Reparo por revestimento de válvulas de regulação de alta pressão

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Reparo por revestimento de solda em válvulas de regulação de alta pressão. Todos devem continuar a encontrar maneiras de compensar as deficiências ou de melhorar os métodos de manutenção para economizar energia. A falha no funcionamento das válvulas de regulação de alta pressão pode afetar seriamente a operação segura e estável da unidade. Através da inspeção detalhada da válvula, foi constatado que o assento da válvula de regulação de pressão alta havia afundado 10 mm, o que fez com que o saliência de orientação do disco da válvula se separasse do canal de orientação, impedindo assim a regulação adequada do vapor. Considerando que o tempo disponível para reparos de emergência é curto, e que é difícil restaurar a situação do assento da válvula no local, decidiu-se optar por um tratamento de revestimento por soldagem, visando aumentar a altura dos saliências guia, a fim de restabelecer a função original da válvula de regulação de alta pressão. 1 Plano de reparo da válvula reguladora principal de alta pressão 1.1 Mecanismo de funcionamento do saliência de orientação da válvula A válvula reguladora principal de alta pressão das turbinas do tipo N300‑16.7/537/537‑3 é composta por 1 válvula principal e 2 válvulas reguladoras. A válvula reguladora de alta pressão serve para controlar a quantidade de vapor que entra no cilindro de alta pressão. Durante a operação da unidade, o atuador hidráulico atua como um dispositivo de elevação mecânica, fazendo com que o saliência de orientação da válvula se mova para cima e para baixo ao longo do canal de orientação, controlando assim o grau de abertura da válvula. Durante a operação da unidade, o vapor a alta temperatura no válvula de regulação é de 16,7 MPa e 537°C; o saliência de orientação suporta principalmente as tensões térmicas e certas tensões de cisalhamento circunferencial. O diâmetro de encaixe entre a placa da válvula e o assento da válvula do regulador de alta pressão nº 1 é de 170 mm. A estrutura da placa da válvula é mostrada na Figura 1. As dimensões dos saliências de orientação são de 55 mm × 30 mm × 10 mm (altura × largura × espessura). O material do disco da válvula é feito de aço ligado 20Cr3MoWVA. Para melhorar a resistência do disco à erosão causada pela vaporização da água, sua superfície é submetida a um tratamento de nitretação em altas temperaturas. 1.2 A escolha dos materiais para solda por empilhamento e dos equipamentos de soldagem deve levar em consideração as condições de funcionamento da válvula reguladora. O saliência de orientação da válvula precisa ter resistência suficiente às altas temperaturas, além de possuir uma certa resistência ao desgaste. Dada a necessidade de reparos urgentes pela equipe de manutenção, não foi possível adquirir os materiais mais adequados. Portanto, com base nos princípios de seleção dos materiais para soldagem por revestimento e na análise das propriedades mecânicas de cada material, foi escolhido o fio de solda TIG-R34 (12Cr2MoWVTIB, Φ2,5 mm), que possui características semelhantes às do material base. O equipamento de soldagem utiliza o Lincoln V300-1 e ferramentas complementares para soldagem por arco de argônio ； O monitoramento da temperatura é feito com o termômetro infravermelho MX2, da empresa americana. 2 Análise das propriedades de soldagem é realizada com base na fórmula do equivalente de carbono. A principal característica do material 20Cr3MoWVA é a presença de grandes quantidades de carbono e elementos de liga; durante a soldagem, é fácil que ocorra a formação de estruturas endurecidas nas zonas de solda e de tratamento térmico. Quando a rigidez da peça soldada e as tensões nas juntas são elevadas, é provável que surjam fissuras por resfriamento. As discos de válvula submetidos ao tratamento de nitretação apresentam uma dureza de superfície de até HV900, o que faz com que sejam extremamente suscetíveis à formação de rachaduras durante a soldagem. 3 Processo de soldagem por camadas 3.1 Fluxo do processo: lixamento e limpeza antes da soldagem – pré-aquecimento – soldagem por camadas – tratamento térmico após a soldagem – usinagem após a soldagem. 