CN110919289B - 一种燃气轮机透平静叶叶片的钎焊工艺 - Google Patents

一种燃气轮机透平静叶叶片的钎焊工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种燃气轮机透平静叶叶片的钎焊工艺，对静叶叶片先进行整体表面清洁使表面干净，再进行钎焊；首先将燃气轮机透平静叶使用FPI进行探伤，将检查出来的贯穿性裂纹使用氩弧焊焊接的方法进行修补，将检查出来非贯穿性的细小裂纹使用打磨的方法去除，修补打磨后会形成一个待钎焊区域；把待钎焊区域多个方形小格，使用钎焊料将方形小格涂覆满，钎焊料涂覆高度高于0.5mm氩弧焊堆焊出来的焊缝高度,将涂覆好的叶片放入真空炉内，升温至一定温度后缓慢冷却，待炉体冷却后将叶片取出，将高于叶片的区域使用打磨的方法去除掉，然后对焊接区域使用FPI进行探伤，对于依旧有板厚不足或者有较多细小裂纹的区域再重复进行钎焊，完成一个钎焊流程。

Description

一种燃气轮机透平静叶叶片的钎焊工艺
技术领域
本发明涉及一种静叶叶片钎焊领域，尤其涉及一种燃气轮机透平静叶叶片的钎焊工艺。
背景技术
钎焊，是指低于焊件熔点的钎料和焊件同时加热到钎料熔化温度后，利用液态钎料填充固态工件的缝隙使金属连接的焊接方法。钎焊时，首先要去除母材接触面上的氧化膜和油污，以利于毛细管在钎料熔化后发挥作用，增加钎料的润湿性和毛细流动性。根据钎料熔点的不同，钎焊又分为硬钎焊和软钎焊；钎焊变形小，接头光滑美观，适合于焊接精密、复杂和由不同材料组成的构件，如蜂窝结构板、透平叶片、硬质合金刀具等。钎焊前对工件必须进行细致加工和严格清洗，除去油污和过厚的氧化膜，保证接口装配间隙。较之熔焊，钎焊时母材不熔化，仅钎料熔化；较之压焊，钎焊时不对焊件施加压力。钎焊形成的焊缝称为钎缝。钎焊所用的填充金属称为钎料。钎焊过程：表面清洗好的工件以搭接型式装配在一起，把钎料放在接头间隙附近或接头间隙之间。当工件与钎料被加热到稍高于钎料熔点温度后，钎料熔化(工件未熔化)，并借助毛细作用被吸入和充满固态工件间隙之间，液态钎料与工件金属相互扩散溶解，冷凝后即形成钎焊接头，燃气轮机透平静叶叶片表面是复杂曲面，并且待钎焊区域在装进真空炉后为垂直或者倾斜状态，在经过真空炉钎焊后会出现钎料流淌现象，导致难以对其问题部位进行修补。
发明内容
发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种燃气轮机透平静叶叶片的钎焊工艺，燃气轮机透平静叶叶片表面是复杂曲面，并且待钎焊部位在装进真空炉后为垂直或者倾斜状态，采用在静叶叶片待钎焊表面先使用氩弧焊的方式焊接出小方格的方法，可以使部件在经过真空炉钎焊后不会出现钎料流淌现象；并且氩弧焊的焊缝高度可以作为涂覆钎料时的高度参考，在需要壁厚修补的区域，使用一种熔点为1300-1400℃的钎焊料和另一种熔点为1120-1150℃的钎焊料按照1∶1的比例混合好，放入尽可能少量的胶水，放入丙酮调制出合适的粘稠度，制作成钎焊膏，提高生产效率。
技术方案：
一种燃气轮机透平静叶叶片的钎焊工艺，包括以下工艺步骤：
a.母材的裂纹修复：首先采用FPI探伤的方法检测出静叶叶片上存在的裂纹，然后采用氩弧焊的方法把检测出的贯穿性裂纹修补完成，把检测出的细小裂纹使用打磨的方法去除掉，将修补过和打磨过的区域使用FPI探伤的方法检查合格后进入下一工序；
b.焊接小方格：对步骤a裂纹修复后合格的静叶叶片中的裂纹修复区域进行厚度检测，将修复区域厚度不符合规定的区域称为待钎焊区域，采用氩弧焊的方式将待钎焊区域分成N个方形小格，所述氩弧焊的焊缝高度比需要钎焊修补的高度高出0.4-0.7mm；
c.表面预处理：对静叶叶片进行热去脂处理，将静叶叶片放置在加热装置中，加热至350摄氏度保温，在该温度下保持一个小时，再将静叶叶片取出并冷却至30℃以下；
