CN112453826A - 一种可细化组织的透平叶片裂纹焊接修复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可细化组织的透平叶片裂纹焊接修复方法属于透平叶片焊接修复技术领域，该方法通过采用激光‑电弧复合焊方法进行焊接加工，并在透平叶片焊接修复过程中实施感应加热，控制焊缝附近区域形成温度梯度，改变焊接凝固过程和温度场、热应力以及残余应力场分布，降低焊后产生的局部高水平残余应力，改善焊缝及热影响区组织和结晶状况，促使晶粒细化及控制组织转变。

Description

一种可细化组织的透平叶片裂纹焊接修复方法
技术领域
本发明属于透平叶片焊接修复技术领域，特别是涉及一种可细化组织的透平叶片裂纹焊接修复方法。
背景技术
透平叶片是重型燃气轮机的关键部件，叶片的端部结构为气冷型腔结构，透平叶片处于燃气轮机的热端部位，燃烧室排出的高温燃气直接作用于透平叶片上，叶片承受着高温燃气的腐蚀和氧化作用；并且由于燃机调峰运行频繁启停以及突然的负荷变化，叶片也会产生很高的热应力。因此，透平叶片故障主要是磨损、腐蚀、裂纹、材料缺失等缺陷，且随着服役时间的延长，磨损越突出，工作温度越高裂纹越突出，很多透平叶片因此提前报废。由于燃气轮机透平叶片制造费用昂贵，对尚未达到设计寿命的叶片均需进行可修复性评估以及评估后的修复再用。
针对燃机透平叶片裂纹的修复公开的文献和专利报道多采用激光焊接技术。但是，由于燃机透平叶片属Al、Ti含量很高的镍基高温合金，在焊接和焊后热处理过程中具有很高的热裂纹敏感性，且激光修复是一个快速而不均匀的热循环过程，焊接过程中高度集中的瞬时热输入与焊后的快速冷却，焊缝及热影响区与远离焊缝区间存在大的温度梯度，导致在焊后产生局部高水平的残余应力，且焊缝及热影响区组织粗化，甚至组织转变，机械性能降低，因此必须采取有效的技术措施降低残余应力以及细化焊缝及热影响区的组织。
发明内容
本发明针对以上问题，提供了一种可细化组织的透平叶片裂纹焊接修复方法，通过采用激光-电弧复合焊方法进行焊接加工，并在透平叶片焊接修复过程中实施感应加热，控制焊缝附近区域形成温度梯度，改变焊接凝固过程和温度场、热应力以及残余应力场分布，降低焊后产生的局部高水平残余应力，改善焊缝及热影响区组织和结晶状况，促使晶粒细化及控制组织转变。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种可细化组织的透平叶片裂纹焊接修复方法，包括采用激光-电弧复合焊方法进行裂纹焊接修复，在激光-电弧复合焊焊接熔池附近围绕叶片周向设置了多个独立控制的感应加热线圈，且焊接全过程处于惰性气体保护中。
本发明进一步的改进在于，所述感应加热线圈在焊前预热阶段、焊接阶段以及焊后热处理阶段发挥作用。
本发明进一步的改进在于，在焊前预热阶段，控制所述多个感应线圈内的电流保持一致，使得裂纹缺陷位置上下30-50mm范围加热到400～600℃，保温30-60min。
本发明进一步的改进在于，焊接阶段，控制所述感应线圈内的电流调节范围为2.5～10A，且距离裂纹位置越远的线圈，内部的电流越低，使焊缝附近区域形成温度梯度。
本发明进一步的改进在于，焊后热处理：保持焊接阶段时所述感应线圈内的电流不变，保温2～10h，随后空冷至室温。
本发明进一步的改进在于，采用感应加热在激光-电弧复合焊焊接过程中进行辅助加热，控制焊缝附近区域形成温度梯度，改变焊接凝固过程和温度场、热应力以及残余应力场分布，降低焊后产生的局部高水平残余应力，改善焊缝及热影响区组织和结晶状况，促使晶粒细化及控制组织转变。
本发明进一步的改进在于，所述激光-电弧复合焊采用如下焊接工艺参数：激光功率2000-4000W，电弧电压10-30V，电流50-120A,焊接速度0.2-1m/min，送丝速度2-10m/min，焊丝直径0.5-1.4mm。
本发明进一步的改进在于，所述惰性保护气体流量为0-40L/min，气氛压力为0-250Mpa。
本发明至少具有如下有益的技术效果：
本发明提供的一种可细化组织的透平叶片裂纹焊接修复方法，采用感应线圈加热方式在激光-电弧复合焊焊接过程中进行辅助加热，控制焊缝附近区域形成温度梯度，改变焊接凝固过程和温度场、热应力以及残余应力场分布，降低焊后产生的局部高水平残余应力，改善焊缝及热影响区组织和结晶状况，促使晶粒细化及控制组织转变。
附图说明
图1为采用普通的激光-电弧复合焊焊接修复后焊缝区域的横截面组织形貌图。
图2为采用普通的激光-电弧复合焊焊接修复后远离焊缝区域的横截面组织形貌图。
图3为采用本发明提出的可细化组织的激光-电弧复合焊焊接修复后焊缝区域的横截面组织形貌图。
图4为采用本发明提出的可细化组织的激光-电弧复合焊焊接修复后远离焊缝区域的横截面组织形貌图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明提供的一种可细化组织的透平叶片裂纹焊接修复方法，采用激光-电弧复合焊方法进行透平叶片裂纹焊接修复，在激光-电弧复合焊焊接熔池附近围绕叶片周向设置了多个独立控制的感应加热线圈，且焊接全过程处于惰性气体保护中。
激光-电弧复合焊焊接工艺参数如下：激光功率3500W，电弧电压18V，电流90A,焊接速度0.9m/min，送丝速度2m/min，焊丝直径0.9mm，整个焊接过程中，惰性保护气体流量为2L/min，气氛压力为200MPa；在焊前预热阶段，控制多个感应线圈内的电流保持一致，使裂纹缺陷位置上下50mm范围加热到600℃，保温45min；在焊接阶段，独立控制每段感应线圈内的电流，调节裂纹旁边线圈内电流，使焊缝熔池及其附近温度为1000℃，并随着距离熔池位置距离的增加，降低线圈内部电流，使随距离的增加形成温度降低的温度梯度；在焊后热处理以及冷却阶段，保持焊接阶段时各段感应线圈内的电流不变，保温10h，随后空冷至室温，停止通入惰性保护气体。
图1和图2为采用普通的激光-电弧复合焊焊接修复后焊缝区域及远离焊缝区域的横截面组织形貌图，图3和图4为采用本发明提出的可细化组织的激光-电弧复合焊焊接修复后焊缝区域及远离焊缝区域的横截面组织形貌图。从图中可以明显看出，在透平叶片激光-电弧复合焊焊接修复过程中采用梯度感应加热方法，焊缝及热影响区的组织形状规则，大小较统一，且晶粒较细化。

