CN110640393B - 重型燃气轮机燃烧器的焊接修复方法 - Google Patents

重型燃气轮机燃烧器的焊接修复方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种重型燃气轮机燃烧器的焊接修复方法，包括以下步骤：1)将燃烧器外锥出口处的烧损部分切除，2)制作环形件，环形件与被切除的烧损部分对应的燃烧器外锥出口尺寸一致，3)焊前准备，对所述燃烧器及所述替代件进行打磨清理，4)焊接修复，将所述环形件固定于所述燃烧器外锥出口处，采用焊接方式，将所述环形件焊接于所述燃烧器外锥上，5)焊后修磨，焊缝检查，确保所述燃烧器上的焊缝无超标缺陷，并对焊后尺寸进行检测。本发明通过采用焊接技术对燃烧器烧损部分进行局部修复，代替了燃烧器的整体替换方式，避免了燃烧器的报废，节约了生产成本，同时缩短了维修周期。

Description

重型燃气轮机燃烧器的焊接修复方法
技术领域
本发明涉及重型燃气轮机燃烧器技术领域，特别地，涉及一种重型燃气轮机燃烧器的焊接修复方法。
背景技术
燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。
燃烧器，是使燃料和氧化剂以一定比例和方式喷出后燃烧的装置统称。燃烧器的作用是控制燃料和氧化剂的比例和混合方式，组织燃烧火焰形态，控制燃烧的状态。燃烧器按类型和应用领域分工业燃烧器、燃烧机、民用燃烧器、特种燃烧器几种。本发明涉及的是重型燃气轮机燃烧器，重型燃气轮机运行过程中，燃烧器火焰温度可达1700℃，燃烧器外锥出口在火焰作用下易产生烧损，燃烧器烧损影响燃气轮机的运行，燃气轮机每台机组20余个燃烧器，燃烧器的烧损势必给燃气机组造成安全隐患，现采用整体替换燃烧器的方式解决燃烧器烧损问题，需有库存备件，维修成本高，维修周期长。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种重型燃气轮机燃烧器修复方法，通过对燃烧器进行局部修复，代替燃烧器的整台替换，避免燃烧器的报废。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种重型燃气轮机燃烧器的焊接修复方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将燃烧器外锥出口处的烧损部分切除，2)制作环形件，环形件与被切除的烧损部分所对应的燃烧器外锥出口处尺寸一致，3)焊前准备，对所述燃烧器及所述环形件进行打磨清理，4)焊接修复，将所述环形件固定于所述燃烧器外锥出口处，采用焊接方式，将所述环形件焊接于所述燃烧器外锥上，5)焊后修磨，焊缝检查，确保所述燃烧器上的焊缝无超标缺陷，并对焊后尺寸进行检测。
优选地，所述环形件的材料使用与所述燃烧器外锥化学成分一致、力学性能相近、壁厚接近的板材。
优选地，所述环形件为采用卷板机进行卷制而成。
优选地，所述环形件采用纵向焊接，使得焊接后的所述环形件内径尺寸与被切除的所述燃烧器外锥出口处内径尺寸一致。
优选地，对所述环形件纵向焊缝检验，确保焊缝无超标缺陷。
优选地，所述步骤4)中，对已切除破损部分的所述燃烧器及所述环形件进行坡口打磨，根据焊接方法不同选择相应的坡口角度，并对坡口表面进行除油、除锈处理。
优选地，所述焊接方式为钨极氩弧填丝焊或激光焊。
优选地，采用打磨或机加工的方式对所述燃烧器外锥上的焊缝进行修磨、检查，确保无超标缺陷。如上所述，本发明的重型燃气轮机燃烧器的焊接修复方法，具有以下有益效果：
通过使用焊接方法，将与燃烧器外锥化学成分一致、力学性能相近、壁厚接近的材料制作的环形件，焊接到燃烧器上，替换燃烧器烧损的部分，避免了燃烧器报废，极大地节约了资金，减少了浪费，在带来可观的经济效益和缩短维修周期的同时，为今后燃烧器外锥的修复提供了全新的方向。
附图说明
