兰 相交处 的热节 ， 由于壁厚 厚大 ，可 能存在缩 孔缺 陷 。但这 种缺 陷在 铸件 内部 ，只有 去除法 兰 端变 为焊接坡 口时才会被 发现 ，还有 阀 门法兰上 的砂 眼、气孔 等缺 陷，也是在机 加工 中才能被 发 现 ，但 此 时精 加工 己基 本完成 ，根本无 法再进行 完全 再加热处 理 。因此 ，生产 实践 中，通常是 由 有经验 并持压 力容器焊 接证书 的焊工 ，在现场用 简便、行之有效 的方法解决铸件缺 陷。 2 ． 2 氧一 乙炔去应力 精加工后 发现 的缺陷焊补 已无法进 行整体 去 应力 回火处理 ，一般可对缺 陷部位进行氧一 乙炔 火 焰局部 加热 回火 。用大 号割炬 中性火焰在 碳钢 、 低合 金钢铸件 的缺 陷部位 来 回缓 慢摆动 ，加热 至 铸件表面 出现 肉眼可见暗红色 ，约6 5 0 ～7 4 0℃进 行保温，保温时间按2 m i n ／ mm计算，但不得短于 3 0 mi n 。去应 力处理后应 立 即在 缺 陷处 盖上石棉 布 。如 缺 陷位 于 阀门通径 上 ，焊 补 时还应 在通径 内腔填塞石棉布 ，使之缓冷 。初 次使用氧一 乙炔 预 热或去应 力 ，可借 助测温 计 ，熟练后 可凭 肉眼判 断 。此操 作既简便 又经济 ，但操作者 要有一定 实 践经验 。氧一 乙炔去应力一般认为可消除焊接应 力 的5 0 ％～6 0 ％，而焊 补 区的硬度一 般都 能降到希 望值 。 不锈 钢铸件在 焊补后 一般不作处 理 ，但应在 通 风处施焊 ，使焊 补区快冷 。焊补后表 明 已引起 奥 氏体组织 的改变 ，或属于 “ 重缺 陷” ，在合 同和 条 件许 可下 ，应重 新进行 固溶化 处理 ； 但 固溶化 处 理一般只 能做两 次 。面积过 大且过深 的碳钢铸 件和 各种珠 光体铸件 ，处于铸件 清整 阶段 ，或虽 进入 粗加工但 留有精 加工余量 的 ，应在焊补 后作 去应力处理 。 碳钢 去 应力 回火 温度 可 设为6 0 0 ～6 5 0℃ ， ZG 1 5 Cr 1 MO 1 V和 ZGC r 5 MO回 火温 度 均 可 设 为 7 0 0 ～ 7 4 0 ℃ ，Z G 3 5 C r M O回 火 温 度 设 为 5 0 0 45 5 0℃ 。所有钢种铸件去应力 回火 的保温时 间均 不少于1 2 0 mi n ，并 随炉冷 却到1 0 0℃以下 出 炉 。 2 ． 3 重要焊补的无损检测 对于 阀 门铸件 的 “ 重缺 陷”和 “ 重要焊补 ” ， AS T M A2 1 7 ／ A2 1 7 M一 2 0 0 7中规 定 如铸件生产符 合S 4 磁粉检查 补充要求的规定，补焊要采用检 查铸 件 同一质量 标准 的磁粉 检验来 检查 ； 如铸 件 生产符合S 5 射线照相检查 补充要求 的规定 ，对 于水 压试验渗 漏 的铸 件 ，或准 备补焊 的任 何凹坑 深度超过壁厚 的 2 0 ％或 1 i n 2 5 mm的铸件 ，以 及准备补焊 的任何凹坑面积约大于 1 0 i n 2 6 5 c m 的铸件 的补焊 ，都要采 用检查铸件 同一标准 的射 线检验进行检查。 J B ／ T 5 2 6 3 --2 0 0 5 中规 定 重缺 陷补焊后应进 行射 线或超 声检 测 。即对于重缺 陷和重要补 焊 ， 必须 要进行有 效 的无 损探伤检 查，证 明合格 后方 能使用 。 2 ． 4 焊补 区缺陷等级的评定 对 于 焊 补 区 域 无 损 检 查 缺 陷 等 级 ，J B／ T 3 5 9 5 --2 0 0 2 电站 阀 门一般要求 中规定 ，电站 阀的铸钢件阀 门坡 口和补焊部位应按GB ／ T 5 6 7 7 1 9 8 5 进行 评 定 ，三 级合 格 ； 阀 门对接 焊 缝应 按 GB／ T 3 3 2 3 1 9 8 7 进 行 评 定 ，二级 合格 。J B／ T 6 4 4 0 --2 0 0 8 阀门受压铸钢件射线照相检 测中 z 。 年 第 期 l 4 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 画 铸 造 工 程 Foundry Engineering 对铸 件 中同时存在 两种不 同等 级缺陷也给 出了 明 确 意见 在评 定区同时存在两类 或两类 以上 且等 级不 同 的缺 陷时，取其 中最低 等级定为综合评 定 等级 ； 同时存在 两类 或两类 以上 且等级相 同的缺 陷时，其综合等级应 降低一级 。