泵壳渗漏修复焊接.doc

水泵泵壳修复
马保华
关键词： 水泵 泵壳体 修复
前言：
武钢能源动力总厂供水厂23号水站TP系列高压水泵为能源动力公司受控关键设备，该系列共有水泵六台，可互为备用机组，运行方式为四开两备。水泵型号为350S125，长沙水泵厂制造，功率为274kW，流量1120m3/h，扬程95米，出口压力1.6MPa，主要负责向武刚7号高炉风口小套冷却供水。该系统自2006年投产以来，一直较为正常运行，其中TP1水泵由于经长期运行，泵壳底部出现漏水现象，不能正常运行，导致系统备用机组紧张，影响高炉安全稳定运行。
一.问题的提出及要求
将水泵分解检查后，发现泵壳底部半圆形凹槽边缘出现蜂窝状气孔（如图1、图2所示），因为没有备件进行更换，为了达到安全运行要求，需要对受损水泵图1泵壳内侧气孔原始图 图2 泵壳内侧清除表面锈、渣情况图 及时进行修复。经讨论决定采取敷焊修复方法。修复要求包括以下几个方面：一是彻底清除泵壳底部蜂窝状气孔；二是补焊处部位的强度不低于母材强度；三是补焊处要尽量降低内应力和防止白口化。
二.焊接性分析
TP1水泵泵壳的材质为灰口铸铁HT150C%=2.5-4.0Si%=1.0-2.5Mn%=0.5-1.4微量S、P，其组织为珠光体+铁素体，焊接性差。灰口铸铁的碳以石墨的形式分布于铸铁基体中，由于片状的石墨割裂了铸铁的基体组织。因此，灰口铸铁的抗拉强度低，几乎无塑性，当温度达到860℃时，原来灰口铸铁中的游离状态的石墨开始部分融入铁中，温度越高，溶于铁中的石墨也就越多。在急速冷却条件下，熔入铁中的碳来不及以石墨的形式逸出，呈渗碳体出现，即白口组织。
2、产生白口组织的原因是，在焊接池中的石墨化元素碳、硅等不足，在窄小的高温熔合区被产生的白口组织硬且脆，焊后难于机械加工，甚至会导致焊缝开裂。防止产生白口组织的措施是：调整焊缝的化学成分，增加石墨化元素的含量，使焊接材料中的碳、硅含量要比母材高，特别是冷焊灰口铸铁时，焊条中的含硅量可高达4.5%，焊后缓冷和延长熔合区处于红热状态的时间，使石墨充分逸出。

3、在焊缝的热影响区内易出现裂纹。
裂纹是焊接灰口铸铁的主要问题，裂纹出现在焊缝金属中，也可出现在母材上，一般出现在近缝区，裂纹可能是纵向、横向或是横斜向裂纹，由于灰口铸铁几乎无塑性，不能发生任何塑性变形，且强度低。所以在焊接应力及组织应力的共同作用下，当局不应力大于强度极限时，就会产生裂纹，严重时会使焊缝金属和母材分离，即“剥离”。
4、产生剥离的原因是，焊缝强度高于母材强度或是结合处产生白口时，由于白口组织的收缩率（1.6%~2%）比灰口铸铁的收缩率(0.9%~1.8%)大，且塑性差而产生剥离。
5、灰口铸铁在铸造过程中经常产生气孔、渣孔、夹砂、缩孔、裂缝、浇注不足等缺陷，也存在使用过程中水的冲刷，机械运行磨损以及自然损耗等原因，对不同缺陷部位及损坏程度应根据铸造件损坏部位的程度采用不同的工艺进行焊补修复，铸件的焊接方法很多，手工电弧焊，气焊，钎焊，氩弧焊等，按照工艺方法有热焊，半热焊，冷焊三种。由于泵壳体积比较厚大，加热困难，所以决定采用手工电弧冷焊法，其优点是焊前不预热，焊接过程中也不需要辅助加热，可大大提高工作效率，降低成本，焊工劳动条件好，可减少焊件因预热时受热不均匀而产生的变形和内应力造成裂纹。