Claims (8)

1.一种可细化组织的透平叶片裂纹焊接修复方法，其特征在于，包括采用激光-电弧复合焊方法进行裂纹焊接修复，在激光-电弧复合焊焊接熔池附近围绕叶片周向设置了多个独立控制的感应加热线圈，且焊接全过程处于惰性气体保护中。
2.根据权利要求1所述的一种可细化组织的透平叶片裂纹焊接修复方法，其特征在于，所述感应加热线圈在焊前预热阶段、焊接阶段以及焊后热处理阶段发挥作用。
3.根据权利要求2所述的一种可细化组织的透平叶片裂纹焊接修复方法，其特征在于，在焊前预热阶段，控制所述多个感应线圈内的电流保持一致，使得裂纹缺陷位置上下30-50mm范围加热到400～600℃，保温30-60min。
4.根据权利要求2所述的一种可细化组织的透平叶片裂纹焊接修复方法，其特征在于，焊接阶段，控制所述感应线圈内的电流调节范围为2.5～10A，且距离裂纹位置越远的线圈，内部的电流越低，使焊缝附近区域形成温度梯度。
5.根据权利要求2所述的一种可细化组织的透平叶片裂纹焊接修复方法，其特征在于，焊后热处理：保持焊接阶段时所述感应线圈内的电流不变，保温2～10h，随后空冷至室温。
6.根据权利要求1所述的一种可细化组织的透平叶片裂纹焊接修复方法，其特征在于，采用感应加热在激光-电弧复合焊焊接过程中进行辅助加热，控制焊缝附近区域形成温度梯度，改变焊接凝固过程和温度场、热应力以及残余应力场分布，降低焊后产生的局部高水平残余应力，改善焊缝及热影响区组织和结晶状况，促使晶粒细化及控制组织转变。
7.根据权利要求6所述的一种可细化组织的透平叶片裂纹焊接修复方法，其特征在于，所述激光-电弧复合焊采用如下焊接工艺参数：激光功率2000-4000W，电弧电压10-30V，电流50-120A,焊接速度0.2-1m/min，送丝速度2-10m/min，焊丝直径0.5-1.4mm。
8.根据权利要求1中所述的一种可细化组织的透平叶片裂纹焊接修复方法，其特征在于，所述惰性保护气体流量为0-40L/min，气氛压力为0-250Mpa。
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