对 于补焊 区缺 陷 的夹 渣 、未熔合 、未焊透 ， J B ／ T 6 4 4 0 -- 2 0 0 8 中 明确 其可视为铸造缺 陷 的夹渣来评 定 ，补焊 区缺 陷的气孔可视 为铸造 缺 陷的气孔评 定 。但一般 工 况 阀门 的订货合 同中，通常都不标注 阀门铸件 等 级 ，更少在合 同中注 明缺 陷补焊后 的合格等级 ， 这往往给生产 、检验和销售人员带来诸多困惑 。 根据 我 国 目前铸 钢 件 的实 际质 量 水 平 和 多 年经验 ，焊补 区域评 定的等级一般认 为不应低于 GB ／ T 5 6 7 7 1 9 8 5 铸钢件射线照相底片等级分类 方法 中的三级 ，也 即AS ME E 4 4 6 b 标准规定 的 I I I 级标准 。耐酸 、耐蚀 管线工况 的铸 钢 阀门，高 温 、高压 铸钢 阀门的壳体承压部位 ，一般应达到 AS ME E 4 4 6 b I I 级或 以上标 准 。射线检 查实践表 明，由有 经验 的焊工焊补 的缺 陷区域 ，熔 敷过程 中生成 的缺 陷甚至 比铸件 本身还要少 ，评定等级 更高。 2 ． 5 焊补 区域的硬度检测 假如 回火温度不够或 时间不足 ，造 成补焊区 域 熔敷金属 的强度 很高 ，塑性变差 ，补焊 区域硬 度 高 ，机加工 时易导致刀具崩裂 。若母材和熔 敷 金 属性能不一致 ，还容 易造成 局部应力集 中， 出 现 补焊过渡交 界的明显痕迹 。因此 ，补焊 区域 需 要用硬度值来鉴定和检测 。 用手 提砂轮机轻 轻磨平补焊 区域 ，采用便 携 式布 氏硬度 计锤击三个 点 ，将焊补 区硬度值与铸 钢件本身硬度 值进行 比较 。如果两个 区域 的硬度 值相 近 ，则说 明氧一 乙炔 回火处 理基 本成 功 ；如 果焊 补 区硬度值 大 于铸钢 件 本身硬 度2 0 HBW 以 上 ，建议返 工，直至硬度 达到与母 体接近为止 。 特 别是石化行 业用于含硫 化氢介质 的承压设备 ， ANS I ／ NACE MR0 1 7 5 ／ I S O 1 5 1 5 6 ． 2 油 田和天然 气工业一 含H S 的使用和天然气 生产 环境 中所使用 的材料 中规 定 ，焊补后 必须进行硬度 测定 ，使 基体 、热影 响区和焊补 区硬度 保持在材 料规定 的 最高硬度范围 内才可使用。 碳钢 、低 合金钢承压铸钢 件经热 处理后 的本 身硬度值一般设计在1 4 0 2 0 0 HBW，铸件硬度太 低 或太高都不利 于机加工作业 。缺 陷焊补 后如焊 补 区硬度过高 ，会使其塑性 下降、强度增 高 ，降 低 阀门等承压设备壳体承载 的安全 性能。 3 结语 铸钢 件 缺 陷 的科 学焊 补 是 一 项节 能 的再 制 造工程 技术 。在现代 化测试手段 配合下 ，无 论是 铸造厂 还是主机加 工厂 ，都应在 焊补 的工具 、焊 材 、人 员和工艺上 不断加 以创新 改进 ，真 正实现 制造与 维修的一体化 ，推进这项 可持续发展 的再 制造工程技术 。 高强高韧镁合金 的研发和应用取得新进展 中科院长春应用化学研究所与临江市东锋有色金属股份有限公司、一汽铸造有限公司、扬州宏福铝合金有限公司、长 春中科希美镁业有限责任公司合作，在 “ 高强高韧镁合金的研发和应用”方面取得新进展，并荣获2 0 1 3 年吉林技术发明一 等奖。 长春应 化所科研 人员在 国家8 6 3 I 中科 院知识 创新工程 重要 方 向项 目资助 下 ，针对 国家 重大战 略需求 ，系统 开展 了高 强高韧镁合金的研发。针对国外专利的Z K 6 0 镁合金在高温时力学性能较差的弱点，创新性地提 出通过添加稀土钇 Y和 钆 Gd 的合理配比，通过Y D G d 较大的凝固系数与z n 较小的凝固系数匹配，抑制z n 在镁合金中的热裂，发明了高强高韧 镁合金；针对高价值稀土钕 Nd 资源浪费大、成本高的弱点，提出采用大量过剩、廉价L a ／ Ce 混合稀土、富钇混合稀土 为原料，研发低成本耐热抗蠕变稀土镁合金，从而解决了传统镁合金强度低、耐热抗蠕变性能差的关键问题 。 该成果研发的耐热抗蠕变稀土镁合金材料首次应用于一汽集14 6 0 马力发动机汽缸罩盖；在长春中科希美镁业有限责 任公司实现了产业化 ，为国内外5 0 多个单位提供高性能镁合金用于科研和产品研发。该成果不仅显著推进了高性能镁合金 基础研究的发展，也为高性能镁合金在航空航天、汽车和轨道交通的应用奠定了基础。 摘 自 苏 州压铸 2 0 1 4 ／ 1 4 6 l z 。 年 第 期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m