d.整体表面清洁：采用喷砂处理的方式对静叶叶片进行整体表面清洁，其中，喷砂箱中的喷砂枪与叶片的喷砂区域成30-45°的夹角，喷砂压力为3-4Bar，喷砂清洁材料采用粒度为220目的白刚玉；
e.局部清洁：采用喷砂处理的方式对待钎焊区域表面清洁，其中，喷砂箱中的喷砂枪与叶片的喷砂区域成30-45°的夹角，喷砂压力为3-4Bar，喷砂材料采用粒度为180目的镍砂；
f.表面丙酮清洁：在通风良好的环境或者敞开环境下，采用丙酮溶液擦拭待钎焊区域的表面；
g.堵塞冷却孔：采用白色阻焊剂将静叶叶片待钎焊区域下方的冷却孔进行封堵；
h.涂覆钎焊料：将钎焊膏放入点胶管内，通过点胶设备将点胶管内的特种钎焊膏涂覆在氩弧焊焊接好的方格内，使钎焊膏在方格内要呈现出四周高度与氩弧焊焊缝高度持平，中间高度比氩弧焊焊缝高度高出0.4-0.6mm，呈山丘状；
i.涂阻焊剂：在钎焊区域外四周涂上一圈阻焊剂，阻焊剂不能与钎焊料重合，所述阻焊剂要距离钎焊区域4-7mm；
j.真空炉钎焊：将涂覆好钎焊料和阻焊剂的静叶叶片放入真空炉内进行钎焊；
k.打磨：将步骤j冷却后静叶对不平整的钎焊区域进行打磨平整，进行FPI检查，将带有裂纹和厚度不足的区域用磨头圈出并做上不同标记；
l.补修：对步骤k中仍未合格的静叶叶片重复步骤c-k进行再修复，其中，钎焊时对于带有裂纹的区域采用普通钎焊膏进行焊接，对于厚度不足区域采用特种钎焊膏进行修复,同一静叶叶片钎焊不得超过3次；
m.氩弧焊修补缺陷：对于3次钎焊后依旧存在缺陷的区域，采用氩弧焊的方法进行填补。
进一步的，所述b步骤中所述焊接方式为手工氩弧焊，焊接电流为80-100A，焊丝材质Haynes25，直径1.6mm。
进一步的，所述步骤c中加热装置的温度为340-360℃。
进一步的，所述普通钎焊膏是由普通钎焊料、胶水、丙酮组成，钎焊料、胶水、丙酮的各组分的比例为＝17∶1∶1，所述普通钎焊料是熔点为1120-1150℃的钎焊料；
特种钎焊膏是由特种钎焊料、胶水以及丙酮混合而成，所述特种钎焊料、胶水、丙酮的各组分的比例为＝17∶1∶1；所述特种钎焊料是由1300-1400℃的钎焊料和普通钎焊料按照1∶1的比例混合而成的。
进一步的，所述步骤j中具体工艺：将涂覆好钎焊料和阻焊剂的静叶叶片放入真空炉内，按照20-25℃/min的升温速率快速升温至1200-1230℃，保温28-33分钟，让真空炉设备带功率按照12℃/min的降温速率缓慢降至1095-1120℃，然后随炉冷却至990-1010℃，注入150mbar氩气以16-20℃/min速度冷却至800℃后，进行快速冷却，所述快速冷却是以25-30℃/min速率冷却，快速冷却时注入1200-1500mbar的氩气，同时开启快冷风机，待炉体温度降为60-75℃后，打开炉门让静叶叶片降至40℃后取出。
有益效果：本发明揭示了一种燃气轮机透平静叶叶片的钎焊工艺，燃气轮机透平静叶叶片表面是复杂曲面，并且待钎焊部位在装进真空炉后为垂直或者倾斜状态，采用在静叶叶片待钎焊表面先使用氩弧焊的方式焊接出小方格的方法，可以使部件在经过真空炉钎焊后不会出现钎料流淌现象；使部件真空炉钎焊后焊接成型美观、平整、缺陷少，并且大幅减少再次钎焊次数，提高静叶叶片的可修复性和使用寿命，提高静叶修复的生产效率。
附图说明
图1为燃机透平部分第1级静叶叶片结构图；
1、第1级静叶叶片；11、冷却孔；2、待钎焊区域；3、阻焊剂。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术内容进行详细阐述：
一种燃气轮机透平动叶叶片的涂层热喷涂工艺，对GE MS9001 E型号燃机透平部分第1级静叶叶片1如图1所示，使用真空炉钎焊的焊接方法，保证钎焊焊接打磨后壁厚厚度误差可以控制在0.5毫米之内，包括以下工艺步骤：
