CN107262861A - 一种现场钎焊汽轮机叶片的司太立合金片的方法 - Google Patents

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Abstract

一种现场钎焊汽轮机叶片的司太立合金片方法，钎焊时，采用氧‑乙炔焊枪分别对司太立合金片和汽轮机叶片钎焊银质合金钎料，采用夹具分别对钎焊有银基钎料的叶片及司太立合金片进行夹持并调控合金片和叶片之间的压力，采用高频感应线圈加热待钎焊部分，同时配以氧‑乙炔焊枪对叶片母材部位进行辅助加热；本发明特点是采用合金片和叶片先分别钎焊银基钎料，接着进行加热实现连接的方法，避免了钎料流动性差，填充不饱满的缺点；利用高频感应加热和氧‑乙炔手工加热同时进行钎焊的方式，避免了叶片基体材料散热过快、司太立合金片高温温度区间稳定性不高等问题；针对部分区域钎料流出较多，采用氧乙炔手工加热填充钎料的方法，灵活简便，效果明显。

Description

一种现场钎焊汽轮机叶片的司太立合金片的方法
技术领域
本发明属于汽轮机叶片钎焊司太立合金片技术,尤其涉及一种现场钎焊汽轮机叶片的司太立合金片的方法。
背景技术
汽轮机末级叶片水蚀所形成的锯齿状毛刺及局部型线缺损等问题，会造成应力集中和减小叶型根部截面的面积，影响叶片的振动特性，极大地降低了叶片的强度，使叶栅的气动性能恶化，级效率下降，严重时会引起叶片的断裂破坏而导致机组发生强烈振动等恶性事故。目前末级叶片的水蚀问题是全世界的难题。
司太立合金有较高的硬度和较好的韧性，水滴撞击时变形量小，抗水蚀冲刷性能好，具有较高的组织稳定性，尽管超出一定范围也会出现水蚀，但抵制断裂能力好，即使出现严重水蚀，也不易产生裂纹。同时根据运行情况可选择不同形状的合金，当水蚀严重时，可更换新的合金片，非常适合叶片的工作条件，所以，进汽边上镶嵌硬质合金片成为目前世界上普遍采用的防护方法。
镶嵌司太立合金片的方法主要由高频钎焊司太立短条合金片、氩弧焊短片或长片司太立合金片，以及电子束焊等。钎焊方法具有叶片基材不熔化、温度低、焊接热规范容易控制、叶片变形小等特点。目前汽轮机低压转子出厂前已经在出汽边叶片上钎焊了司太立合金片，但是使用过程中，由于高温水蒸汽作用，造成原先钎焊的司太立合金片部分脱离，导致叶片进汽边母材基体发生破坏发生。破坏的汽轮机叶片，一般都是返厂后厂家在真空炉内实现高频钎焊工艺，进行司太立合金片的钎焊修复工作，该种工艺稳定，能够保证钎焊强度和钎焊质量。在现场进行司太立合金钎焊工作时，只能选择简单易行的加热源，即氧‐乙炔火焰手工加热，此时需要进行钎焊温度的控制，通常是有选择地对焊接材料进行局部加热处理，以缓解不同材料焊接时热膨胀差过大的问题，而使接头部分内部残余应力控制在许可范围内。但该方法受制于施工人员的经验积累，且合格率较低。
综上，为解决司太立合金片现场钎焊问题，保证司太立合金片现场钎焊合格率，有必要开发一种适用于现场钎焊汽轮机叶片的司太立合金片方法。
发明内容
本发明目的在于提供一种现场钎焊汽轮机叶片的司太立合金片的方法，解决司太立合金片现场钎焊问题。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种现场钎焊汽轮机叶片的司太立合金片的方法，包括如下步骤：
步骤1：焊前对司太立合金片和汽轮机叶片表面进行打磨抛光，司太立叶片钎焊面的钎料必须打磨干净，直到露出叶片母材的金属光泽为止，对司太立合金片进行扭曲成型，使其扭曲型线与司太立叶片型线重合；
步骤2：对弯曲成型好的司太立合金片和打磨好的汽轮机叶片采用氧乙炔加热分别进行银质合金钎料的熔敷；
