CN105149861A - 一种汽轮机精密部件损伤的修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽轮机精密部件损伤的修复方法，采用低热输入、小变形量和精确焊接成形的微弧等离子焊接修复技术，并通过光学三维扫描测得汽轮机精密部件原始型线数据，以此作为模型进行修复和焊后精确修整汽轮机精密部件型线，实现汽轮机精密部件型线精确修复。具有焊接精度高、可实现复杂零件修复、成本低、零件尺寸要求不限，设备简单、尺寸小、自动化程度高，修复前、后工件尺寸偏差小。本发明无需叶片放样，在没有叶片等复杂部件三维模型的情况下仍可以进行精确修复，可用于厂内或现场修复。
Description
技术领域
本发明涉及汽轮机、燃气轮机，具体地讲是一种汽轮机精密部件损伤的修复方法。
背景技术
近年来随着高参数大机组的不断装机投入运行，特别是600MW以上功率的大型汽轮机、燃气轮机的大量投入使用，电厂热力设备部件的工作条件日趋恶劣，在高温、高压、高速旋转等工况下服役的零部件，如叶片、转子、汽缸等，由于磨损、腐蚀、水蚀等造成改变其尺寸从而使设备运行参数与设计参数出现较大偏差而造成的经济损失严重，甚至危害机组的安全运行。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种汽轮机或燃气轮机叶片等重要紧密部件的修复方法，该修复方法具有焊接精度高、可实现复杂零件修复、成本低、零件尺寸要求不限，以及自动化程度高等优点。
实现本发明解决的技术方案为：一种汽轮机精密部件损伤的修复方法，包括如下步骤：
1）去除待修复精密部件表面杂质，将待修复区域进行打磨，消除缺陷，打磨后进行探伤检测，直至缺陷完全消除，即形成缺口或加工成规则缺口；
2）将待修复精密部件装夹在转台上，对精密部件进行自动光学三维扫描，或采用半自动或手动光学三维扫描，通过计算机配套软件采集数据并最终获得精密部件整体或缺口附近部分区域表面三维点云数据；
3）利用逆向工程软件将三维点云数据转换为精密部件整体或缺陷附近部分区域的立体模型，并模拟填充缺口区域而建立完成精密部件模型，获得缺口区域的精密部件型线和缺陷区域三维尺寸和坐标；
4）利用建立的三维模型，规划焊接路径并编制焊接程序，其中，焊接路径通过控制焊接参数获得一定焊接厚度和宽度以及搭接量和修复余量来进行严格规划，并设定起弧位置、焊接电流、离子气和保护区流量、杆伸长各焊接参数；
5）确认精密部件材料，选择与精密部件材料匹配成分和性能的合金焊丝或合金粉末，将待修复精密部件整体或缺陷区域预热至100～350℃，利用微弧等离子焊接系统以及配套送丝机或送粉器，将微弧等离子焊枪移动至缺口开始焊接位置之前送离子气并点燃非转移等离子弧，送保护气以及修复区域其他辅助保护气，在规划焊接路径起点开始点燃转移弧并适时送丝或送粉开始焊接修复，焊枪行走轨迹按规划焊接路径进行焊接，焊接时在缺口处利用或不利用铜垫块；焊接时断续焊接或连续焊接，焊接层间温度控制在100～300℃；
6）对精密部件进行整体焊后热处理或局部热处理，热处理后再用光学三维测量扫描叶片整体或局部区域，以此数据与已创建的三维模型进行尺寸对比检查，采用机械加工或打磨、抛光去除余量，从而实现精密部件完整修复。
所述步骤1）中的规则缺口，是通过机械加工或打磨的手段在原消除缺陷位置加工出一定尺寸的倒梯形或V型缺口，便于在修复时同级叶片的同样缺口可批量进行修复。
