CN101629289A - 一种水轮机组活动导叶轴颈激光防腐耐磨工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水轮机组活动导叶轴颈激光防腐耐磨工艺。本发明对导叶轴颈整体使用着色探伤检测，确定磨损冲刷区域内的裂纹气孔夹渣；根据导叶形状及偏重量制作配重块，对导叶磨损冲刷区域去除疲劳层，清理完成后做洁净技术处理。利用专用送粉装置把熔合性好、结合强度高，优异的防腐抗磨性专用合金材料进行激光熔覆，具体熔覆工艺参数如下：激光功率为3200W，光斑直径为3.2mm，采用正焦光斑，数控编程扫描速度为700mm/min，搭接率25％，氩气保护，合金材料使用激光专用送粉器用同步送粉方式将材料送入以15°角度送入激光熔覆的熔池。本发明所有要修复的活动导叶不需要返回厂家进行处理，无需庞大的运输支出，能极大缩短整个检修周期。

Description

一种水轮机组活动导叶轴颈激光防腐耐磨工艺

技术领域

本发明涉及激光熔覆技术，特别提供了一种利用激光熔覆技术对水力发电站水轮机组活动导叶轴颈激光复合防腐耐磨层新工艺方法。

背景技术

我国大部分大型水力发电站在上世纪七、八十年代投入使用的水轮机组还占相当大的比例，水轮机组作为电站核心设备之一，活动导叶作为水轮机组的核心关键部件，它的运行好坏直接给机组运行带来严重的后果，由于各大江流河水含沙量都相对较高，给水轮机各个部件造成了严重损坏，特别是活动导叶各轴颈带来腐蚀和冲刷，直接影响机组活动导叶开闭不到位，造成机组停机备用时大量漏水，并且在机组备用时不能退出风闸，否则机组就会自动转起来。活动导叶严重漏水，在备用时既造成浪费大量宝贵水资源，又危及设备安全。检修恢复时，又增加许多不必要的工作负担，这些不利影响因素是阻碍各电站的安全生产的一大难题，江河流域的水电机组都普遍存在此类问题。而这部分投入使用水轮机组，均为八十年代左右的产品，根据电站的装机容量，配有几台到几十台水轮机组，每台水轮机组由活动导叶24-32根数量组成，每根活动导叶重量在6.5吨、7米长不等，限于结构、强度、加工实现及制造成本考虑，不可能整体部件选用抗磨蚀、汽蚀性能好的、价格昂贵的不锈钢制成，而选用ZG20MnSi，20MnSi本体材质不具备耐腐蚀性能，原制造设计采用在轴颈表面镀厚度为0.2-0.3mm硬铬的方式进行防腐抗磨。镀铬层受工艺所限气孔率较高与母体非冶金结合，镀层极易受水中硬质砂粒挤裂划伤脱落，介质易浸入到镀层与母体界面处形成腐蚀，腐蚀又造成镀铬层大面积的脱落，脱落下来的镀铬层又会造成导叶在运动的过程中发生磨损。如此反复最终造成机组活动导叶支撑轴颈出现严重的腐蚀磨损。在国内目前各电站解决水轮机组活动导叶轴颈腐蚀冲刷的问题，每年只能投入大量人力物力对导叶进行处理，按7台机组每年要安排两台机组检修，吊出导叶，返厂修复。但往往检修还未循环一遍时，开始修复的机组又出现上述情况。该方法占用大量的人力物力，检修时间延长，安全性差，成本极高。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术中存在的缺点和问题加以改进，提供一种水轮机组活动导叶轴颈激光防腐耐磨工艺。

