CN113530606A - 一种汽轮机叶片水蚀治理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种钢制大规格部件的焊后免热处理的同种钢汽轮机叶片水蚀治理技术，采用加热法去除原有防护层，选用Ni焊丝修复叶片的原始型线。对叶片进行定位和表面保护后，采用一种小型激光器沿着特定的移动方式完成狭小空间内汽轮机叶片表面和棱边的Co基合金防护层的制备，防护长度及宽度略大于原始防护层。转动叶片，完成全部叶片的防护层制备，将防护层表面及与叶片母材边界区域打磨抛光，经表面无损检测确认防护层缺陷后即完成叶片水蚀治理。本发明主要对在役防汽轮机叶片水蚀治理，在护层制备前恢复叶片型线，防护层制备过程热输入小且可控，防护层孔隙率低，结合强度高，无需拆卸叶片，节约时间及成本。
Description
技术领域
本发明涉及汽轮机叶片水蚀治理技术领域，具体涉及一种汽轮机叶片水蚀治理方法。
背景技术
汽轮机缸体内饱和蒸汽膨胀推动叶片做工后，温度下降，水滴凝结析出，缸内湿度增加，汽轮机末级叶片在湿蒸汽介质环境下，长期受到湿热蒸汽携带的水滴或汽水两相流的高速冲击作用，容易使叶片顶部和出汽边产生水蚀破坏，这不仅影响汽轮机的效率，还存在极大的安全隐患，因此在汽轮机制造或服役过程中进行耐水蚀防护十分重要。目前，我国对在役电站汽轮机叶片水蚀问题的主要治理方法有：钎焊司太立合金片、制备热喷涂涂层、表面淬火/固溶及激光熔覆。上述方法均能对汽轮机水蚀起到一定防护作用，但是用于在役汽轮机现场防护使用仍存在问题。一是在役汽轮机由于水蚀导致叶片存在毛刺，影响上述防护工艺的质量。二是上述方法本身存在一定缺陷，例如钎焊司太立合金片加热工艺难控制，容易造成叶片超温；热喷涂涂层孔隙率高，属机械结合，结合强度低；表面淬火/固溶加强了母材硬度，但容易导致强化层疲劳开裂；激光熔覆材料众多，使用效果无定论，且现有工艺需拆卸叶片，无法满足现场实施需要。
因此，对于汽轮机水蚀叶片的现场治理，需要一种热输入可控，防护层层孔隙率低，结合强度高，无需拆卸叶片，耐水蚀效果好的汽轮机耐水蚀防护治理方法。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种汽轮机叶片水蚀缺陷现场治理方法，具有耐水蚀效果好、热输入可控，耐磨层孔隙率低，结合强度高，无需拆卸叶片的特点。
本发明所采用的技术方案是；
一种汽轮机叶片水蚀治理方法，包括如下步骤:
步骤一，火焰加热叶片原始防护区域至400-450℃，摘除司太立防护片，摘除过程同步采用铜片刮除钎料，随后用打磨机清除表面残留钎料，并将水蚀区域修磨平整；
步骤二：叶片背面夹装铜衬板，随后采用手工钨极氩弧焊补焊叶片水蚀打磨区域，使用Ni基焊丝直径为1.6mm，焊接速度为80-90mm/s，电流为110～125A，电压为80～85V，焊前预热至150℃。
步骤三：依据新叶片或水蚀轻微叶片形线制备铜板倒模，依据铜板倒模打磨恢复补焊叶片型线，并进行表面抛光。
步骤四：采用激光设备定位光线照射叶片尖端，设定防护层制备程序原点位，激光设备的激光头与叶顶尖端距离为150-200mm，随后设置防护层制备程序。
步骤五：使用酒精或丙酮对叶片进行清洗，去除油污，并使用铜板对相邻叶片背面进行遮挡防护。
步骤六：叶片表面防护层制备，采用小型激光设备，激光设备可在叶片间依靠编程机械手灵活移动。防护层材料采用Co基合金粉，使用前烘干2h。激光器功率1500～2000W，送粉速率15～20gpm，扫描速度20～30mm/s，光斑大小3～4mm。
叶片表面防护层的制备由叶顶开始，沿叶顶向叶根横向移动进行单道次防护层制备，横向移动距离为司太立合金片长度加5mm，单道次防护层制备完成后返回叶顶，并纵向移动0.2-0.5mm，进行下一道防护层制备，直至完成叶片表面防护层的制备，纵向移动总距离为司太立合金片宽度加2mm。
步骤七，完成叶片表面防护层的制备后，进行叶片棱边防护层制备，仍由叶顶向叶根横向移动制备单道防护层，随后向下移动0.2mm，完成第二道防护层制备，即完成该叶片全部防护层制备。