所述步骤1）中的探伤是利用渗透探伤或磁粉探伤或X射线探伤方法检测。
所述步骤2）中自动光学三维扫描是利用装在机器人或三维机架配合转台上的光学三维测量设备，通过利用控制系统驱动机器人或三维机架和转台对修复部件进行自动光学三维扫描。
所述步骤4）中焊接电流的转移弧电流小于55A。
所述精密部件为叶片，其材料为Cr12型马氏体不锈钢或时效马氏体不锈钢或其他马氏体不锈钢，选择Φ0.4～1.2mm直接的ER410或ER410NiMo或其他与叶片材料匹配成分和性能的焊丝或司太立合金粉末进行焊接修复。
所述步骤4）中规划焊接路径并编制程序是根据开缺口尺寸和逆向建模的完整汽轮机精密部件三维模型，确定焊接层数和道数，通过机器人控制系统编程以装在转台上的汽轮机精密部件找准基准点，并按照缺口位置的精密部件型线模型进行焊接路径规划和焊接程序编制。
所述步骤5）通过机器人和转台与之联动，通过机器人系统控制微弧等离子焊接系统和送丝机或送粉器的启停和水、电、气的通断。
所述步骤5）中通过机器人和转台联动实现焊枪行走轨迹按规划焊接路径进行自动焊接。
所述步骤6）中热处理是利用真空炉或其他加热炉或火焰加热进行热处理。
本发明的有益效果是：
1、本发明具有焊接精度高、可实现复杂零件修复、成本低、零件尺寸要求不限，设备简单、尺寸小、自动化程度高，修复前、后工件尺寸偏差小。
2、本发明无需放样，在没有叶片等复杂部件三维模型的情况下仍可以进行精确修复，可用于厂内或现场修复。
具体实施方式
本发明是汽轮机或燃气轮机叶片等重要精密部件的修复方法，采用低热输入、小变形量和精确焊接成形的微弧等离子焊接修复技术，并通过光学三维扫描测得叶片原始型线数据，以此作为模型进行修复和焊后精确修整型线。下面以叶片型线精确修复为例，具体说明。
实施例一：
本发明修复方法采用的修复系统组成为：微弧等离子焊接系统并配备送丝机、ABB焊接机器人和联动转台以及控制电源系统，光学三维扫描测量设备，配套逆向工程软件的计算机系统。
当叶片基体缺陷较为严重时，本发明修复工艺为：
（1）利用角磨机去除待修复叶片表面氧化物、灰尘等杂质，将待修复区域进行打磨，消除缺陷，并利用渗透探伤，直至无任何显示，即形成缺口；
（2）将待修复叶片装夹在转台上，利用装在机器人上的光学三维测量设备，通过利用控制系统驱动机器人和转台，同时在合适角度对叶片进行自动光学三维扫描，通过配套计算机软件采集数据并最终获得叶片缺口附近部分区域表面三维点云数据；
（3）利用逆向工程软件将三维点云数据转换为缺陷附近部分区域的立体模型，并模拟填充缺口区域而建立完成叶片模型，获得缺口区域的叶片型线和缺陷区域三维尺寸和坐标；
（4）利用建立的三维模型，通过机器人控制系统编程以装在转台上的叶片找准基准点，并按照缺口位置的叶片型线模型规划焊接路径并编制程序，其中，焊接路径通过控制焊接参数获得一定焊接厚度和宽度以及搭接量和修复余量来进行严格规划，并设定起弧位置、焊接电流（转移弧电流为25A）、离子气和保护区流量、杆伸长等焊接参数；