三.焊接材料的选择
焊接材料的选择原则是应在满足强度的前提下使焊缝金属具有较好的焊接性及加工性。铸铁焊条虽然可保证与母材同质，但对冷却速度很敏感，而采用非铸铁型的镍基焊条为佳，见表（1）
表（1）镍基焊条熔敷金属力学性能
焊条牌号
Z308
Z408
Z508
熔敷金属抗拉强度/MPa
≤250
≤400
≤200
铸铁对接强度/MPa
150~200
300~500
80~120
熔敷金属硬度HV
130~170
160~210
150~190
热影响区硬度HB
≤250
≤300
≤300
由表（1）可知，Z308焊条焊缝的热影响区硬度最低，强度也能满足要求，在以中小电流焊接时，半熔化区的白口层最薄，且呈断续状态，但与铸铁结合不如Z408，焊缝金属硬度比母材低得多，Z508焊条强度虽能满足要求，但与铸铁的结合性差，焊缝收缩率较大2%，焊缝金属硬度偏低，热影响区的硬度与Z408相当，Z408焊条的焊缝金属强度高于木材强度，但其硬度与母材接近，与铸铁的结合性最好，第一层焊缝受母材稀释后w(Ni)约为35%~40%，线膨胀系数最小，以后各层焊缝金属的塑性好，加之采取锤击焊缝等工艺措施，使焊缝剥离的可能性很小，抗裂性强，热影响区的硬度也偏高，同时热影响区和白口层指出现在徐切削加工的木材商，且泵壳底部不需机械加工，综合上述分析，决定采用Z408焊条进行补焊。
四.补焊工艺及补焊结果
1、用氧—乙炔熔焰将缺陷部位的油污，铁锈等清理干净，用角向内磨机（由于缺陷处于90°夹角，角向内磨机磨不到此处）尖头将缺陷处及周围磨出金属光泽，然后用丙酮清洗干净。
2、将焊条进行150℃烘烤，保温1小时。
3、用电弧焊中小电流分段焊，有意识将缺陷中心最薄处焊穿一个小孔，以消除应力，控制每道焊缝的厚度，多层多道焊，直流反接，层间温度应低于150℃，用红外测温仪测温，焊机采用MS-400时代牌逆变直流焊机。
五.焊接过程
1、在缺陷四周用φ3.2mm焊条焊接第一层，焊接电流80~90A，焊条不允许作横向摆动，朝一个方向施焊，焊接时填满弧坑，并把电弧引到起弧处息弧起到退火及减少白口的作用。
2、第二层焊缝与第一次相似，但必须将应力孔焊满，立即用带圆弧（φ2mm）的尖头小锤快速轻击焊缝，以细化晶粒，并仔细观察有无裂纹及未熔合现象。
3、第三层焊道焊接电流110~120A，连续焊接从缺陷四周向中心点焊，一定要填满弧坑，焊缝表面要饱满，全部焊完后轻快锤击焊道直至冷却室温。
壳体补焊后使用至今补焊处完好，经几次检查未发现任何异常情况，说明所用补焊工艺合理。
六.经济效益
1、直接经济效益
如果故障水泵不能成功修复，需要更换新泵，查询得知一台该型号水泵需19.5万元，因此可以节约备件费用19.5万元。
另外如故障水泵不能及时修复，造成软水泄漏，泄漏量在100m3/天左右，软水价格按2元/吨计算，因目前公司内部没有同类型备件，而且备件控制很严，难以采购，即使公司同意采购备件，水泵备件到位也得二个月左右，因此造成的软水损耗费用为：100×2×60＝12000元。
因此直接经济效益为19.5+1.2=20.7万元
2、间接经济效益
如果因故障机组不能及时修复，而其他在线运行机组出现故障，将直接影响高炉生产，造成的损失将不可估量。
另外本次修复为今后处理同类型故障积累了经验。