图1显示为本发明的重型燃气轮机燃烧器外锥焊接修复方法的工艺流程图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书所附图中所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
本发明提供一种重型燃气轮机燃烧器外锥焊接修复方法，其包括以下步骤：1)将燃烧器外锥出口处的烧损部分切除，2)制作环形件，环形件与被切除的烧损部分对应的燃烧器外锥出口处尺寸一致，3)焊前准备，对所述燃烧器及所述替代件进行打磨清理，4)焊接修复，将所述环形件固定于所述燃烧器外锥出口处，采用钨极氩弧填丝焊或纯激光焊或其他焊接方法，采用与母材化学成份、力学性能相匹配的焊丝，将所述环形件焊接于所述燃烧器外锥上，5)焊后修磨，焊缝检查，确保所述燃烧器上的焊缝无超标缺陷，并对焊后尺寸进行检测。本发明通过将制作的环形件，焊接到燃烧器上，替换燃烧器烧损的部分，避免了燃烧器报废，极大地节约了资金，减少了浪费，同时缩短了维修周期。
本实施例中所述环形件为采用卷板机进行卷制而成，使用与燃烧器壁厚相仿的板材，无需对板材厚度进行加工，卷板机卷制而成的零件尺寸准确，并且加工方法简单、易于实现。
本实施例中所述环形件采用纵向焊接，使得焊接后的所述环形件内径尺寸与被切除的所述燃烧器外锥出口处的内径尺寸一致，对环形件焊接后可保证内径尺寸的稳定性。在进行焊接时，焊丝选用镍基合金焊丝，型号为ERNiCrMo-3、ERNiCrCoMo-1或其他，规格为直径1.0mm、1.2mm、1.6mm、2.0mm、2.4mm的实芯焊丝。
本实施例中对所述环形件纵向焊缝检验，确保焊缝无超标缺陷，即对焊缝进行外观检查、渗透检查、射线检查，避免焊缝的超标影响环形件的整体尺寸。
本实施例中对已切除烧损部分的所述燃烧器及所述环形件进行坡口打磨，根据焊接方法不同选择相应的坡口角度，并对坡口表面进行除油、除锈处理，这样的处理是为了保证焊接件焊缝质量。
本实施例中对所述焊接方式为钨极氩弧填丝焊或激光焊，两种焊接方式都可以实现将环形件焊接于燃烧器上，只是焊接的工艺参数不同，可以根据现场的实际情况选择焊接方式，焊接的方式可以多样性。采用氩弧焊进行焊接，焊接电流：70～150A；焊接电压：7-14V；保护气体为99.99％的氩气，主保护气流量为8～15L/min，背部气体流量为3～10L/min。
采用纯激光焊进行焊接，无需填丝，无间隙，调节激光束角度，与焊件表面垂直方向呈(α角度)0～10°，调节激光离焦量至0～10mm。采用纯激光焊进行焊接，选用纯氩气或纯氦气作为保护气体，惰性气体送气管与激光束轴向呈(β角度)45°±10°，同时保证气管轴向正对激光束光斑位置，气管端面离工件表面1～10mm。气体流量为20～30L/min。
本实施例中采用打磨或机加工的方式对所述燃烧器外锥上的焊缝进行修磨、检查，确保无超标缺陷，即焊后无损检查，对焊接后的燃烧器外锥的焊缝进行外观检查、渗透检查、射线检查，确保焊缝无超标缺陷，保证焊接质量。
本实施例中对焊接修复的所述燃烧器外锥出口进行外径检测，满足圆周向直径≤1mm的设计要求。
本实施例中所述替代件的材料使用与所述燃烧器外锥化学成分一致、力学性能相近、壁厚接近的板材，当燃烧器外锥的材料为NiCr20Ti镍基高温合金，环形件采用NiCr20Ti固溶态冷轧板，当燃烧器外锥的材料为Inconel 617镍基高温合金，环形件采用Inconel617固溶态冷轧板。这样可以保证焊后的燃烧器的材质不变，而且化学成分一致、力学性能相近的两个零件进行焊接时，可焊性较好。
实施例1，如图1所示，当燃烧器外锥的材料为NiCr20Ti镍基高温合金，外锥内径为215.4mm，壁厚为3mm，具体实施步骤为：
步骤一：采用机加工方式将已发生烧损的燃烧器外锥出口处的直段部分(即烧损部分)切除。