步骤3：将熔敷有银质合金钎料的司太立合金片和汽轮机叶片进行装配：将要组装的汽轮机叶片放置于预设高度，采用汽轮机叶片钎焊司太立合金片用夹具，将汽轮机叶片的叶根、叶顶和叶身支撑固定，拧紧夹具的两个螺栓，使其固定在汽轮机叶片上；接着用不锈钢钢带实现司太立合金片与汽轮机叶片的固定连接；通过弹簧下压的长度控制司太立合金片与汽轮机叶片之间的压力；
步骤4：对装配好的熔敷有银质合金钎料的汽轮机叶片和司太立合金片采用高频感应线圈加热方式进行钎焊；钎焊时，调整高频感应线圈与待钎焊部位的间隙使待钎焊部位均匀加热；高频感应线圈距离司太立合金片进汽边5‐8mm，距离司太立合金片出汽边2‐5mm；钎焊过程中尽快升温至钎料流动的温度620‐720℃后，保温20～45s；钎焊过程中，若发现司太立合金片与汽轮机叶片结合处钎料填充不饱满，则手工馈送沾有钎剂的钎料到该部位；完成钎焊后钎料凝固，汽轮机叶片冷却至350℃以下松开防蚀片的固定钢带，从夹具中取出叶片；
步骤5：对汽轮机叶片进行修复，修磨去除多余的焊肉，并通过修磨使所补接的叶片角与叶片母材圆滑过渡，同时要确保修磨后整个工作面光滑且流线顺畅；而后修磨叶片背部焊缝，使背部焊缝光洁平滑。
所述步骤1中司太立合金片扭曲成型时，用小榔头、钳子和夹具，手工慢慢扭曲司太立合金片；扭曲时采用试凑法，多次试凑直到司太立合金片的长度方向和宽度方向与汽轮机叶片严密贴合，司太立合金片的扭曲型线与汽轮机叶片型线重合，扭曲和装配均在冷态下进行。
所述步骤2中选用银质合金钎料，成分如表1所示；
表1 钎料(BAg45CuZn)化学成分(wt.％)
利用氧‐乙炔焊枪进行钎料堆覆；操作时焊枪对基体材料即司太立合金片和汽轮机叶片进行加热，待其温度达到620‐720℃时，通过熔化银质合金钎料达到在司太立合金片和汽轮机叶片表面堆覆的目的；该种方法堆覆的银焊层厚度较大，饱满度高。
所述步骤4中所采用高频感应线圈其线圈型线通过手工扭曲方法与待钎焊部位型线保持一致。
所述步骤4中采用高频感应线圈加热待钎焊部分，同时配以氧‐乙炔焊枪对汽轮机叶片母材部位即司太立合金片上方区域的母材进行辅助加热，加热温度控制在400‐450℃；辅助加热能够降低钎焊部位的热量散失速度，使其温度更加均匀，波动性降低，保证钎焊质量。
本发明具有如下优点：
1)传统的钎焊工艺是在合金片和叶片之间填充钎料，加热后实现连接；本发明采用合金片和叶片先分别钎焊银质合金钎料，接着进行加热实现连接的方法，避免了钎料流动性差，填充不饱满的缺点。
2)利用感应钎焊和氧‐乙炔手工加热同时进行的方式，避免了叶片基体材料散热过快、司太立合金片高温温度区间稳定性不高等问题。
3)针对部分区域钎料流出较多，采用氧乙炔手工加热填充钎料的方法，灵活简便，效果明显。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
一种现场钎焊汽轮机叶片的司太立合金片的方法，包括如下步骤：
步骤1：焊前对司太立合金片和汽轮机叶片表面进行打磨抛光，司太立叶片钎焊面的钎料必须打磨干净，直到露出叶片母材的金属光泽为止，对司太立合金片进行扭曲成型，使其扭曲型线与司太立叶片型线重合；
步骤2：对弯曲成型好的司太立合金片和打磨好的汽轮机叶片采用氧乙炔加热分别进行银质合金钎料的熔敷；
步骤3：将熔敷有银质合金钎料的司太立合金片和汽轮机叶片进行装配：将要组装的汽轮机叶片放置于预设高度，采用汽轮机叶片钎焊司太立合金片用夹具，将汽轮机叶片的叶根、叶顶和叶身支撑固定，拧紧夹具的两个螺栓，使其固定在汽轮机叶片上；接着用不锈钢钢带实现司太立合金片与汽轮机叶片的固定连接；通过弹簧下压的长度控制司太立合金片与汽轮机叶片之间的压力；
