CN109514058A - 一种汽轮机末级叶片防水蚀处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽轮机末级叶片防水蚀处理方法，属于汽轮机末级叶片防水蚀技术领域。本发明的一种汽轮机末级叶片防水蚀处理方法，包括以下步骤：步骤1、对叶片的进汽侧易水蚀区域表面加工坡口；步骤2、将待堆焊坡口调整至水平状态；步骤3、对待堆焊坡口进行预热；步骤4、对待堆焊坡口进行规划焊接路径与编制焊接机器人程序，并设定起弧位置、收弧位置；步骤5、找准工件坐标，运行自动微弧等离子喷焊程序，在待堆焊坡口上自动喷焊司太立合金；步骤6、对已喷焊的焊缝进行后热；步骤7、对叶片进行消除应力热处理。本发明直接在汽轮机末级叶片易水蚀区域采用自动微弧等离子喷焊司太立合金，经处理的叶片防水蚀性能良好、变形小，使用寿命长。

Description

一种汽轮机末级叶片防水蚀处理方法

技术领域

本发明涉及一种汽轮机末级叶片防水蚀处理方法，属于汽轮机末级叶片防水蚀技术领域。

背景技术

汽轮机末级叶片在湿蒸气环境服役，在叶片高速旋转时极易在叶片进汽侧或出汽侧发生水蚀现象，目前国内外末级叶片的防水蚀技术主要有钎焊司太立合金片、激光熔敷、电火花强化、热喷涂、电子束强化、等离子淬火、高频感应淬火、激光淬火等技术，但在实际运行的防水蚀效果最优是司太立合金硬化层，但目前效果最佳的方式为激光熔覆司太立合金，但激光熔覆成本高、效率低。

等离子弧焊具有与激光、电子束高能束焊相媲美的能量密度高、热量集中、温度高等的热源特点，从而具备热输入集中、热影响区窄、焊接变形小、焊接应力小等优点。而微弧等离子喷焊是一种精密等离子弧焊，其采用小电流（100A以下）获得的高能量密度的等离子弧，熔化同步送粉的粉末，从而得到尺寸精准、美观的焊层。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种汽轮机末级叶片防水蚀处理方法，本发明直接在汽轮机末级叶片易水蚀区域采用自动微弧等离子喷焊司太立合金，经防水蚀处理的叶片防水蚀性能良好。

本发明采用的技术方案如下：

一种汽轮机末级叶片防水蚀处理方法，包括以下步骤：

步骤1、对叶片的进汽侧易水蚀区域表面加工用于堆焊的坡口；

步骤2、将待堆焊坡口调整至水平状态或近似水平状态；

步骤3、对待堆焊坡口进行预热，预热温度为50-300℃;

步骤4、对待堆焊坡口进行规划焊接路径与编制焊接机器人程序，以使机器人系统带动微弧等离子焊接系统的喷焊枪可在叶片的扭转曲面上按照规划焊接路径移动，并设定起弧位置、收弧位置；

步骤5、找准工件坐标，机器人系统将喷焊枪移动至起弧位置，开启离子气并点燃非转移等离子弧，运行自动微弧等离子喷焊程序，在待堆焊坡口上自动微弧等离子喷焊司太立合金；

步骤6、对已喷焊的焊缝进行后热，后热温度为100-300℃；

步骤7、对叶片进行消除应力热处理，热处理温度为500-700℃。

在本发明中，叶片为汽轮机末级叶片的简称；焊接机器人包括机器人系统和等离子焊接系统，喷焊枪为微弧等离子喷焊枪。采用本发明时，能够直接在汽轮机末级叶片易水蚀区域采用自动微弧等离子喷焊司太立合金，经本发明防水蚀处理的叶片防水蚀性能良好、变形小，使用寿命长。