（5）确认叶片材料为1Cr12Mo马氏体不锈钢，选择Φ0.8mm的ER410NiMo焊丝，将待修复叶片整缺陷区域附近100mm范围内预热至300℃，利用微弧等离子焊接系统以及配套送丝机，通过机器人和转台与之联动，通过机器人系统控制微弧等离子焊接系统和送丝机，实现在机器人将微弧等离子焊枪移动至缺口开始焊接位置之前送离子气并点燃非转移等离子弧，送保护气以及修复区域其他辅助保护气，在规划焊接路径起点开始点燃转移弧并适时送丝开始焊接修复，通过机器人和转台联动实现焊枪行走轨迹按规划焊接路径进行焊接，焊接时在缺口附近利用或不利用铜垫块。焊接时断续焊接，焊接层间温度控制在250℃。
（6）对叶片进行整体焊后热处理真空炉热处理后，再用光学三维测量扫描叶片局部区域，以此数据与已创建的三维模型进行尺寸检查，利用角磨机部分打磨、抛光去除余量，从而实现叶片完整修复。
实施例二：
本发明修复方法采用的修复系统组成为：微弧等离子焊接系统并配备送粉器、ABB焊接机器人和联动转台以及控制电源系统，光学三维扫描测量设备，配套逆向工程软件的计算机系统。
当叶片表面较浅水蚀，本发明修复工艺为：
（1）利用角磨机去除待修复叶片表面氧化物、灰尘等杂质，将待修复区域进行打磨，消除缺陷，并利用渗透探伤，直至无任何显示，即形成缺口；
（2）将待修复叶片装夹在转台上，采用手动光学三维扫描，通过配套计算机软件采集数据并最终获得叶片缺口附近部分区域表面三维点云数据；
（3）利用逆向工程软件将三维点云数据转换为缺陷附近部分区域的立体模型，并模拟填充缺口区域而建立完成叶片模型，获得缺口区域的叶片型线和缺陷区域三维尺寸和坐标；
（4）利用建立的三维模型，通过机器人控制系统编程以装在转台上的叶片找准基准点，并按照缺口位置的叶片型线模型规划焊接路径并编制程序，其中，焊接路径通过控制焊接参数获得一定焊接厚度和宽度以及搭接量和修复余量来进行严格规划，并设定起弧位置、焊接电流（为35A）、离子气和保护区流量、送粉量和送粉气、杆伸长等焊接参数；
（5）确认叶片材料为1Cr12Mo马氏体不锈钢，选择司太立6#合金粉末，将待修复叶片整缺陷区域附近100mm范围内预热至300℃，利用微弧等离子焊接系统以及配套送粉器，通过机器人和转台与之联动，通过机器人系统控制微弧等离子焊接系统和送粉器，实现在机器人将微弧等离子焊枪移动至缺口开始焊接位置之前送离子气和送粉器并点燃非转移等离子弧，送保护气以及修复区域其他辅助保护气，在规划焊接路径起点开始点燃转移弧并适时司太立合金粉末开始在叶片进汽侧表面进行司太立合金堆焊，通过机器人和转台联动实现焊枪行走轨迹按规划焊接路径进行焊接。焊接时断续焊接，焊接层间温度控制在250℃。
（6）对叶片进行整体焊后热处理真空炉热处理后，再用光学三维测量扫描叶片局部区域，以此数据与已创建的三维模型进行尺寸检查，利用角磨机部分打磨、抛光去除余量，从而实现叶片完整修复。
本发明具有焊接精度高、可实现复杂零件修复、成本低、零件尺寸要求不限，设备简单、尺寸小、自动化程度高，修复前、后工件尺寸偏差小。
本发明无需叶片放样，在没有叶片等复杂部件三维模型的情况下仍可以进行精确修复，可用于厂内或现场修复。
Claims (10)
1.一种汽轮机精密部件损伤的修复方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）去除待修复精密部件表面杂质，将待修复区域进行打磨，消除缺陷，打磨后进行探伤检测，直至缺陷完全消除，即形成缺口或加工成规则缺口；
2）将待修复精密部件装夹在转台上，对精密部件进行自动光学三维扫描，或采用半自动或手动光学三维扫描，通过计算机配套软件采集数据并最终获得精密部件整体或缺口附近部分区域表面三维点云数据；