步骤4：对装配好的熔敷有银质合金钎料的汽轮机叶片和司太立合金片采用高频感应线圈加热方式进行钎焊；钎焊时，调整高频感应线圈与待钎焊部位的间隙使待钎焊部位均匀加热；高频感应线圈距离司太立合金片进汽边5‐8mm，距离司太立合金片出汽边2‐5mm；钎焊过程中尽快升温至钎料流动的温度620‐720℃后，保温20～45s；钎焊过程中，若发现司太立合金片与汽轮机叶片结合处钎料填充不饱满，则手工馈送沾有钎剂的钎料到该部位；完成钎焊后钎料凝固，汽轮机叶片冷却至350℃以下松开防蚀片的固定钢带，从夹具中取出叶片；
步骤5：对汽轮机叶片进行修复，修磨去除多余的焊肉，并通过修磨使所补接的叶片角与叶片母材圆滑过渡，同时要确保修磨后整个工作面光滑且流线顺畅；而后修磨叶片背部焊缝，使背部焊缝光洁平滑。
作为本发明的优选实施方式，所述步骤1中司太立合金片扭曲成型时，用小榔头、钳子和夹具，手工慢慢扭曲司太立合金片；扭曲时采用试凑法，多次试凑直到司太立合金片的长度方向和宽度方向与汽轮机叶片严密贴合，司太立合金片的扭曲型线与汽轮机叶片型线重合，扭曲和装配均在冷态下进行。
作为本发明的优选实施方式，所述步骤2中选用银质合金钎料，成分如表1所示；
表1 钎料(BAg45CuZn)化学成分(wt.％)
利用氧‐乙炔焊枪进行钎料堆覆；操作时焊枪对基体材料即司太立合金片和汽轮机叶片进行加热，待其温度达到620‐720℃时，通过熔化银质合金钎料达到在司太立合金片和汽轮机叶片表面堆覆的目的；该种方法堆覆的银焊层厚度较大，饱满度高。
作为本发明的优选实施方式，所述步骤4中所采用高频感应线圈其线圈型线通过手工扭曲方法与待钎焊部位型线保持一致。
作为本发明的优选实施方式，所述步骤4中采用高频感应线圈加热待钎焊部分，同时配以氧‐乙炔焊枪对汽轮机叶片母材部位即司太立合金片上方区域的母材进行辅助加热，加热温度控制在400‐450℃；辅助加热能够降低钎焊部位的热量散失速度，使其温度更加均匀，波动性降低，保证钎焊质量。
实施例
某电站汽轮机叶片钎焊司太立合金片经服役后脱离，需对其进行司太立合金片现场钎焊修复。首先清洗叶片凹槽及其周围、司太立合金片及钎料，去除油脂及其它污物。清洗完成后，对叶片表面进行打磨抛光，叶片钎焊面的钎料必须打磨干净，直到露出叶片母材的金属光泽为止，对待钎焊司太立合金片进行扭曲成型以适应叶片进汽边的形状。清洗打磨修型完成后，利用氧‐乙炔焊枪进行银质合金钎料堆覆。操作时焊枪对基体材料(司太立合金片和叶片)进行加热，待其温度达到620℃‐720℃时，通过熔化银基合金钎料在司太立合金片和叶片表面堆覆银质合金钎料。将熔敷有银质合金钎料的司太立合金片和叶片进行装配。将组装叶片放置于一定高度，采用夹具将叶根、叶顶和叶身支撑固定，拧紧夹具的两个螺栓，使其固定在叶片上；接着用不锈钢钢带实现合金片与叶片的固定连接。通过弹簧下压的长度控制合金片与叶片之间的压力，对装配好后的司太立合金片和叶片进行高频感应加热至620℃‐720℃，保温20～45s，加热时线圈离叶片内弧面约6mm，距防蚀片出汽边侧3mm左右。同时配以氧‐乙炔焊枪对叶片母材部位进行辅助加热(司太立合金片上方区域的母材)，加热温度控制在400‐450℃。钎焊完成后钎料凝固，叶片冷至350℃以下松开防蚀片的固定钢带，从夹具中取出叶片。叶片钎焊司太立合金片结束后，对整个工作面进行修磨，保证整个工作面光滑且流线顺畅。
