CN110961858A - 重型燃机等轴晶透平叶片精铸缺陷高频脉冲电弧修复方法 - Google Patents

重型燃机等轴晶透平叶片精铸缺陷高频脉冲电弧修复方法 Download PDF

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许德星
张海波
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文仲波
何芬
王喆
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Abstract

本发明公开了一种重型燃机透平叶片精铸缺陷高频脉冲电弧修复方法，属于电弧焊接的技术领域，通过探伤检验对透平叶片进行缺陷参数确认；根据缺陷参数对待修复区的缺陷位置进行打磨，以形成打磨修复区；通过探伤检验对打磨修复区确认是否存在缺陷；对打磨修复区及周围进行清洗；采用与透平叶片的材料成分匹配的焊丝，并通过直流高频脉冲焊机进行手工填丝焊接；焊接后对焊缝及时进行快速冷却；目视检查焊缝成型是否存在缺陷；通过探伤检验确认焊接区域是否存在超标显示，以达到缩小焊缝热影响区，降低焊后凝固裂纹及液化裂纹产生倾向，完成重型燃机透平叶片精铸缺陷的精密修复，以提高透平叶片修复部位的强度，满足设计需求的目的。

Description

重型燃机等轴晶透平叶片精铸缺陷高频脉冲电弧修复方法
技术领域
本发明属于电弧焊接的技术领域，应用领域为地面重型燃机制造过程中，等轴晶高温透平叶片的精铸缺陷焊接修复，具体而言，涉及一种重型燃机等轴晶透平叶片精铸缺陷高频脉冲电弧修复方法。
背景技术
透平叶片是重型燃机出力的核心部件，工作温度极高(F级入口温度达 1350℃)，其设计难度大，结构复杂，材料昂贵，一般采用精密浇铸工艺制造。目前以等轴晶叶片应用最为广泛，透平高温叶片由于工况恶劣，需要良好疲劳强度，高温抗氧化，抗热腐蚀性能，长期的组织稳定性，高温透平叶片材料为等轴晶镍基高温合金(Mar-M247，IN738LC)，其内部有冷却流道，其材料铸造工艺要求高，容易出现雀斑，夹渣，气孔等缺陷，同时为提升精铸透平叶片的高温强度，一般添加Al和Ti形成γ′相，由于Al、Ti含量的提高，对于沉淀硬化型镍基高温合金，其焊接性较差(一般Al超过3％，Ti超过5.5-6％)，裂纹敏感性高，主要裂纹形式包括焊缝熔合区的凝固裂纹，HAZ液化裂纹，应变- 时效裂纹等(如附图1-图3所示)。
因此，针对轴晶透平叶片在应用过程中，主要存在以下几个方面难点：
1、焊接难度大，焊缝很容易出现缺陷，对焊工水平要求极高；
2、因为镍基材料具有线胀系数大、热导率低等特点，焊后变形很大，即使制作专用复杂的装焊工装也难于满足设计精度要求；
3、焊接后焊接接头性能尤其是高温性能有一定程度降低，使实际修复部位的安全系数无法满足原设计要求。
针对该类缺陷修复，传统工艺则以粉末冶金、大间隙钎焊等方式为主，熔焊相关技术公开介绍较少，为此，针对沉淀强化型等轴晶透平叶片精铸缺陷，需要开发相应合理快速便捷的熔化焊修复工艺，以尽可能满足叶片强度要求，提高精铸透平叶片成品率，降低生产成本，提高生产效率。
发明内容
鉴于此，为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种重型燃机等轴晶透平叶片精铸缺陷高频脉冲电弧修复方法以达到通过直流高频脉冲的电弧控制，辅以与母材成分相匹配的焊接材料，达到缩小焊缝热影响区，降低焊后凝固裂纹及液化裂纹产生倾向，完成重型燃机透平叶片精铸缺陷的精密修复，以提高透平叶片修复部位的强度，满足设计需求的目的。
本发明所采用的技术方案为：
一种重型燃机透平叶片精铸缺陷高频脉冲电弧修复方法，该方法包括：
(1)通过探伤检验对含有待修复区的透平叶片进行缺陷参数确认；
(2)根据缺陷参数对待修复区的缺陷位置进行打磨，以形成打磨修复区；