本发明提供解决水轮机组活动导叶轴颈激光防腐耐磨新工艺方法，包括以下工艺步骤：

1)首先对活动导叶修复轴颈段进行尺寸检测和无损探伤检测，并根据检测结果确定修复范围；

2)对损伤部位进行清理和对疲劳层处理，并对不做修复部位进行防护保护工作，防止造成新的损伤；

3)根据导叶形状及偏重量制作配重块；

4)对活动导叶的损伤部位进行粗加工处理，将疲劳层或原电镀层单边车去0.8-1mm，局部锈蚀点采用打磨；

5)粗加工后再次进行无损探伤检测和硬度检测；

6)对清理后待加工部位进行至少二遍丙酮溶剂的洁净清洗处理；

7)进行激光熔覆加工，首先对活动导叶损伤轴颈的局部深坑分区熔覆，然后进行整圈熔覆；

8)首次熔覆完后进行手工打磨清理，并进行着色无损探伤检查，无缺陷后再进行后续熔覆；

9)激光熔覆完成后经机械粗加工、精加工并进行抛光处理加工成型；

10)最后进行尺寸公差、形位公差、粗糙度、表面硬度、金相抽样、表面缺陷和无损探伤检验。

本发明的优点和有益效果：与部件表面未做任何处理相比，激光熔覆后熔覆层与基体均无粗大组织，熔覆层及基界面组织致密，晶粒细小，熔覆组织无裂纹、夹杂等缺陷；熔覆层与基体形成冶金结合，不脱落；对基体稀释率低，熔覆层尺寸大小和位置可以精确控制，熔覆后机械加工余量小；在恢复尺寸的同时还提升该轴颈部位的抗腐蚀性与耐磨损性，比原设计制造方案运行可靠性得到极大提高，使用寿命可提高3倍以上；现场快速对冲刷磨损的活动导叶修复处理，极大缩短检修周期，极大的降低检修时间，提高设备的安全系数，极大的降低检修成本，和报废换新的购置成本，同时从本质上解决了该部件制造工艺的技术瓶颈问题。本发明方法可推广为新件制造、报废件激光再造、火力发电厂的汽轮机组大轴、冶金和化工等行业中大型不可移动机械设备产品的现场快速抢修，为厂家快速恢复生产，同时极大的延长设备的使用寿命。

具体实施方式

实施例：

一、所有活动导叶腐蚀冲刷的轴颈表面修复均在现场或离线实现激光熔覆和机械加工成型处理。

二、项目实施主要设备及所需条件：

1、现场作业主要设备：5KW CO2激光发生器；变频恒温冷水机组；数控控制柜；五轴四联动的数控机床；激光加工专用送粉器；CW61180×8000车床；最大支撑负载30T的工件支撑轮；空气压缩机以及一些其它辅助设备。

2、所需现场条件：需在设备厂房一侧提供一处150m²的现场设备摆放操作区；施工动力电源；必要的安全防护隔离设施和简易的灭火器具以及辅助设施。

三、前期准备及工件预处理

1、根据活动导叶尺寸及激光熔覆加工需要，设计改造激光加工用旋转工装床体、支架夹具。

2、选配定制机加车床及车床底座支承钢质平台的设计制作。

3、其它附属工装的制作。

4、待加工件原始材质分析确认。

5、激光熔覆专用合金粉的配制。

6、激光熔覆加工工艺参数及工艺方案的设计。

7、样块试验及评定，工艺固化。

8、具备施工条件后，激光器及相关成套设备的安装调试，同时完成相关配套条件。

9、对每根活动导叶进行编号登记。

10、对每根活动导叶每个修复轴颈段进行尺寸检测，检测时尺寸颈向与轴向多点检测，能客观反映出原始轴段的椭圆度和锥度，并以图文形式详细记录检测点位置与检测数据。

11、对每根活动导叶待修轴颈段进行无损探伤检测，检测结果拍照存档，并以图文形式记录。

12、对每根活动导叶待修轴颈段进行硬度检测，检测时须多点检测，并按编号详细记录。

13、损伤部位修复范围确定：

(1)根据以上尺寸检测与无损检测结果，确定修复范围。

(2)详细记录损伤部位的修复尺寸范围与相对位置，并对每根活动导叶编号记录存档。

14、损伤部位清理，疲劳层处理、洁净处理前，须在不做修复部位进行防护保护工作，防止造成新的损伤缺陷。

四、机械加工方案：

1、车床的选用和机床的安装及调试

(1)选用轻型CW61180×8000车床，主要参数：

最大回转直颈1800mm         最大加工长度8000mm

顶尖间最大加工重量：18T    刀架(拖板)上最大回转直颈：1400mm

床身宽度：1100mm           主转转速：1-125

主电机功率：DC49(变频)     机床重量：32T

机床外形尺寸：12.92×2.28×2.41

(2)机床的安装及调试

考虑到水电站施工现场场地无法打基础，而机床(8米)床身一般为两段，所以事先需要制作一个(16米长根据实际情况)的钢制平台。平台用Q345材料制作。每件约13T，总计27T。

2、活动导叶的配重

(1)、根据导叶形状及偏重量制作配重块，配重块分5组；

(2)检查导叶两端轴头中心孔，除锈。对损伤严重的中心孔进行修复。

3、对腐蚀冲刷的活动导叶的粗加工处理

(1)首先采用一卡一顶方式装夹，卡盘端设计防窜装置；找正后对所加工部位去除疲劳层及原电镀层，单边视情况车去0.8-1mm。局部锈蚀点可不做车削处理，采用局部打磨，局部熔覆处理方法。同理，调头装卡后将另一端需加工部位疲劳层车除。

