CN109518115A - 一种汽轮机叶片防水蚀的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽轮机叶片防水蚀的方法，包括超音速电弧喷涂的工艺步骤，在喷涂处理之前，对汽轮机叶片进行喷丸处理，具体包括以下步骤：a、表面预处理：对汽轮机叶片表面的杂物进行清理；b、喷丸：用超声喷丸机喷射弹丸对汽轮机叶片的表面进行超声喷丸处理；c、喷涂：喷丸处理后，采用超音速电弧喷涂设备，对喷丸处理后的汽轮机叶片喷涂HDS‑88A涂层，厚度为0.6‑0.8mm。该方法在对汽轮机叶片表面采用超音速电弧喷涂之前，先对叶片进行超声喷丸处理，既可提高叶片表面的强度、耐侵蚀性和耐磨性，还可以增加叶片表面的粗糙度，使叶片表面与涂料的结合力更强，从而降低叶片的水蚀，提高其使用寿命。

Description

一种汽轮机叶片防水蚀的方法
技术领域
本发明涉及汽轮机叶片防护的技术领域，具体涉及一种防止汽轮机叶片水蚀的防护方法。
背景技术
汽轮机叶片是汽轮机最重要的零件之一，对机组的安全可靠性和经济性均有重大影响。末级叶片在极苛刻的条件下运行，承受高温、高压、离心力、蒸汽作用力、蒸汽激振力、腐蚀和振动以及湿蒸汽区水滴冲蚀的共同作用。所以实际运行过程中发现，末级叶片经常出现水蚀，不仅使汽轮机做功能力和效率下降，而且随着水蚀损伤的恶化极有可能造成汽轮机的叶片事故，进而给电厂造成极大的损失。
不同的机组造成汽轮机末级叶片水蚀的原因很多，比较常见的原因有以下几点：(1)工作环境：由于末级叶片在湿蒸汽区工作，排汽湿度很大，蒸汽带有较多的水分，如果工作环境受外界影响发生变化时，蒸汽湿度大于设计值，就会使末级叶片发生水蚀。(2)低负荷运行：机组在负荷降低时，汽流的雾度小，水滴的直径大，末级叶片的水蚀率将直线增大，水蚀的程度将大幅度提高。机组负荷率为60％时的相对水蚀率,将比负荷率为100％时提高80％左右。(3)投产初期设备缺陷较多，启停频繁加剧了冲蚀。(4)汽温过低：汽轮机末几级的蒸汽湿度增加，使末几级叶片的湿汽损失增大，加剧了蒸汽对动叶片的冲蚀作用，缩短了叶片的使用寿命。(5)另外，还与水滴速度、撞击水量以及叶片的材质等因素有关，叶片材质的硬度及耐磨性低，也加速了叶片的水蚀。
汽轮机叶片防水蚀问题一直困扰着汽轮机制造行业和使用行业，为解决这一问题，现有技术中有采用电火花强化及焊司太立合金片以防水蚀的，但由于叶片的水蚀部位没有镶焊条件，且镶焊合金片对操作人员要求较高，多次镶焊会造成母材塑性损耗，使材料脆化；也有叶片边缘镀硬铬合金的，常会发生防护层脱落的现象，使用寿命不长。
发明内容
本发明的目的在于提供一种汽轮机叶片防水蚀的方法，用以解决现有汽轮机叶片防水蚀效果不佳的问题，其采用超声喷丸与超音速电弧喷涂技术相结合，从根本上提高叶片的强度和耐水蚀性。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种汽轮机叶片防水蚀的方法，包括超音速电弧喷涂的工艺步骤，在喷涂处理之前，对汽轮机叶片进行喷丸处理，具体包括以下步骤：
a、表面预处理：对汽轮机叶片表面的杂物进行清理；
b、喷丸：用超声喷丸机喷射弹丸对汽轮机叶片的表面进行超声喷丸处理；
c、喷涂：喷丸处理后，在2-4小时内，采用超音速电弧喷涂设备，对喷丸处理后的汽轮机叶片喷涂HDS-88A涂层，厚度为0.6-0.8mm。
d、封孔：在所述HDS-88A涂层表面用KM型高温耐磨抗蚀封孔剂进行封孔。
优选的，步骤b中所述弹丸采用铸钢丸，其直径小于或等于2.5mm，总重量大于或等于0.5g，处理时间为5-120s。弹丸的直径更优选0.8-2.2mm。
步骤c中，所述超音速电弧喷涂的粒子速度不小于386m/s，涂层的孔隙率≤0.3％，结合强度≥55MPa，硬度≥HRC60，抗高温氧化性为+12.16mg/cm2。
优选的，还包括步骤d、封孔：在所述HDS-88A涂层表面用KM型高温耐磨抗蚀封孔剂进行封孔。