采用上述方法，对六组汽轮机叶片进行了司太立合金片现场钎焊。钎焊结束后，根据西屋公司标准，对钎焊完的焊缝进行X射线无损检测，结果表明六组叶片司太立合金片钎焊修复均合格，X射线检测结果如表1所示。
表1 现场钎焊司太立合金片检验结果
备注：
a、未熔合以长度进行10mm估算，每10mm计为“*”，逐次增加；
b、射线检测结果以面积进行估算处理。

Claims (5)

1.一种现场钎焊汽轮机叶片的司太立合金片的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1:：焊前对司太立合金片和汽轮机叶片表面进行打磨抛光，司太立叶片钎焊面的钎料必须打磨干净，直到露出叶片母材的金属光泽为止，对司太立合金片进行扭曲成型，使其扭曲型线与司太立叶片型线重合；
步骤2：对弯曲成型好的司太立合金片和打磨好的汽轮机叶片采用氧乙炔加热分别进行银质合金钎料的熔敷；
步骤3：将熔敷有银质合金钎料的司太立合金片和汽轮机叶片进行装配：将要组装的汽轮机叶片放置于预设高度，采用汽轮机叶片钎焊司太立合金片用夹具，将汽轮机叶片的叶根、叶顶和叶身支撑固定，拧紧夹具的两个螺栓，使其固定在汽轮机叶片上；接着用不锈钢钢带实现司太立合金片与汽轮机叶片的固定连接；通过弹簧下压的长度控制司太立合金片与汽轮机叶片之间的压力；
步骤4：对装配好的熔敷有银质合金钎料的汽轮机叶片和司太立合金片采用高频感应线圈加热方式进行钎焊；钎焊时，调整高频感应线圈与待钎焊部位的间隙使待钎焊部位均匀加热；高频感应线圈距离司太立合金片进汽边5-8mm，距离司太立合金片出汽边2-5mm；钎焊过程中尽快升温至钎料流动的温度620-720℃后，保温20～45s；钎焊过程中，若发现司太立合金片与汽轮机叶片结合处钎料填充不饱满，则手工馈送沾有钎剂的钎料到该部位；完成钎焊后钎料凝固，汽轮机叶片冷却至350℃以下松开防蚀片的固定钢带，从夹具中取出叶片；
步骤5：对汽轮机叶片进行修复，修磨去除多余的焊肉，并通过修磨使所补接的叶片角与叶片母材圆滑过渡，同时要确保修磨后整个工作面光滑且流线顺畅；而后修磨叶片背部焊缝，使背部焊缝光洁平滑。
2.根据权利要求1所述的现场钎焊汽轮机叶片的司太立合金片的方法，其特征在于：所述步骤1中司太立合金片扭曲成型时，用小榔头、钳子和夹具，手工慢慢扭曲司太立合金片；扭曲时采用试凑法，多次试凑直到司太立合金片的长度方向和宽度方向与汽轮机叶片严密贴合，司太立合金片的扭曲型线与汽轮机叶片型线重合，扭曲和装配均在冷态下进行。
3.根据权利要求1所述的现场钎焊汽轮机叶片的司太立合金片的方法，其特征在于：所述步骤2中选用银质合金钎料，成分如表1所示；
表1钎料(BAg45CuZn)化学成分(wt.％)
利用氧-乙炔焊枪进行钎料堆覆；操作时焊枪对基体材料即司太立合金片和汽轮机叶片进行加热，待其温度达到620-720℃时，通过熔化银质合金钎料达到在司太立合金片和汽轮机叶片表面堆覆的目的；该种方法堆覆的银焊层厚度较大，饱满度高。
4.根据权利要求1所述的现场钎焊汽轮机叶片的司太立合金片的方法，其特征在于：所述步骤4中所采用高频感应线圈其线圈型线通过手工扭曲方法与待钎焊部位型线保持一致。
5.根据权利要求1所述的现场钎焊汽轮机叶片的司太立合金片的方法，其特征在于：所述步骤4中采用高频感应线圈加热待钎焊部分，同时配以氧-乙炔焊枪对汽轮机叶片母材部位即司太立合金片上方区域的母材进行辅助加热，加热温度控制在400-450℃；辅助加热能够降低钎焊部位的热量散失速度，使其温度更加均匀，波动性降低，保证钎焊质量。
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