步骤八：叶片表面及棱边防护层制备完成后，激光器返回原点，转动汽轮机低压转子，使下一叶片移动至原点位置，重复步骤四至步骤七，完成下一叶片防护层制备。
步骤九：重复步骤四至步骤八，完成所有叶片防护层制备。
步骤十：对防护层进行抛光打磨，使防护层与叶片母材间圆滑无棱角，防护层表面光滑，随后进行表面渗透检测，确认无缺陷后即完成叶片水蚀治理。
本发明的有益效果是，防护层制备前恢复了叶片型线，便于防护层制备，防护层制备过程热输入小且可控，防护层孔隙率低，结合强度高，无需拆卸叶片，节约时间及成本。
附图说明
图1是本发明叶片布置位置示意图
图2是本发明叶片防护区域示意图。
图3是本发明实施例防护层金相组织。
图4是本发明实施例防护层外观形貌。
图5是本发明实施例防护层无损检测结果照片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1及图2所示，本发明提供了一种汽轮机叶片耐水蚀防护方法，包括以下几个步骤：
步骤一，叶片表面处理
采用火焰加热法将叶片进汽侧区域7加热至400-450℃，加热时摘除区域5的司太立合金防护片。加热过程中同步使用薄铜片刮除残留钎料，随后采用打磨机打磨将防护区域5、过渡区域6表面残留钎料打磨干净，并将水蚀毛刺修磨平整。
步骤二，叶片补焊
叶片背面区域3夹装2-3mm铜衬板，采用氩弧焊(GTAW)对水蚀毛刺修磨平域进行焊接修复。使用Ni基焊丝直径为1.6mm，焊接速度为80-90mm/s，电流为110～125A，电压为80～85V，焊前预热至150℃。
步骤三，叶片修型
以新叶片或水蚀轻微的叶片为标准，测绘叶片形线，采用铜板制备加工叶片倒模，并以倒模为基准对补焊叶片进行打磨，直至满足型线要求，并对叶片表面进行抛光处理。
步骤四，叶片定位
调整叶片位置，使激光头光束照射至叶顶尖端4处，激光头与叶顶尖端4距离为150-200mm，将该位置设置为叶片Ⅰ的防护层制备原点，随后设置防护层制备程序。
步骤五，叶片清洗及防护
对叶片Ⅰ的防护区域5、过渡区域6、叶片进汽侧区域7采用丙酮或酒精进行清洗，并在叶片Ⅱ的背面区域3上夹装一块2mm铜片，用以遮挡防护。
步骤六，叶片Ⅰ的表面防护层制备
防护层制备设备采用采用一种小型激光设备，小型激光设备的激光头最大直径100mm，激光器头部与叶片距离可调整至5mm，采用编程机械手控制激光器移动路线。防护层材料采用Co基合金粉，使用前烘干2h。激光器功率1500～2000W，送粉速率15gm，扫描速度25mm/s，光斑大小3～4mm。
防护层由叶顶尖端4开始制备，激光头沿叶顶2向叶根1横向移动制备防护层，单道次移动距离为H1，H1长度为司太立合金片的长度H2+5mm。单道防护层制备完成后，激光器返回叶顶2，返回速度15-20mm/s。激光器返回叶顶后，纵向移动0.2-0.5mm，进行下一道防护层制备，直至移动距离达到B1，B1的长度为司太立合金片的宽度B2+2mm，完成防护区域5及过渡区域6的防护层制备。
步骤七，叶片Ⅰ的棱边防护层制备
完成防护区域5及过渡区域6的防护层制备后，激光器移动至叶片棱边8，按步骤六的工艺参数由叶顶尖端4向叶根移动熔覆一道，激光器返回叶顶后，向下移动0.2mm，再次熔覆一道，随即完成叶片棱边8的防护层制备。
步骤八，Ⅱ号叶片防护层制备
转动汽轮机低压转子Ⅲ，将激光器光束对准叶片Ⅱ的叶顶尖端4。重复步骤四至七，完成Ⅱ号叶片防护层制备。
步骤九，重复步骤四至八，完成全部叶片防护层制备
步骤十，叶片抛光及检测
全部叶片防护层制备完成后，采用120号砂纸将防护层抛光，防护层区域6与叶片进汽侧区域7圆滑过渡。随后对防护层进行表面渗透检测，确保防护层无裂纹缺陷即完成叶片水蚀治理。
实施例1