(3)通过探伤检验对打磨修复区确认是否存在缺陷，若存在，则返回步骤 (2)；若不存在，则进入下一步；
(4)对打磨修复区及周围进行清洗；
(5)采用与透平叶片的材料成分匹配的焊丝，并通过直流高频脉冲焊机进行手工填丝焊接；
(6)焊接后对焊缝及时进行快速冷却；
(7)目视检查焊缝成型是否存在缺陷，若存在，则返回步骤(1)；若不存在，则进入下一步；
(8)通过探伤检验确认焊接区域是否存在超标显示，若存在，则返回步骤 (1)；若不存在，则焊接完成。
进一步地，所述透平叶片的材料为等轴晶镍基高温合金。
进一步地，所述探伤检验采用荧光渗透探伤检验。
进一步地，所述缺陷参数包括缺陷位置、缺陷大小以及缺陷尺寸。
进一步地，所述步骤(2)中通过小型旋转锉进行机械打磨，以对缺陷的裂缝进行快速、有效打磨，清除裂缝的不稳定、易脱落层。
进一步地，所述步骤(2)中对缺陷位置进行打磨以形成U形槽并对该U 形槽的边缘进行圆角打磨，以确保焊缝的焊接强度能够达到设计要求。
进一步地，所述步骤(4)中通过无水酒精在打磨修复区及其周围 50mm-80mm的范围进行清洗，以保证后续焊接过程能够满足焊接要求。
进一步地，在所述步骤(5)之前根据打磨修复区设计匹配的背氩工装，且背氩工装的内部流道内通入高纯氩气进行保护，以防止焊缝氧化并保证焊接过程中能够及时冷却。
进一步地，在所述步骤(5)中焊接时进行连续施焊，以避免出现二次起弧。
进一步地，所述步骤(6)中采用蒸馏水或压缩空气对焊缝进行快速冷却，以减少焊缝热影响区高温停留时间，以保证焊接接头强度满足设计要求。
本发明的有益效果为：
1.采用本发明所提供的重型燃机透平叶片精铸缺陷高频脉冲电弧修复方法，采用与透平叶片成分相匹配的焊丝，实现部分叶身高应力区的熔焊修复，通过直流高频次脉冲焊接，其脉冲最高频率可达20000Hz，焊接电弧能量密度高，加热范围集中，能有效避免凝固裂纹及液化裂纹产生；同时，在焊接后及时快速冷却，以实现焊缝热影响区狭小，焊缝常温强度及高温强度与母材相当，焊接接头强度满足设计要求。
附图说明
图1是沉淀强化型镍基高温合金焊接裂纹形式一的黑白示意图；
图2是沉淀强化型镍基高温合金焊接裂纹形式二的黑白示意图；
图3是沉淀强化型镍基高温合金焊接裂纹形式三的黑白示意图；
图4是本发明所提供的重型燃机透平叶片精铸缺陷高频脉冲电弧修复方法的工作流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义；实施例中的附图用以对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
实施例1
在本实施例中具体提供了一种重型燃机透平叶片精铸缺陷高频脉冲电弧修复方法，其主要应用领域于地面重型燃机制造过程中，等轴晶高温透平叶片的精铸缺陷焊接修复，主要技术特点为焊接工艺电弧能量密度高，焊接变形小，焊缝强度性能高，满足设计强度要求。
如图4所示，该修复方法具体包括：
(1)通过荧光渗透探伤检验(FPT)对含有待修复区的透平叶片进行缺陷参数确认，该缺陷参数包括缺陷位置、缺陷大小以及缺陷尺寸等，该透平叶片的材料为等轴晶镍基高温合金(Mar-M247，IN738LC)；
(2)根据缺陷参数中所记录的缺陷位置，对待修复区的缺陷位置通过小型旋转锉进行机械打磨，以形成打磨修复区，改打磨修复区的形成需要对缺陷位置进行打磨以形成U形槽并对该U形槽的边缘进行圆角打磨，在本实施例中，采用小型旋转锉进行机械打磨仅是优选方案，还可采用其他的机械打磨设备进行打磨，以对缺陷位置的边角进行打磨，防止在焊接过程中开裂形成新的缺陷；
(3)通过荧光渗透探伤检验(FPT)对打磨修复区进行二次探伤，并确认是否存在缺陷，若存在，则返回步骤(2)以再次打磨；若不存在，则进入下一步；
(4)通过无水酒精在打磨修复区及其周围50mm-80mm的范围进行清洗，在本实施例中，优选在打磨修复区的周围50mm范围内进行清洗；