上述技术方案中，步骤b中，采用超声喷丸对叶片表面进行处理，其原理是利用超声波使变幅杆产生高频振动，驱使弹丸对工件表面进行撞击来获得更深的残余压应力层，用于消除部件表面的有害残余拉应力，引进有益压应力来改善材料力学性能、疲劳性能和抗应力腐蚀性能。步骤c中对汽轮机叶片表面采用超音速喷涂的方法对汽轮机叶片进行防护。提高了汽轮机叶片的强度、耐水蚀性等，从而提高汽轮机叶片的使用寿命，减少电厂由于汽轮机叶片水蚀而使其抗疲劳强度降低。
本发明方法具有如下优点：(1)本发明对所有的发生水蚀的叶片都可以应用，操作简单，不会对叶片母材塑性损耗，使材料脆化；(2)与现有技术广泛采用的叶片边缘镀硬铬相比，本发明采用超音速电弧喷涂技术对叶片水蚀防护效果好，叶片的使用寿命提高了7-8倍，且不会发生防护层脱落的现象；(3)在喷涂之前对叶片表面进行超声喷丸处理，可以提高叶片表面的强度、耐侵蚀性和耐磨性，另外还可以增加叶片表面的粗糙度，使叶片表面与涂层的结合力更强；(4)在进一步改进的方案中，喷涂处理后通过封孔工艺，可以进一步优化提高喷涂层的性能。
具体实施方式
本发明的技术方案是：在对汽轮机叶片表面采用超音速电弧喷涂技术之前，对叶片先进行超声喷丸处理，既可提高叶片表面的强度、耐侵蚀性和耐磨性，还可增加叶片表面的粗糙度，使叶片表面与涂料的结合力更强，降低叶片的水蚀，提高其使用寿命。
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
a、表面预处理：对汽轮机叶片表面的杂物进行清理。
b、喷丸：用超声喷丸机喷射弹丸对汽轮机叶片的表面进行超声喷丸处理。在超声喷丸处理中，对超声振荡的频率以及弹丸的直径、材料和重量进行优选，以便均匀地对汽轮机叶片进行喷丸处理。本实施例中所述弹丸为直径1.45mm的铸钢丸，总重量为0.6g，本实施例中，所述弹丸的重量与所处理部分的总面积的比例约为1g:1.44m2。弹丸是通过振动头所给的振幅运动的，振动头的振幅一般为50-60微米，弹丸置于振动头正上方，处理时间为50s。在超声发生器的作用下使超声喷丸腔室中振动头处的弹丸向各个方向不断冲击，从而对汽轮机叶片的表面进行超声喷丸处理。
超声喷丸处理可以消除汽轮机叶片表面的有害残余拉应力，引进有益压应力来改善材料力学性能、疲劳性能和抗应力腐蚀性能，提高了汽轮机叶片表面的强度、耐磨性、抗侵蚀性、抗氧化性等，从而提高了汽轮机叶片的使用寿命。另外还可以增加叶片表面的粗糙度，使叶片表面与涂层的结合力更强。
c、喷涂：喷丸处理后，采用超音速电弧喷涂设备，对喷丸处理后的汽轮机叶片喷涂HDS-88A涂层，厚度为0.6-0.8mm。
所述HDS-88A涂层含有Ni元素,具有良好的延展性,可有效避免由于热应力引起的涂层开裂和剥落；该材料中还含有Mo、B、Ti、Al和微量稀土等元素,帮助进一步改进涂层性能,提高耐高温氧化、抗热腐蚀的能力；所含自融性介质,较一般合金更易雾化,使涂层细腻,孔隙率低,是所有金属陶瓷中应用于制作高温涂层的最佳选择。喷涂完后由于涂层中还含有残留的部分自融性材料,涂层运行一段时间后,由于受热而与基材间形成了一种亚冶金结合结构,从而结合强度更高,特别耐磨。超音速电弧喷涂的粒子速度：386m/s，喷涂温度<100℃。
涂层表面要求平整、光洁、致密、均匀，且和基体结合完好，无起皮、开裂、麻面、脱落等缺陷。用测厚仪对喷涂的HDS-88A涂层进行测量，保证涂层厚度均匀，并达到0.6-0.8mm的厚度要求。本实施例中的HDS-88A涂层的结合强度≥55MPa，硬度≥HRC60，抗高温氧化性：+12.16mg/cm2(750℃氧化250h)，孔隙率：≤0.3％。
经本实施例处理后的汽轮机叶片，其使用寿命比预期使用寿命提高了5倍。
实施例2
本实施例针对已经使用一段时间后的汽轮机叶片进行防护处理。
a、表面预处理：对汽轮机叶片表面的杂物进行清理。
b、喷丸：用超声喷丸机喷射弹丸对汽轮机叶片的表面进行超声喷丸处理。本实施例中所述弹丸为直径0.80mm的铸钢丸，总重量为0.65g，本实施例中，所述弹丸的重量与所处理部分的总面积的关系比例约为1g:1.44m2，振动头的振幅一般为60-100微米，弹丸置于振动头正上方，处理时间为75s。