步骤二：制作环形件，本实施例中环形件可卷制而成，具体为：板件采用厚度为3mm的NiCr20Ti固溶态冷轧板。采用水切割机进行切割下料，下料尺寸为776mm×50mm。采用卷板机进行卷形。卷形后割除两端余量，并采用钨极氩弧焊将环形件进行纵向焊接。焊丝采用镍基合金焊丝，型号为ERNiCrMo-3，焊接处间隙为不大于1mm；环形件也可采用定制管件制得。
步骤三：卷制而成的环形件其焊缝检验。对焊缝进行外观检查、渗透检查、射线检查，确保焊缝无超标缺陷；若焊缝不合格，则挖除缺陷再次焊接。
步骤四：焊前打磨清理。对已切除烧蚀部分的燃烧器、环形件进行坡口打磨，采用氩弧焊方法，坡口角度为30°单V坡口；采用激光焊时，不开坡口。并对坡口及周围母材区域进行除油、除锈。
步骤五：焊接修复，本实施例可采用以下两种焊接方式：
1)钨极氩弧焊焊接。具体为：将卷制环坡口内点固焊或采用搭子固定于待修复的燃烧器外锥出口处。焊接前，将燃烧器外锥两端密封并进行背氩保护。焊接方法为钨极氩弧焊(GTAW)，焊材材料为ERNiCrMo-3，焊丝直径为Φ1.6mm或Φ2.4mm。焊接坡口间隙为1～3mm。焊接参数如下：
电源极性：直流正接；
焊接电流：70～140A；焊接电压：7-14V；
保护气体：保护气体为99.99％的氩气，主保护气流量为8～15L/min，背部气体流量为3～8L/min。
分打底焊缝、盖面焊缝两层。用测温仪检测层间温度，层间温度控制在150～200℃。
2)纯激光焊焊接。具体为：焊接方法为纯激光焊(LBW)，采用功率为10KW的光纤激光器，无需填丝。调节激光束角度，与焊件表面垂直方向呈(α角度)0～10°，调节激光离焦量至0-10mm。采用惰性气体(纯氩气或纯氦气)保护焊接溶池，惰性气体送气管与激光束轴向呈(β角度)45°±2°，同时保证气管轴向正对激光束光斑位置，且气管端面离工件表面1～10mm。焊接工艺参数为：
激光功率为3.0～5.0kW，焊接速度为1.0～3.0m/min，保护气流量为10～30L/min
步骤六：焊后修磨。采用打磨或机加工的方式对焊缝进行修磨，并对装配用搭子去除处进行打磨修整。
步骤七：焊后无损检查。对焊缝进行外观检查、渗透检查、射线检查，确保焊缝无超标缺陷。
步骤八：尺寸检查。对焊接修复的燃烧器外锥出口进行外径检测，满足圆周向直径≤1mm的设计要求。
实施例2，当燃烧器外锥的材料为Inconel 617镍基高温合金，外锥内径为215.4mm，壁厚为3mm，具体实施步骤为：
步骤一：采用机加工方式将已发生烧损的燃烧器外锥出口的直段部分切除。
步骤二：卷制环形件。板件采用厚度为3mm的Inconel 617固溶态冷轧板。采用水切割机进行切割下料，下料尺寸为776mm×50mm。采用卷板机进行卷形。卷形后割除两端余量，并采用钨极氩弧焊将环形件进行纵向焊接。焊丝采用ERNiCrCoMo-1，焊接处间隙为不大于1mm。
步骤三：卷制环形件焊缝检验。对焊缝进行外观检查、渗透检查、射线检查，确保焊缝无超标缺陷。
步骤四：焊前打磨清理。对已割除烧蚀部分的燃烧器、环形件进行坡口打磨，采用氩弧焊方法，坡口角度为30°单V坡口；采用激光焊时，不开坡口。并对坡口及周围母材区域进行除油、除锈。
步骤五：焊接修复，本实施例可采用以下两种焊接方式：1)钨极氩弧焊焊接。具体为：将卷制环坡口内点固焊或采用搭子固定于待修复的燃烧器外锥出口处。焊接前，将燃烧器外锥两端密封并进行背氩保护。焊接方法为钨极氩弧焊(GTAW)，焊材材料为ERNiCrCoMo-1，焊丝直径为Φ1.6mm或Φ2.4mm。焊接坡口间隙为1～3mm。焊接参数如下：
电源极性：直流正接；
焊接电流：70～150A；焊接电压：7-14V；
保护气体：保护气体为99.99％的氩气，主保护气流量为8～20L/min，背部气体流量为3～10L/min。
分打底焊缝、盖面焊缝两层。用测温仪检测层间温度，层间温度控制在150～200℃。