3）利用逆向工程软件将三维点云数据转换为精密部件整体或缺陷附近部分区域的立体模型，并模拟填充缺口区域而建立完成精密部件模型，获得缺口区域的精密部件型线和缺陷区域三维尺寸和坐标；
4）利用建立的三维模型，规划焊接路径并编制焊接程序，其中，焊接路径通过控制焊接参数获得一定焊接厚度和宽度以及搭接量和修复余量来进行严格规划，并设定起弧位置、焊接电流、离子气和保护区流量、杆伸长各焊接参数；
5）确认精密部件材料，选择与精密部件材料匹配成分和性能的合金焊丝或合金粉末，将待修复精密部件整体或缺陷区域预热至100～350℃，利用微弧等离子焊接系统以及配套送丝机或送粉器，将微弧等离子焊枪移动至缺口开始焊接位置之前送离子气并点燃非转移等离子弧，送保护气以及修复区域其他辅助保护气，在规划焊接路径起点开始点燃转移弧并适时送丝或送粉开始焊接修复，焊枪行走轨迹按规划焊接路径进行焊接，焊接时在缺口处利用或不利用铜垫块；焊接时断续焊接或连续焊接，焊接层间温度控制在100～300℃；
6）对精密部件进行整体焊后热处理或局部热处理，热处理后再用光学三维测量扫描叶片整体或局部区域，以此数据与已创建的三维模型进行尺寸对比检查，采用机械加工或打磨、抛光去除余量，从而实现精密部件完整修复。
2.根据权利要求1所述汽轮机精密部件损伤的修复方法，其特征在于：所述步骤1）中的规则缺口，是通过机械加工或打磨的手段在原消除缺陷位置加工出一定尺寸的倒梯形或V型缺口。
3.根据权利要求1所述汽轮机精密部件损伤的修复方法，其特征在于：所述步骤1）中的探伤是利用渗透探伤或磁粉探伤或X射线探伤方法检测。
4.根据权利要求1所述汽轮机精密部件损伤的修复方法，其特征在于：所述步骤2）中自动光学三维扫描是利用装在机器人或三维机架配合转台上的光学三维测量设备，通过利用控制系统驱动机器人或三维机架和转台对修复部件进行自动光学三维扫描。
5.根据权利要求1所述汽轮机精密部件损伤的修复方法，其特征在于：所述步骤4）中焊接电流的转移弧电流小于55A。
6.根据权利要求1所述汽轮机精密部件损伤的修复方法，其特征在于：所述精密部件为叶片，其材料为Cr12型马氏体不锈钢或时效马氏体不锈钢或其他马氏体不锈钢，选择Φ0.4～1.2mm直接的ER410或ER410NiMo或其他与叶片材料匹配成分和性能的焊丝或司太立合金粉末进行焊接修复。
7.根据权利要求1所述汽轮机精密部件损伤的修复方法，其特征在于：所述步骤4）中规划焊接路径并编制程序是根据开缺口尺寸和逆向建模的完整汽轮机精密部件三维模型，确定焊接层数和道数，通过机器人控制系统编程以装在转台上的汽轮机精密部件找准基准点，并按照缺口位置的精密部件型线模型进行焊接路径规划和焊接程序编制。
8.根据权利要求1所述汽轮机精密部件损伤的修复方法，其特征在于：所述步骤5）通过机器人和转台与之联动，通过机器人系统控制微弧等离子焊接系统和送丝机或送粉器的启停和水、电、气的通断。
9.根据权利要求1所述汽轮机精密部件损伤的修复方法，其特征在于：所述步骤5）中通过机器人和转台联动实现焊枪行走轨迹按规划焊接路径进行自动焊接。
10.根据权利要求1所述汽轮机精密部件损伤的修复方法，其特征在于：所述步骤6）中热处理是利用真空炉或其他加热炉或火焰加热进行热处理。
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