(2)车削损伤部位时要注意损伤部位两端与未损轴颈交接处，要形成倒角以便激光熔覆，防止应力集中效应。

(3)损伤部位粗加工后，经无损探伤检测与硬度检测确认无潜在缺陷方可，并检测记录损伤部位加工后尺寸，拍照存档。

(4)、加工完成后，实施激光熔覆加工。

4、激光熔覆后的精加工处理

(1)对激光熔覆完成后的活动导叶上车床加工两端轴颈部位按图示尺寸，粗加工后留0.2-0.3mm的精加工余量。

(2)对粗加工完的轴颈进行表面进行无损探伤检测，经确认无裂纹、夹渣等缺陷后方可转入精加工工序。

(3)按图示尺寸要求，对轴颈进行精加工并抛光处理，精加工时配重如前所述。

五、激光熔覆加工处理：

1、对清理后待加工部位进行不少于二遍丙酮溶剂的洁净清洗处理，确定无任何油渍与残留物方可。

2、对待熔覆区域表面疲劳层清除情况进行最终检测确认。

3、按照制定的激光熔覆工艺方案及参数，实施熔覆加工。

4、将活动导叶损伤轴颈进行熔覆，先对局部深坑分区熔覆后整圈熔覆。

5、第一层熔覆完后手工打磨清理、着色无损探伤检查，确认无缺陷后，方可进入后续熔覆工作。

6、激光熔覆厚度，确保机械车削加工单边有0.75-1mm以上的加工余量。

本发明所述激光熔覆专用合金粉的配制的化学成分组成为：1.0-1.3％C、28-30％Cr、3.00％Fe、0.50％Mn、1.00％Mo、3.00％Ni、1.55％Si、5.5％W、其它为Co。

本发明所述的制定激光熔覆工艺参数为：激光功率为2000-4000W，光斑直径为3.0-4.0mm，采用正焦光斑，数控编程扫描速度为600-1000mm/s，搭接率20-30％，熔覆材料为耐腐蚀和耐磨性的专用金属粉，氩气保护，合金材料使用激光专用送粉器用同步送粉方式将材料送入以15-20°角度送入激光熔覆的熔池。

六、品质检验：包括检验尺寸公差、形位公差、粗糙度、表面硬度、金相抽样、表面缺陷和无损探伤检测。拍照，详细记录每根活动导叶的检测数据。

本发明提供的解决水轮机组活动导叶轴颈激光防腐耐磨新工艺方法，其激光熔覆采用二氧化碳气体激光器、送粉器同步送粉和五轴四联动数控机床组合方式进行，金属粉和光束与部件型面同步，当金属粉到达部件型面时，光束同时到达部件型面，将金属粉完全熔化，并使基体微熔二者结合在一起。

本发明提供的解决水轮机组活动导叶轴颈激光防腐耐磨新工艺方法，所有活动导叶腐蚀冲刷的轴颈表面的修复在现场或离线均可实现激光熔覆处理和机械加工成型处理。

本发明提供的解决水轮机组活动导叶轴颈激光防腐耐磨新工艺方法，所有要修复的活动导叶不需要返回厂家进行处理，无需庞大的运输支出，能极大缩短整个检修周期。

本发明所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前题下，本领域中工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (3)

1.一种水轮机组活动导叶轴颈激光防腐耐磨工艺，其特征在于包括以下工艺步骤：

1)首先对活动导叶修复轴颈段进行尺寸检测和无损探伤检测，并根据检测结果确定修复范围；

2)对损伤部位进行清理和对疲劳层处理，并对不做修复部位进行防护保护工作，防止造成新的损伤；

3)根据导叶形状及偏重量制作配重块；

4)对活动导叶的损伤部位进行粗加工处理，将疲劳层或原电镀层单边车去0.8-1mm，局部锈蚀点采用打磨；

5)粗加工后再次进行无损探伤检测和硬度检测；

6)对清理后待加工部位进行至少二遍丙酮溶剂的洁净清洗处理；

7)进行激光熔覆加工，首先对活动导叶损伤轴颈的局部深坑分区熔覆，然后进行整圈熔覆；

8)首次熔覆完后进行手工打磨清理，并进行着色无损探伤检查，无缺陷后再进行后续熔覆；

9)激光熔覆完成后经机械粗加工、精加工并进行抛光处理加工成型；

10)最后进行尺寸公差、形位公差、粗糙度、表面硬度、金相抽样、表面缺陷和无损探伤检验。

2.根据权利要求1所述的一种水轮机组活动导叶轴颈激光防腐耐磨工艺，其特征在于所述激光熔覆专用合金粉的配制的化学成分组成为：1.0-1.3％C、28-30％Cr、3.00％Fe、0.50％Mn、1.00％Mo、3.00％Ni、1.55％Si、5.5％W、其它为Co。

3.根据权利要求1所述的一种水轮机组活动导叶轴颈激光防腐耐磨工艺，其特征在于所述的制定激光熔覆工艺参数为：激光功率为2000-4000W，光斑直径为3.0-4.0mm，采用正焦光斑，数控编程扫描速度为600-1000mm/s，搭接率20-30％，熔覆材料为耐腐蚀和耐磨性的专用金属粉，氩气保护，合金材料使用激光专用送粉器用同步送粉方式将材料送入以15-20°角度送入激光熔覆的熔池。