CN103111724A - 一种汽轮机叶片激光熔覆区域裂纹补焊方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种汽轮机叶片激光熔覆区域裂纹补焊方法，其能解决汽轮机叶片在激光熔覆后由于校正开裂而引起的叶片报废问题，从而保证叶片的加工质量。其特征在于：其包括以下加工步骤：（一）焊前准备：包括（1）裂纹检查；（2）测量熔覆层厚度；（3）坡口准备：对裂纹位置进行打磨，开U型坡口，要求坡口表面光滑，坡口打磨好后进行渗透探伤，如未发现裂纹缺陷可以进行焊接；（4）焊材选择；（二）焊接：包括（1）焊前预热；（2）补焊；（3）焊后检查。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，具体为一种汽轮机叶片激光熔覆区域裂纹补焊方法。
背景技术
末级叶片的工作区为湿蒸汽区，汽流中携带有大量的水滴，在很高的轮周速度及离心力作用下，叶片顶部进汽边易产生点蚀而失效，而叶片抗水蚀能力的高低直接影响到汽轮机的工作效率及安全运行。激光熔覆司太立合金是目前较新的叶片防水蚀表面强化技术，该技术通过激光将司太立合金粉末熔化并快速冷却与叶片基体形成冶金结合，其利用司太立合金的高硬度和高耐磨性来提高叶片抗水蚀能力。但由于熔覆后叶片产生变形，并且在熔覆层中存在较大的残余应力，导致在后续校正过程中叶片激光熔覆层易发生开裂，从而导致叶片的报废。
而针对熔覆层的补焊，其涉及到补焊组织与熔覆层的结合、补焊组织与不锈钢基体的结合，由于激光熔覆层因而快速凝固有较大的残余应力，因此采用常规焊接方法补焊后其补焊焊缝与熔覆层之间很容易发生开裂，并且补焊后要求焊缝区域要具有较低的稀释率和相对较小的晶粒尺寸来保证硬度，因而常规补焊方法无法满足要求，补焊难度大。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种汽轮机叶片激光熔覆区域裂纹补焊方法，其能解决汽轮机叶片在激光熔覆后由于校正开裂而引起的叶片报废问题，从而保证叶片的加工质量。
其技术方案是这样的，其特征在于：其包括以下加工步骤：
（一）焊前准备
（1）裂纹检查：焊接前通过射线探伤确认裂纹的扩展方向，确定补焊坡口位置；
（2）测量熔覆层厚度；
（3）坡口准备：采用直径3mm～6mm球形金刚石磨头对裂纹位置进行打磨，开U型坡口，打磨深度H至基体表面下0.2mm～0.5mm，坡口宽度B为6～12mm，坡口长度A延伸至基体内0.5mm～1.0mm，要求坡口表面光滑，坡口打磨好后进行渗透探伤，如未发现裂纹缺陷可以进行焊接；
（4）焊材选择：焊丝成分与激光熔覆司太立合金粉相同，直径1.6mm；
（二）焊接
（1）焊前预热：焊接前将进气边向内40mm~60mm范围进行预热，预热温度300℃~380℃；
（2）补焊：采用钨极氩弧焊进行焊接，由于汽轮机叶片水蚀区最严重的区域一般发生在进气边，为了保证进气边硬度，焊接方向从进气边向背弧方向焊接，共焊接三层，补焊后迅速用石棉包裹焊缝及激光熔覆区域，冷却4小时后撤去保温石棉；
（3）焊后检查：焊后对焊缝及激光熔覆区域进行渗透及射线检查，不允许存在裂纹及未熔合缺陷，如存在上述缺陷重复焊接工艺的（1）、（2）、（3）步骤，同一坡口位置最多补焊3次。
其进一步特征在于：
所述焊接三层，其中第一层焊接电流：40A~50A，送丝速度3.5~4.5mm/s，焊接速度0.5~0.8mm/s；第二层焊接电流60A~70A，送丝速度2~4.5mm/s，焊接速度0.5~0.8mm/s；所述第一层与第二层的层间温度：300~350℃；第三层焊接电流60A~70A，送丝速度2~4.5mm/s，焊接速度0.5~0.8mm/s，所述第二层与第三层的层间温度：300~350℃；
在所述开U坡口时由于熔覆组织与基体无颜色区别，因此所述熔覆层厚度的测定采用超声波测厚仪进行检测；
所述焊前预热采用电加热方式或者感应加热方式中的任一种，由于所述电加热方法其加热速度慢但其能在焊接过程中持续加热，且可以减缓冷却速度，而感应加热方式的加热速度快，但是相对降温速度也较快，因此采用电加热的方法其预热温度稍低，而采用感应加热的方式其预热温度稍高。