进一步的，在步骤1中，坡口尺寸如下:沿叶片进汽侧方向上，长度为100-800mm，宽度为10-60mm。

进一步的，在步骤2中，叶片装夹在固定工装上、或可旋转变位机上、或机器人系统的外轴上，用以实现在堆焊过程中将待堆焊坡口调整至水平状态或近似水平状态。

进一步的，在步骤2与步骤3之间，还包括下述步骤：在坡口边缘的叶片进汽侧装配引弧板、收弧板。采用本设计时，起弧位置设定在引弧板上，收弧位置设定在收弧板上。

进一步的，在步骤2与步骤3之间，还包括下述步骤：在坡口旁边的叶片进汽侧装配防变形工装。在喷焊过程中，能够减小叶片进汽侧发生焊接变形。

进一步的，在步骤4中，根据叶片三维模型，来实现对待堆焊坡口进行规划焊接路径与编制焊接机器人程序。

进一步的，在步骤4中，焊接路径通过焊接厚度、宽度以及搭接量来进行严格规划。

进一步的，在步骤5中，自动微弧等离子喷焊程序，包括下述步骤：

a、机器人系统控制微弧等离子焊接系统自动点燃转移等离子弧、输送保护气、输送送粉气、送粉器将司太立合金粉末输送至熔池；

b、机器人系统带动喷焊枪在规划焊接路径自动运行，实现自动微弧等离子喷焊司太立合金；

c、喷焊枪喷焊至收弧位置时，机器人系统控制微弧等离子焊接系统自动熄灭转移等离子弧、停止输送保护气、停止输送送粉气、送粉器停止输送司太立合金粉末。

进一步的，在步骤5中，微弧等离子喷焊的焊接工艺参数为：转移弧电流为30-120A，转移弧电压为20-30V，焊接速度为50-150mm/min，合金粉末送给速度为5-20g/min。

进一步的，步骤5中，司太立合金为Stellite 6#、Stellite 8#或Stellite 12#。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明的一种汽轮机末级叶片防水蚀处理方法，工艺流程简单，实现司太立合金与汽轮机末级叶片基材之间的冶金结合，结合强度与基材相当，热影响区的韧性好。

2、本发明采用了微弧等离子喷焊司太立合金、一次性合格率高，焊缝稀释率低，经本发明防水蚀处理的叶片防水蚀性能良好、变形小，使用寿命长。

3、本发明采用了低热输入、小变形量和精确焊接成形的微弧等离子自动喷焊工艺，焊接精度高、成本低、效率高、零件尺寸要求不限，自动化程度高。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是采用本发明的防水蚀处理方法处理后的汽轮机末级叶片示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本实施例的一种汽轮机末级叶片防水蚀处理方法，包括以下步骤：

步骤1、对叶片的进汽侧易水蚀区域表面加工用于堆焊的坡口；

步骤2、将待堆焊坡口调整至水平状态或近似水平状态；

步骤3、对待堆焊坡口进行预热，预热温度为50-300℃;

步骤4、对待堆焊坡口进行规划焊接路径与编制焊接机器人程序，以使机器人系统带动微弧等离子焊接系统的喷焊枪可在叶片的扭转曲面上按照规划焊接路径移动，并设定起弧位置、收弧位置、杆伸长等参数；

步骤5、找准工件坐标，机器人系统将喷焊枪移动至起弧位置，开启离子气并点燃非转移等离子弧，运行自动微弧等离子喷焊程序，在待堆焊坡口上自动微弧等离子喷焊司太立合金；

步骤6、对已喷焊的焊缝进行后热，后热温度为100-300℃；

步骤7、对叶片进行消除应力热处理，热处理温度为500-700℃。

在本发明中，叶片为汽轮机末级叶片的简称；汽轮机末级叶片可以为火电汽轮机末级叶片还可以为核电汽轮机末级叶片。焊接机器人包括机器人系统和微弧等离子焊接系统，喷焊枪为微弧等离子喷焊枪。采用本发明时，能够直接在汽轮机末级叶片易水蚀区域采用自动微弧等离子喷焊司太立合金，经本发明防水蚀处理的叶片防水蚀性能良好、变形小，使用寿命长。采用本发明的防水蚀处理方法处理后的汽轮机末级叶片,如图1所示，堆焊层区（司太立合金层）位于叶片的进汽侧易水蚀区域，堆焊长度为L，堆焊宽度为B。可供选择的，在步骤2之前，还包括下述步骤：对叶片进行校形处理，当然也可以不作校形处理。在步骤3中，焊前预热，能够降低焊缝冷却速度，防止产生淬硬组织，降低焊接应力，避免产生焊接裂纹。优选的，对待堆焊坡口及其附近至少50mm区域都进行预热；当然也可以对叶片进行整体预热。优选的，预热保温时间≥30min。在步骤6中，焊后后热，能够降低焊缝冷却速度，防止产生淬硬组织，降低焊接应力，避免产生焊接裂纹；可以是对焊缝进行局部后热，也可以是对叶片进行整体后热。优选的，后热保温时间≥30min。在步骤7中，焊后热处理，能够最大程度的消除焊接应力，确保焊接质量。可供选择的，热处理的保温时间为6-8h。可供选择的，在步骤7之后，还包括下述步骤：对叶片进行校形处理；当然也可以不作校形处理。