(5)为防止焊缝氧化及焊接过程中能够及时冷却，根据打磨修复区设计匹配的背氩工装，背氩工装的局部开小孔且背氩工装的内部流道内通入高纯氩气进行保护；其中，背氩工装为氩弧焊接中采用的背保护工装，其可根据实际需求进行设计，此处不再赘述。
(6)采用与透平叶片的材料(等轴晶镍基高温合金)成分匹配的焊丝，并通过直流高频脉冲焊机进行手工填丝焊接；为避免出现二次起弧，在焊接时，进行连续施焊，且在焊接过程中的焊接主要参数如下表1所示：
表1焊接主要参数
Figure RE-GDA0002373408640000061
采用直流快频次脉冲焊接，脉冲最高频率可达20000Hz，焊接电弧能量密度高，加热范围集中，能有效避免凝固裂纹及液化裂纹产生。
(7)焊接后对焊缝采用蒸馏水或压缩空气及时进行快速冷却，减少焊缝热影响区高温停留时间，由于焊缝热影响区狭小，焊缝常温强度及高温强度与母材相当，焊接接头强度满足设计要求；
(8)目视检查焊缝成型是否存在缺陷，缺陷包括但不限于无咬边、未融合等情况，若存在，则返回步骤(1)，对漏焊缺陷进行补焊；若不存在，则进入下一步；
(9)通过采用荧光渗透探伤检验确认焊接区域是否存在超标显示，此处，所述的超标检测则会根据针对该等轴晶镍基高温合金所制成的透平叶片相关焊接规范执行，若存在，则返回至步骤1，分为两种情况，若超标区域较大，则会对焊接部位进行全部重焊；若超标区域较小，则对存在超标情况的局部位置进行局部焊接，重焊和局部焊接的操作工艺均如步骤(1)-(8)所示；若不存在，则焊接结束。
本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种重型燃机透平叶片精铸缺陷高频脉冲电弧修复方法，其特征在于，该方法包括：
(1)通过探伤检验对含有待修复区的透平叶片进行缺陷参数确认；
(2)根据缺陷参数对待修复区的缺陷位置进行打磨，以形成打磨修复区；
(3)通过探伤检验对打磨修复区确认是否存在缺陷，若存在，则返回步骤(2)；若不存在，则进入下一步；
(4)对打磨修复区及周围进行清洗；
(5)采用与透平叶片的材料成分匹配的焊丝，并通过直流高频脉冲焊机进行手工填丝焊接；
(6)焊接后对焊缝及时进行快速冷却；
(7)目视检查焊缝成型是否存在缺陷，若存在，则返回步骤(1)；若不存在，则进入下一步；
(8)通过探伤检验确认焊接区域是否存在超标显示，若存在，则返回步骤(1)；若不存在，则焊接完成。
2.根据权利要求1所述的重型燃机透平叶片精铸缺陷高频脉冲电弧修复方法，其特征在于，所述透平叶片的材料为等轴晶镍基高温合金。
3.根据权利要求1所述的重型燃机透平叶片精铸缺陷高频脉冲电弧修复方法，其特征在于，所述探伤检验采用荧光渗透探伤检验。
4.根据权利要求1所述的重型燃机透平叶片精铸缺陷高频脉冲电弧修复方法，其特征在于，所述缺陷参数包括缺陷位置、缺陷大小以及缺陷尺寸。
5.根据权利要求1所述的重型燃机透平叶片精铸缺陷高频脉冲电弧修复方法，其特征在于，所述步骤(2)中通过小型旋转锉进行机械打磨。
6.根据权利要求1所述的重型燃机透平叶片精铸缺陷高频脉冲电弧修复方法，其特征在于，所述步骤(2)中对缺陷位置进行打磨以形成U形槽并对该U形槽的边缘进行圆角打磨。
7.根据权利要求1所述的重型燃机透平叶片精铸缺陷高频脉冲电弧修复方法，其特征在于，所述步骤(4)中通过无水酒精在打磨修复区及其周围50mm-80mm的范围进行清洗。
8.根据权利要求1所述的重型燃机透平叶片精铸缺陷高频脉冲电弧修复方法，其特征在于，在所述步骤(5)之前根据打磨修复区设计匹配的背氩工装，且背氩工装的内部流道内通入高纯氩气进行保护。
9.根据权利要求1所述的重型燃机透平叶片精铸缺陷高频脉冲电弧修复方法，其特征在于，在所述步骤(5)中焊接时进行连续施焊。
10.根据权利要求1所述的重型燃机透平叶片精铸缺陷高频脉冲电弧修复方法，其特征在于，所述步骤(6)中采用蒸馏水或压缩空气对焊缝进行快速冷却。
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