a.表面预处理：首先采用FPI探伤的方法检测出静叶叶片上存在的裂纹，然后采用氩弧焊的方法把检测出的贯穿性裂纹修补完成，把检测出的细小裂纹使用打磨的方法去除掉，将修补过和打磨过的区域使用FPI探伤的方法检查合格后进入下一工序、；
b.焊接小方格：对步骤a裂纹修复后合格的静叶叶片中的裂纹修复区域进行厚度检测，将修复区域厚度不符合规定的区域称为待钎焊区域2，使用氩弧焊在待钎焊区域2焊接多个长宽为20mm*20mm小方格，氩弧焊的焊缝高度比需要钎焊修补的高度高0.5mm；
c.表面预处处理：对叶片进行热去脂处理，将叶片放置在加热装置中，加热至350℃温度后保温，在该温度下保持一个小时，再将叶片取出并冷却至30℃以下；
d.整体表面清洁：使用喷砂清洁整体静叶表面，砂材使用220目的白刚玉，喷砂时喷枪角度与产品夹角为30-45度，压力3-4Bar；
e.待钎焊区域2局部清洁：使用喷砂清洁静叶待钎焊区域2表面，砂材使用180目的镍砂，喷砂时喷枪角度与第1级静叶叶片1夹角为30-45度，压力3-4Bar；
f.表面丙酮清洁：在通风良好的环境或者敞开环境下，佩戴好相应的劳保用品将丙酮喷洒在干净的一次性无纺布上，使用带有丙酮的无纺布擦拭清洁静叶待钎焊表面。
g.堵塞冷却孔11：使用点胶设备将白色阻焊剂3注入待钎焊区域2下方的第1级静叶叶片1冷却孔11堵好，所述白色阻焊剂3使用的是NICROBRAZ WHITE Stop-Off；
h.涂覆钎料：将一种熔点为1300-1400℃的H.C.Starck UN3077钎焊料和另一种Oerlinkon Metco Amdry 400粉末熔点为1120-1150℃的钎焊料按照一定的比例混合好，放入少量的胶水，放入丙酮调制出合适的粘稠度，制作成特种钎焊膏；将钎焊膏放入点胶管内，使用点胶设备将钎焊膏涂覆在氩弧焊焊接好的小方格内，所述胶水使用NICROBRAZCEMENT 310、钎焊膏的高度在小方格内要呈现出四周与氩弧焊焊缝高度持平，中间比氩弧焊焊缝高度高0.5mm呈山丘状。
i.涂阻焊剂：在距离涂覆上的钎焊区域5mm左右的四周涂上一圈绿色阻焊剂3，绿色阻焊剂3使用的是NICROBRAZ GREEN Stop-Off，阻焊剂3不能与钎焊料重合；
j.真空炉钎焊：将涂好钎焊料的第1级静叶叶片1放入真空炉内，按照20-25℃/min的升温速率快速升温至1215℃，保温30分钟，让真空炉设备带功率按照12℃/min的降温速率缓慢降至1100℃，然后随炉冷却至1000℃，注入150mbar氩气以16-20℃/min速度冷却至800℃后，进行快速冷却，所述快速冷却是以25-30℃/min速率冷却，快速冷却时注入1200-1500mbar的氩气，同时开启快冷风机，待炉体温度降为60-75℃后，打开炉门让第1级静叶叶片1降至40℃后取出,所述真空炉采用立式底装料真空炉；
k.打磨：将高出第1级静叶叶上的氩弧焊焊缝和钎焊区域打磨平整，进行FPI检查，将有裂纹和板厚不足的区域用磨头划上轻微的标记；
l.修补：对步骤k中仍未合格的静叶叶片重复步骤c-k进行再修复，再次钎焊时，对于有裂纹的区域只使用一种熔点为1120-1150℃钎焊料和胶水、丙酮制成的普通钎焊膏,并且涂覆时钎焊膏的厚度小于等于0.2mm，当厚度大于0.2mm真空炉钎焊后会产生钎料流淌的迹象；板厚不足的区域使用步骤f配制好的特种钎焊膏，每一件第1级静叶叶片钎焊不能超过3次重复钎焊。
m.氩弧焊修补缺陷：对于3次钎焊后依旧存在的缺陷，使用氩弧焊的方法进行填补。
综上所述，采用该工艺针对静叶叶片钎焊，将静叶叶片待钎焊区域2首先使用氩弧焊焊接出小方格，涂覆钎焊料时参考氩弧焊的焊缝高度，使部件真空炉钎焊后焊接成型美观、平整、缺陷少，并且大幅减少再次钎焊次数，提高生产效率。
以上所述是本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明之权利范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种燃气轮机透平静叶叶片的钎焊工艺，其特征在于:包括以下工艺步骤:
a.母材的裂纹修复：首先采用FPI探伤的方法检测出静叶叶片上存在的裂纹，然后采用氩弧焊的方法把检测出的贯穿性裂纹修补完成，把检测出的细小裂纹使用打磨的方法去除掉，将修补过和打磨过的区域使用FPI探伤的方法检查合格后进入下一工序；
b.焊接小方格：对步骤a裂纹修复后合格的静叶叶片中的裂纹修复区域进行厚度检测，将修复区域厚度不符合规定的区域称为待钎焊区域，采用氩弧焊的方式将待钎焊区域分成N个方形小格，所述氩弧焊的焊缝高度比需要钎焊修补的高度高出0.4-0.7mm；
c.表面预处理:对静叶叶片进行热去脂处理，将静叶叶片放置在加热装置中，加热至350摄氏度保温，在该温度下保持一个小时，再将静叶叶片取出并冷却至30°C以下；
d.整体表面清洁：采用喷砂处理的方式对静叶叶片进行整体表面清洁，其中，喷砂箱中的喷砂枪与叶片的喷砂区域成30-45°的夹角，喷砂压力为3-4Bar，喷砂清洁材料采用白刚玉；
e.局部清洁：采用喷砂处理的方式对待钎焊区域表面清洁，其中，喷砂箱中的喷砂枪与叶片的喷砂区域成30-45°的夹角，喷砂压力为3-4Bar，喷砂材料采用镍砂；
f.表面丙酮清洁：在通风良好的环境或者敞开环境下，采用丙酮溶液擦拭待钎焊区域的表面；
g.堵塞冷却孔：采用白色阻焊剂将静叶叶片待钎焊区域下方的冷却孔进行封堵；
h.涂覆钎焊料：将钎焊膏放入点胶管内，通过点胶设备将点胶管内的特种钎焊膏涂覆在氩弧焊焊接好的方格内，使钎焊膏在方格内要呈现出四周高度与氩弧焊焊缝高度持平，中间高度比氩弧焊焊缝高度高出0.4-0.6mm，呈山丘状，特种钎焊膏是由特种钎焊料、胶水以及丙酮混合而成，所述特种钎焊料、胶水、丙酮的各组分的比例为=17:1:1；所述特种钎焊料是由熔点为1300-1400℃的钎焊料和普通钎焊料按照1:1的比例混合而成的；
i.涂阻焊剂：在钎焊区域外四周涂上一圈阻焊剂，阻焊剂不能与钎焊料重合，所述阻焊剂要距离钎焊区域4-7mm；
j.真空炉钎焊：将涂覆好钎焊料和阻焊剂的静叶叶片放入真空炉内进行钎焊；
k.打磨：将步骤j冷却后静叶对不平整的钎焊区域进行打磨平整，进行FPI检查，将带有裂纹和厚度不足的区域用磨头圈出并做上不同标记；
l.补修：对步骤k中仍未合格的静叶叶片重复步骤c-k进行再修复，其中，钎焊时对于带有裂纹的区域采用普通钎焊膏进行焊接，对于厚度不足区域采用特种钎焊膏进行修复,同一静叶叶片钎焊不得超过3次，所述普通钎焊膏是由普通钎焊料、胶水、丙酮组成，钎焊料、胶水、丙酮的各组分的比例为=17:1:1，所述普通钎焊料是熔点为1120-1150℃的钎焊料；
m.氩弧焊修补缺陷：对于3次钎焊后依旧存在缺陷的区域，采用氩弧焊的方法进行填补。
2.根据权利要求1所述一种燃气轮机透平静叶叶片的钎焊工艺，其特征在于:所述b步骤中焊接方式为手工氩弧焊，焊接电流为80-100A，焊丝材质Haynes25，直径1.6mm。
3.根据权利要求1所述一种燃气轮机透平静叶叶片的钎焊工艺，其特征在于:所述步骤j中具体工艺：将涂覆好钎焊料和阻焊剂的静叶叶片放入真空炉内，按照20-25℃/min的升温速率快速升温至1200-1230℃，保温28-33分钟，让真空炉设备带功率按照12℃/min的降温速率缓慢降至1095-1120℃，然后随炉冷却至990-1010℃，注入150mbar氩气以16-20℃/min速度冷却至800℃后，进行快速冷却，所述快速冷却是以25-30℃/min速率冷却，快速冷却时注入1200-1500mbar的氩气，同时开启快冷风机，待炉体温度降为60-75℃后，打开炉门让静叶叶片降至40℃后取出。
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