本实施例中，在步骤1中，坡口尺寸如下:沿叶片进汽侧方向上，长度为100-800mm，宽度为10-60mm。能够保证叶片基体强度的同时，保证叶片的防水蚀性能。

本实施例中，在步骤2中，叶片装夹在固定工装上、或可旋转变位机上、或机器人系统的外轴上，用以实现在堆焊过程中将待堆焊坡口调整至水平状态或近似水平状态。可供选择的，叶片装夹在固定工装上，焊接时，机器人系统与固定工装不联动，喷焊枪按照规划焊接路径进行自动焊接。可供选择的，叶片装夹在旋转变位机上或机器人系统的外轴上，焊接时，机器人系统与旋转变位机或机器人系统的外轴联动，喷焊枪按照规划焊接路径进行自动焊接。

本实施例中，在步骤2与步骤3之间，还包括下述步骤：在坡口边缘的叶片进汽侧装配引弧板、收弧板。采用本设计时，起弧位置设定在引弧板上，收弧位置设定在收弧板上。可供选择的，引弧板、收弧板为钢制件或铜制件。

本实施例中，在步骤2与步骤3之间，还包括下述步骤：在坡口旁边的叶片进汽侧装配防变形工装。在喷焊过程中，能够避免叶片进汽侧发生焊接变形。

本实施例中，在步骤4中，根据叶片三维模型，来实现对待堆焊坡口进行规划焊接路径与编制焊接机器人程序。对于叶片的制作，现有技术中有成熟的方法，简而言之，首先是建立叶片三维模型，然后根据三维模型制造加工出叶片。而本发明的方法是在制出的叶片基础上，加工坡口，并通过喷焊司太立合金，来达到叶片防水蚀。本设计可以采用制造叶片时初始建立的叶片三维模型，根据该叶片三维模型，来实现对待堆焊坡口进行规划焊接路径与编制焊接机器人程序。当然，也可以采用装在机器人系统上的光学三维测量设备，采集叶片的三维点云数据，利用逆向工程软件将三维点云数据转换为叶片三维模型，然后根据该叶片三维模型，来实现对待堆焊坡口进行规划焊接路径与编制焊接机器人程序。

本实施例中，在步骤4中，焊接路径通过焊接厚度、宽度以及搭接量来进行严格规划。焊接路径（或者说焊缝）可为单层多道焊或多层多道焊。

本实施例中，在步骤5中，自动微弧等离子喷焊程序，包括下述步骤：

a、机器人系统控制微弧等离子焊接系统自动点燃转移等离子弧、输送保护气、输送送粉气、送粉器将司太立合金粉末输送至熔池；

b、机器人系统带动喷焊枪在规划焊接路径自动运行，实现自动微弧等离子喷焊司太立合金；

c、喷焊枪喷焊至收弧位置时，机器人系统控制微弧等离子焊接系统自动熄灭转移等离子弧、停止输送保护气、停止输送送粉气、送粉器停止输送司太立合金粉末。

本实施例中，在步骤5中，微弧等离子喷焊的焊接工艺参数为：转移弧电流为30-120A，转移弧电压为20-30V，焊接速度为50-150mm/min，合金粉末送给速度为5-20g/min。可供选择的，焊接电流为直流电流或脉冲直流电流。在其中一实施例中，转移弧电流为30A，转移弧电压为20V，焊接速度为50mm/min，合金粉末送给速度为5g/min。在另一实施例中，转移弧电流为60A，转移弧电压为24V，焊接速度为80mm/min，合金粉末送给速度为10g/min。在另一实施例中，转移弧电流为90A，转移弧电压为28V，焊接速度为120mm/min，合金粉末送给速度为15g/min。在另一实施例中，转移弧电流为120A，转移弧电压为30V，焊接速度为150mm/min，合金粉末送给速度为20g/min。