本发明方法的有益效果在于：其通过焊前预热、焊后缓冷、补焊时采用小电流、快送丝速度以及多层多道焊接来减小汽轮机叶片激光熔覆层的应力从而有效防止开裂；另外，通过对焊接坡口深度、长度、宽度的控制来保证补焊组织与基体实现冶金结合，并且避免过多母材在补焊过程中过渡到合金层而导致硬度下降，从而确保焊缝及热影响区硬度，确保叶片性能。采用本发明方法后，叶片补焊区域及热影响区硬度均能达到质量要求，并且变形量小，变形经矫正后不易发生再次开裂。
附图说明
图1为本发明方法实施例中汽轮机叶片熔覆区裂纹补焊坡口示意图。
具体实施方式
一批汽轮机叶片其叶片钢基体为X20Cr13，采用司太立合金进行激光熔覆，熔覆后出现纵向变形，在对叶片进行矫正过程中，叶片熔覆区发生横向开裂，下面结合图1以该批汽轮机叶片激光熔覆区横向开裂为例具体描述本发明方法的补焊过程，图1中1为背弧，2为熔覆层，3为U形坡口，4为进气边，5为叶片内弧侧：
实施例一：
（一）焊前准备
（1）裂纹检查：焊接前通过射线探伤确认裂纹的扩展方向，确定补焊坡口位置；
（2）熔覆层厚度测量：采用超声波测厚仪测定熔覆层厚度；
（3）坡口准备：采用直径6mm球形金刚石磨头对裂纹位置进行打磨，开U型坡口，打磨深度H至基体表面下0.5mm，坡口宽度B为6mm，坡口长度A延伸至基体内0.5mm，要求坡口表面光滑，坡口打磨好后进行渗透探伤，如未发现裂纹缺陷可以进行焊接；
（4）焊材选择：焊丝成分与激光熔覆司太立合金粉相同，直径1.6mm；
（二）焊接
（1）焊前预热：焊接前采用电加热的方式将进气边向内60mm范围进行预热，预热温度340℃；
（2）补焊：采用钨极氩弧焊进行焊接，以99.999%高纯氩气作为保护气体，焊接方向从进气边4向背弧1方向焊接，每道次补焊后将焊丝前段氧化部分去除后用于下次焊接，共焊接三层，其中第一层焊接电流：50A，送丝速度3.5mm/s，焊接速度0.65mm/s；第二层焊接电流65A，送丝速度4.5mm/s，焊接速度0.5mm/s；第一层与第二层的层间温度： 325℃；第三层焊接电流60A，送丝速度4.5mm/s，焊接速度0.5mm/s，第二层与第三层的层间温度：325℃；补焊后迅速用石棉包裹焊缝及激光熔覆区域，冷却4小时后撤去保温石棉；
（3）焊后检查：焊后对焊缝及激光熔覆区域进行渗透及射线检查，不允许存在裂纹及未熔合缺陷，如存在上述缺陷重复焊接工艺的（1）、（2）、（3）步骤，同一坡口位置最多补焊3次。
实施例二：
（一）焊前准备
（1）裂纹检查：焊接前通过射线探伤确认裂纹的扩展方向，确定补焊坡口位置；
（2）熔覆层厚度测量：采用超声波测厚仪测定熔覆层厚度；
（3）坡口准备：采用直径3mm球形金刚石磨头对裂纹位置进行打磨，开U型坡口，打磨深度H至基体表面下0.35mm，坡口宽度B为8mm，坡口长度A延伸至基体内0.75mm，要求坡口表面光滑，坡口打磨好后进行渗透探伤，如未发现裂纹缺陷可以进行焊接；
（4）焊材选择：焊丝成分与激光熔覆司太立合金粉相同，直径1.6mm；
（二）焊接
（1）焊前预热：焊接前采用便携式感应加热设备将叶片进气边向内40mm范围进行预热，预热温度380℃；
（2）补焊：采用钨极氩弧焊进行焊接，以99.999%高纯氩气作为保护气体，焊接方向从进气边向背弧方向焊接，每道次补焊后将焊丝前段氧化部分去除后用于下次焊接，共焊接三层，其中第一层焊接电流：45A，送丝速度4.5mm/s，焊接速度0.5mm/s；第二层焊接电流70A，送丝速度2mm/s，焊接速度0.75mm/s；所述第一层与第二层的层间温度：350℃；第三层焊接电流65A，送丝速度2mm/s，焊接速度0.8mm/s，所述第二层与第三层的层间温度：350℃；补焊后迅速用石棉包裹焊缝及激光熔覆区域，冷却4小时后撤去保温石棉；
（3）焊后检查：焊后对焊缝及激光熔覆区域进行渗透及射线检查，不允许存在裂纹及未熔合缺陷，如存在上述缺陷重复焊接工艺的（1）、（2）、（3）步骤，同一坡口位置最多补焊3次。
实施例三：
（一）焊前准备
（1）裂纹检查：焊接前通过射线探伤确认裂纹的扩展方向，确定补焊坡口位置；