3.2 Preparação antes da soldagem: Primeiramente, use uma lixa angular para lixar completamente a área a ser soldada, removendo assim a camada de nitretação dentro de um raio de 20 mm ao redor dessa área. A profundidade de lixamento deve ser superior a 0,4 mm. É necessário também medir a dureza da área lixada, garantindo que ela atinja o valor entre HB185 e HB321. De acordo com a norma de teste JB4730－94, deve-se verificar que a superfície dos saliências guia após o polimento não apresente defeitos como rachaduras ou inclusões; apenas quando atingir o padrão de nível I é que se considera aceitável. Em seguida, limpe a área de solda da válvula e os 50 mm ao redor dela com propano, para garantir que não haja água, óleo ou outros contaminantes ； Use lixa para remover sujeiras como óleo e ferrugem da superfície do fio de solda por arco de argônio. 3.3 O processo e os parâmetros de soldagem utilizam o método de aquecimento com chama de oxigênio e acetileno para o pré-aquecimento antes da soldagem. A temperatura de pré-aquecimento é de 350 a 400°C, sendo que a temperatura é medida com um termômetro. A área de solda da válvula fica exposta, enquanto as outras partes são revestidas com tecido de amianto para evitar queimaduras causadas pelo arco elétrico. Parâmetros de processo: I = 80–90 A; fluxo de gás argônio: 8–10 L/min; polaridade: corrente contínua direta; faixa de tensão: 10–15 V; velocidade de soldagem: 30–45 mm/min; largura de cada movimento de balanço: ≤10 mm; espessura de cada camada depositada: ≤4 mm. A soldagem começa quando a temperatura de pré-aquecimento é atingida. A temperatura entre as camadas deve ser mantida entre 300 e 400°C. Não é permitido que surjam quaisquer defeitos durante o processo de soldagem. É necessário verificar com atenção as áreas onde a solda começa e termina; caso sejam encontrados defeitos, eles devem ser removidos imediatamente com uma esmerilhadeira angular. Para garantir a margem de usinagem, de acordo com as dimensões de revestimento indicadas no desenho, o diâmetro externo aumenta em 5 mm, o diâmetro interno diminui em 5 mm, e a espessura do revestimento é de 13 mm. Depois que a soldagem em camadas for concluída de um lado, procede-se à soldagem do outro lado. Após a soldagem, o local soldado é revestido com algodão refratário de sílica de alumínio para um resfriamento lento. Quando a temperatura do local soldado atinge 100–150°C, é realizado imediatamente um tratamento térmico local pós-soldagem. O tratamento térmico é realizado por aquecimento com chama, até atingir 640–660°C, mantendo essa temperatura por 30 minutos. É feita a medição da temperatura com um termômetro. A velocidade de aquecimento e de resfriamento deve ser inferior a 300°C/h. O resfriamento até abaixo de 300°C não precisa ser controlado; para acelerar o resfriamento, utiliza-se um revestimento de fibras de sílica-alumínio. 4 Inspeção pós-soldagem: Após a soldagem por revestimento e o processamento mecânico da válvula, são realizadas inspeções por detecção por permeação e ultrassom. Os soldados não apresentam defeitos como fissuras, inclusões ou porosidades; a qualidade do revestimento atende aos requisitos da classe I da norma JB4730‑94 ； Foram realizados testes de dureza na superfície processada, e o valor médio de dureza foi de HB241, valor semelhante ao da matéria-prima original, o que atende às exigências de desempenho do componente. 5 Conclusões sobre a reparação por revestimento do válvula de regulação de alta pressão: Após quase 1 ano de funcionamento da válvula principal de regulação de alta pressão da Unidade 2, após sua reparação por soldagem, foi realizada uma inspeção detalhada durante a manutenção geral da unidade. Não foram encontrados problemas no saliência do disco da válvula, mesmo após 5.616 horas de funcionamento. Pode-se concluir que o processo de soldagem utilizando eletrodo de arco argônio TIG-R34 para revestir o material 20Cr3MoWVA é viável, desde que seja feita uma pré-aquecimento de 350 a 400°C antes da soldagem, seguido de um aquecimento pós-soldagem de 640 a 650°C, com manutenção dessa temperatura por 30 minutos. Ele não só resolve o problema da regulação adequada do vapor pelo válvula principal de alta pressão, como também economiza milhares de reais.