本实施例中，在步骤5中，喷焊时，每道焊缝为连续焊接或断续焊接，道间温度为50-300℃。

本实施例中，步骤5中，司太立合金为Stellite 6#、Stellite 8#或Stellite 12#。

综上所述，采用本发明的一种汽轮机末级叶片防水蚀处理方法，工艺流程简单，实现司太立合金与汽轮机末级叶片基材之间的冶金结合，结合强度与基材相当，热影响区的韧性好。本发明采用了微弧等离子喷焊司太立合金、一次性合格率高，焊缝稀释率低，经本发明防水蚀处理的叶片防水蚀性能良好、变形小，使用寿命长。本发明采用了低热输入、小变形量和精确焊接成形的微弧等离子自动喷焊工艺，焊接精度高、成本低、效率高、零件尺寸要求不限，自动化程度高。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种汽轮机末级叶片防水蚀处理方法，其特征在于,包括以下步骤：

步骤1、对叶片的进汽侧易水蚀区域表面加工用于堆焊的坡口；

步骤2、将待堆焊坡口调整至水平状态或近似水平状态；

步骤3、对待堆焊坡口进行预热，预热温度为50-300℃;

步骤4、对待堆焊坡口进行规划焊接路径与编制焊接机器人程序，以使机器人系统带动微弧等离子焊接系统的喷焊枪可在叶片的扭转曲面上按照规划焊接路径移动，并设定起弧位置、收弧位置；

步骤5、找准工件坐标，机器人系统将喷焊枪移动至起弧位置，开启离子气并点燃非转移等离子弧，运行自动微弧等离子喷焊程序，在待堆焊坡口上自动微弧等离子喷焊司太立合金;

步骤6、对已喷焊的焊缝进行后热，后热温度为100-300℃；

步骤7、对叶片进行消除应力热处理，热处理温度为500-700℃。

2.如权利要求1所述的一种汽轮机末级叶片防水蚀处理方法，其特征在于：在步骤1中，坡口尺寸如下:沿叶片进汽侧方向上，长度为100-800mm，宽度为10-60mm。

3.如权利要求1所述的一种汽轮机末级叶片防水蚀处理方法，其特征在于：在步骤2中，叶片装夹在固定工装上、或可旋转变位机上、或机器人系统的外轴上，用以实现在堆焊过程中将待堆焊坡口调整至水平状态或近似水平状态。

4.如权利要求1所述的一种汽轮机末级叶片防水蚀处理方法，其特征在于：在步骤2与步骤3之间，还包括下述步骤：在坡口边缘的叶片进汽侧装配引弧板、收弧板。

5.如权利要求1所述的一种汽轮机末级叶片防水蚀处理方法，其特征在于：在步骤2与步骤3之间，还包括下述步骤：在坡口旁边的叶片进汽侧装配防变形工装。

6.如权利要求1所述的一种汽轮机末级叶片防水蚀处理方法，其特征在于：在步骤4中，根据叶片三维模型，来实现对待堆焊坡口进行规划焊接路径与编制焊接机器人程序。

7.如权利要求1所述的一种汽轮机末级叶片防水蚀处理方法，其特征在于：在步骤4中，焊接路径通过焊接厚度、宽度以及搭接量来进行严格规划。

8.如权利要求1所述的一种汽轮机末级叶片防水蚀处理方法，其特征在于：在步骤5中，自动微弧等离子喷焊程序，包括下述步骤：

a、机器人系统控制微弧等离子焊接系统自动点燃转移等离子弧、输送保护气、输送送粉气、送粉器将司太立合金粉末输送至熔池；

b、机器人系统带动喷焊枪在规划焊接路径自动运行，实现自动微弧等离子喷焊司太立合金；

c、喷焊枪喷焊至收弧位置时，机器人系统控制微弧等离子焊接系统自动熄灭转移等离子弧、停止输送保护气、停止输送送粉气、送粉器停止输送司太立合金粉末。

9.如权利要求1所述的一种汽轮机末级叶片防水蚀处理方法，其特征在于：在步骤5中，微弧等离子喷焊的焊接工艺参数为：转移弧电流为30-120A，转移弧电压为20-30V，焊接速度为50-150mm/min，合金粉末送给速度为5-20g/min。

10.如权利要求10所述的一种汽轮机末级叶片防水蚀处理方法，其特征在于：步骤5中，司太立合金为Stellite 6#、Stellite 8#或Stellite 12#。