（2）熔覆层厚度测量：采用超声波测厚仪测定熔覆层厚度；
（3）坡口准备：采用直径4mm球形金刚石磨头对裂纹位置进行打磨，开U型坡口，打磨深度H至基体表面下0.2mm，坡口宽度B为12mm，坡口长度A延伸至基体内1.0mm，要求坡口表面光滑，坡口打磨好后进行渗透探伤，如未发现裂纹缺陷可以进行焊接；
（4）焊材选择：焊丝成分与激光熔覆司太立合金粉相同，直径1.6mm；
（二）焊接
（1）焊前预热：焊接前采用电加热的方式将进气边向内50mm范围进行预热，预热温度300℃；
（2）补焊：采用钨极氩弧焊进行焊接，焊接方向从进气边4向背弧1方向焊接，每道次补焊后将焊丝前段氧化部分去除后用于下次焊接，共焊接三层，其中第一层焊接电流：40A，送丝速度4mm/s，焊接速度0.8mm/s；第二层焊接电流60A，送丝速度3.25mm/s，焊接速度0.8mm/s；所述第一层与第二层的层间温度：300℃；第三层焊接电流70A，送丝速度3.25mm/s，焊接速度0.75mm/s，所述第二层与第三层的层间温度：300℃；补焊后迅速用石棉包裹焊缝及激光熔覆区域，冷却4小时后撤去保温石棉；
（3）焊后检查：焊后对焊缝及激光熔覆区域进行渗透及射线检查，不允许存在裂纹及未熔合缺陷，如存在上述缺陷重复焊接工艺的（1）、（2）、（3）步骤，同一坡口位置最多补焊3次。
Claims (4)
1. 一种汽轮机叶片激光熔覆区域裂纹补焊方法，其特征在于：其包括以下加工步骤：
（一）焊前准备
（1）裂纹检查：焊接前通过射线探伤确认裂纹的扩展方向，确定补焊坡口位置；
（2）测量熔覆层厚度；
（3）坡口准备：采用直径3mm～6mm球形金刚石磨头对裂纹位置进行打磨，开U型坡口，打磨深度H至基体表面下0.2mm～0.5mm，坡口宽度B为6～12mm，坡口长度A延伸至基体内0.5mm～1.0mm，要求坡口表面光滑，坡口打磨好后进行渗透探伤，如未发现裂纹缺陷可以进行焊接；
（4）焊材选择：焊丝成分与激光熔覆司太立合金粉相同，直径1.6mm；
（二）焊接
（1）焊前预热：焊接前将进气边向内40mm~60mm范围进行预热，预热温度300℃~380℃；
（2）补焊：采用钨极氩弧焊进行焊接，由于汽轮机叶片水蚀区最严重的区域一般发生在进气边，为了保证进气边硬度，焊接方向从进气边向背弧方向焊接，共焊接三层，补焊后迅速用石棉包裹焊缝及激光熔覆区域，冷却4小时后撤去保温石棉；
（3）焊后检查：焊后对焊缝及激光熔覆区域进行渗透及射线检查，不允许存在裂纹及未熔合缺陷，如存在上述缺陷重复所述焊接工艺的（1）、（2）、（3）步骤，同一坡口位置最多补焊3次。
2.根据权利要求1所述的一种汽轮机叶片激光熔覆区域裂纹补焊方法，其特征在于：所述焊接三层，其中第一层焊接电流：40A~50A，送丝速度3.5 mm/s ~4.5mm/s，焊接速度0.5 mm/s ~0.8mm/s；第二层焊接电流60A~70A，送丝速度2 mm/s ~4.5mm/s，焊接速度0.5 mm/s ~0.8mm/s；所述第一层与第二层的层间温度：300℃~350℃；第三层焊接电流60A~70A，送丝速度2 mm/s ~4.5mm/s，焊接速度0.5 mm/s ~0.8mm/s，所述第二层与第三层的层间温度：300℃~350℃。
3.根据权利要求1所述的一种汽轮机叶片激光熔覆区域裂纹补焊方法，其特征在于：所述熔覆层厚度的测定采用超声波测厚仪进行检测。
4.根据权利要求1所述的一种汽轮机叶片激光熔覆区域裂纹补焊方法，其特征在于：所述焊前预热采用电加热或者感应加热中的任一种。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Zhang Tielei Inventor after: Wang Huifeng Inventor after: Wang Jin Inventor before: Zhang Tielei Inventor before: Wang Huifeng |
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| COR | Change of bibliographic data |