125MW汽轮机末级叶片水蚀防护：首先使用氧乙炔焰对叶片水蚀区域加热至450℃，摘除司太立合金片，加热过程中使用铜片刮除钎料，随后使用打磨机采将水蚀区域打磨平整，打磨清除叶片表面钎料层。采用氩弧焊(GTAW)进行对叶片补焊，待焊区域夹装2mm铜板，采用直径为1.6mm的Ni基焊丝，焊接速度为80-90mm/s，电流为115A，电压为83V，焊前预热至150℃，焊后不做热处理。以水蚀轻微的叶片为基准制造铜板倒模，采用倒模对比将叶片型线修磨一致。采用酒精清洗叶片，随后调整原点位置，将激光头光束定位至叶片尖端，激光头距原点150mm。在待制备防护层叶片上方另一叶片上包裹铜片保护。Co基合金粉烘烤2h后进行涂层制备，调整激光器功率为1500W，送粉速率为20gpm，扫描速度为30mm/s，光斑大小为3.5mm。激光器沿叶顶向叶根方向单道次移动155mm制备防护层，单道防护层制备完成后，激光器返回叶顶，返回速度为15mm/s。激光器返回叶顶后，纵向移动0.5mm，进行下一道防护层制备。重复上述步骤，直至制备的防护层宽度达到11mm。最后，激光器返回叶顶后沿进汽侧棱边熔覆两道防护层。采用上述步骤完成所有叶片的防护层制备，随后抛光防护层，使防护层与叶片圆滑过渡，并采用渗透法检测确认无裂纹。
如图3所示，为防护层金相组织，其微观组织为等轴晶、柱状晶和枝晶共存，组织致密无缺陷，无孔隙产生。
如图4所示，为防护层宏观形貌，防护层形状规整，防护区域厚度均匀，经测量防护层厚度达到1±0.5mm，防护层经测试硬度达到530HV0.2，满足耐水蚀要求。
如图5所示，为防护护层表面渗透检测结果，防护层成形良好，无缺陷。
Claims (5)
1.一种汽轮机叶片水蚀治理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，进行叶片表面防护层去除及污染物清除，并将水蚀区域修磨平整；
步骤二：在叶片背面夹装铜衬板，采用手工钨极氩弧焊进行补焊修复；
步骤三：依据新叶片或水蚀轻微叶片形线制备铜板倒模，依据铜板倒模打磨恢复补焊叶片型线，并进行表面抛光；
步骤四：使用激光设备定位光线照射叶片尖端，设定防护层制备程序原点位，激光设备的激光头距离叶片尖端150-200mm，随后设置防护层制备程序；
步骤五：对叶片进行清洗，去除油污，并使用铜板对相邻叶片背面进行遮挡防护；
步骤六：采用激光熔覆法沿预设的路径在叶片表面制备防护层；
步骤七：完成叶片表面防护层的制备后，进行叶片棱边防护层制备，由叶顶向叶根横向移动制备单道防护层，随后纵向移动0.2mm，完成第二道防护层制备，即完成该叶片全部防护层制备；
步骤八：叶片表面及棱边防护层制备完成后，激光器返回原点，转动汽轮机低压转子，使下一叶片移动至原点位置，重复步骤四至步骤七，完成该叶片防护层制备；
步骤九：重复步骤四至步骤八，完成所有叶片防护层制备；
步骤十：对防护层进行抛光打磨，使防护层与叶片母材间圆滑无棱角，防护层表面光滑，随后进行表面渗透检测，确认无缺陷后即完成叶片水蚀治理。
2.根据权利要求1所述的汽轮机叶片水蚀治理方法，其特征在于：步骤一中，所述进行叶片表面防护层去除及污染物清除是使用火焰加热或感应加热至400-450℃摘除司太立防护片，同步使用2-3mm薄铜片刮除残留钎料，使用角磨机磨除残留钎料。
3.根据权利要求1所述的汽轮机叶片水蚀治理方法，其特征在于：所述步骤二中，补焊焊材采用Ni基焊丝，焊丝直径为1.6mm，焊接速度为80-90mm/s，电流为110～125A，电压为80～85V，焊前预热至150℃。
4.根据权利要求1所述的汽轮机叶片水蚀治理方法，其特征在于：步骤六中，所述激光熔覆法是采用小型激光设备，小型激光设备的激光头最大直径100mm，激光设备的激光头与叶片距离可调整至5mm激光设备功率1500～2000W，送粉速率15～20gpm，扫描速度20～30mm/s，光斑大小3～4mm，采用的防护材料为Co基合金粉。
5.根据权利要求1所述的汽轮机叶片水蚀治理方法，其特征在于：步骤六中，所述预设的路径是由叶顶向叶根横向移动进行单道次防护层制备，横向移动距离为司太立合金片长度加5mm，单道次防护层制备完成后激光器返回叶顶并纵向移动0.2-0.5mm，进行下一道防护层制备，直至完成叶片表面防护，纵向移动总距离为司太立合金片宽度加2mm。
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