超声喷丸处理可以消除汽轮机叶片表面的有害残余拉应力，引进有益压应力来改善材料力学性能、疲劳性能和抗应力腐蚀性能，提高了汽轮机叶片表面的强度、耐磨性、抗侵蚀性、抗氧化性等，从而提高了汽轮机叶片的使用寿命。另外还可以增加叶片表面的粗糙度，使叶片表面与后续涂层的结合力更强。
c、喷涂：喷丸处理后，采用超音速电弧喷涂设备，对喷丸处理后的汽轮机叶片喷涂HDS-88A涂层，厚度为0.6-0.8mm。涂层表面要求平整、光洁、致密、均匀，且和基体结合完好，无起皮、开裂、麻面、脱落等缺陷。用测厚仪对喷涂的HDS-88A涂层进行测量，保证涂层厚度均匀，并达到0.6-0.8mm的厚度要求。本实施例中的HDS-88A涂层的结合强度≥55MPa，硬度≥HRC60，抗高温氧化性：+12.16mg/cm2(750℃氧化250h)，孔隙率：≤0.3％。
经本实施例处理后的汽轮机叶片，其使用的年限为已使用年限的5～6倍。
实施例3
本实施例与实施例2不同的是：
b、喷丸：用超声喷丸机喷射弹丸对汽轮机叶片的表面进行超声喷丸处理。本实施例中所述弹丸为直径2.0mm的铸钢丸，总重量为0.7g，本实施例中，所述弹丸的总重量与所处理部分的总面积的关系比例约为1g:1.6m2，振动头的振幅一般为60-100微米，弹丸置于振动头正上方，处理时间为120s。
c、喷涂：喷丸处理后，采用超音速电弧喷涂设备，对喷丸处理后的汽轮机叶片喷涂HDS-88A涂层，厚度为0.7mm。HDS-88A涂层不能太薄，否则无法有效覆盖管子基材的粗糙度，也不能太厚，因为涂层热膨胀性与叶片基材有差异，容易出现涂层表面开裂，并且增加喷涂用料成本，本实施例优选0.7mm。
本实施例中的HDS-88A涂层的结合强度≥55MPa，硬度≥HRC60，抗高温氧化性：+12.16mg/cm2(750℃氧化250h)，孔隙率：≤0.4％。
d、封孔：在所述HDS-88A涂层表面用KM型高温耐磨抗蚀封孔剂进行封孔。
KM型高温耐磨抗蚀封孔剂在常温下可快速固化，高温下形成坚硬的陶瓷体。其高温耐磨性好，导热系数大，抗蚀性强，与金属表面粘结具有极强的吸附性和热震稳定性，不脱落、不出现裂纹等特点。用其对金属热喷涂涂层表面进行封孔，能有效渗透、浸润涂层孔隙，并在高温下逐渐陶瓷化，使整个涂层更致密，阻止介质中的有害成份通过微小的涂层隙进入涂层内部，能获得有效封闭毛细孔的效果。本实施例中，封孔的涂层厚度为0.05-0.1mm，耐磨性≤10mg/1000r，结合强度≥6MPa，工作温度不小于1000℃。
经本实施例处理后的汽轮机叶片，其使用的年限为已使用年限的7倍。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种汽轮机叶片防水蚀的方法，包括超音速电弧喷涂的工艺步骤，其特征在于，在喷涂处理之前，对汽轮机叶片进行喷丸处理，具体包括以下步骤：
a、表面预处理：对汽轮机叶片表面的杂物进行清理；
b、喷丸：用超声喷丸机喷射弹丸对汽轮机叶片的表面进行超声喷丸处理；
c、喷涂：喷丸处理后，在2-4小时内，采用超音速电弧喷涂设备，对喷丸处理后的汽轮机叶片喷涂HDS-88A涂层，厚度为0.6-0.8mm。
2.根据权利要求1所述的汽轮机叶片防水蚀的方法，其特征在于，步骤b中所述弹丸采用铸钢丸，其直径小于或等于2.5mm，总重量大于或等于0.5g，处理时间为5-120。
3.根据权利要求2所述的汽轮机叶片防水蚀的方法，其特征在于，步骤b中所述弹丸的直径为0.8-2.2mm。
4.根据权利要求2或3所述的汽轮机叶片防水蚀的方法，其特征在于，所述弹丸的总重要与待处理的汽轮机叶片的表面积比值为1g:1.2-1.8m2。
5.根据权利要求1所述的汽轮机叶片防水蚀的方法，其特征在于，步骤c中所述超音速电弧喷涂的粒子速度不小于386m/s，涂层的孔隙率≤0.3％。
6.根据权利要求1或4所述的汽轮机叶片防水蚀的方法，其特征在于，所述HDS-88A涂层的结合强度≥55MPa，硬度≥HRC60，抗高温氧化性为+12.16mg/cm2。
7.根据权利要求1所述的汽轮机叶片防水蚀的方法，其特征在于，还包括步骤d、封孔：在所述HDS-88A涂层表面用KM型高温耐磨抗蚀封孔剂进行封孔。
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