2)纯激光焊焊接。具体为：焊接方法为纯激光焊(LBW)，采用功率为10KW的光纤激光器，无需填丝。调节激光束角度，与焊件表面垂直方向呈(α角度)0～10°，调节激光离焦量至0-10mm。采用惰性气体(纯氩气或纯氦气)保护焊接溶池，惰性气体送气管与激光束轴向呈(β角度)45°±10°，同时保证气管轴向正对激光束光斑位置，且气管端面离工件表面1～10mm。焊接工艺参数为：
激光功率为3.0～5.0kW，焊接速度为1.0～3.0m/min，保护气流量为10～30L/min，保护气体流量通过气瓶流量阀控制。
步骤六：焊后修磨。采用打磨或机加工的方式对焊缝进行修磨，并对装配用搭子去除处进行打磨修整。
步骤七：焊后无损检查。对焊缝进行外观检查、渗透检查、射线检查，确保焊缝无超标缺陷。
步骤八：尺寸检查。对焊接修复的燃烧器外锥出口进行外径检测，满足圆周向直径≤1mm的设计要求。
综上所述，本发明重型燃气轮机燃烧器外锥焊接修复方法，通过采用焊接技术对燃烧器破损部分进行局部修复，代替了燃烧器的整体替换方式，避免了燃烧器的报废，节约了生产成本，同时缩短了维修周期，焊缝接头力学性能也满足产品工况要求。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种重型燃气轮机燃烧器的焊接修复方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将燃烧器外锥出口处的烧损部分切除；
2)制作环形件，环形件与被切除的烧损部分所对应的燃烧器外锥出口处尺寸一致，且所述环形件的材料使用与所述燃烧器外锥化学成分一致、力学性能相近、壁厚接近的板材；所述燃烧器外锥的材料为NiCr20Ti镍基高温合金，环形件采用NiCr20Ti固溶态冷轧板制成，且焊丝采用的型号为ERNiCrMo-3；当燃烧器外锥的材料为Inconel 617镍基高温合金，环形件采用Inconel 617固溶态冷轧板制成，且焊丝采用的型号为ERNiCrCoMo-1；
3)焊前准备，对所述燃烧器及所述环形件进行打磨清理；
4)焊接修复，将所述环形件固定于所述燃烧器外锥出口处，采用焊接方式，将所述环形件焊接于所述燃烧器外锥上，所述焊接方式为钨极氩弧填丝焊或激光焊，其中所述钨极氩弧填丝焊的焊接参数为：焊接电流：70～150A；焊接电压：7-14V；保护气体为99.99％的氩气，主保护气流量为8～15L/min，背部气体流量为3～10L/min；所述激光焊的焊接工艺为：调节激光束角度，与焊件表面垂直方向呈0～10°，调节激光离焦量至0-10mm；且焊接中采用惰性气体作为保护气体，惰性气体的送气管与激光束的轴向β角度呈45°±10°，同时保证送气管的轴向正对激光束光斑位置，且送气管的端面离工件表面1～10mm；
5)焊后修磨，焊缝检查，确保所述燃烧器上的焊缝无超标缺陷，并对焊后尺寸进行检测。
2.根据权利要求1所述的重型燃气轮机燃烧器的焊接修复方法，其特征在于：所述环形件采用卷板机进行卷制而成。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的重型燃气轮机燃烧器的焊接修复方法，其特征在于：所述环形件采用纵向焊接，使得焊接后的所述环形件内径尺寸与被切除的所述燃烧器外锥出口处内径尺寸一致。
4.根据权利要求3所述的重型燃气轮机燃烧器的焊接修复方法，其特征在于：对所述环形件的纵向焊缝检验，确保焊缝无超标缺陷。
5.根据权利要求4所述的重型燃气轮机燃烧器的焊接修复方法，其特征在于：所述步骤4)中，对已切除破损部分的所述燃烧器及所述环形件进行坡口打磨，根据焊接方法不同选择相应的坡口角度，并对坡口表面进行除油、除锈处理。
6.根据权利要求1所述的重型燃气轮机燃烧器的焊接修复方法，其特征在于：所述步骤5)中，采用机加工的方式对所述燃烧器外锥上的焊缝进行修磨、检查，确保无超标缺陷。
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