CN114682868A - 一种燃气轮机透平动叶叶片的钎焊工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃气轮机透平动叶叶片的钎焊工艺，首先进行燃气轮机透平动叶缺陷探伤，探伤出缺陷位置后去除缺陷，移除后还需确认缺陷完全移除。将缺陷完全移除后的动叶片部件清洁干净后使用镍基丸料对待钎焊区域进行喷砂，使用钎焊料填满缺陷区域，钎焊料涂覆高度略高于部件表面,呈现出小山丘形状；使用毛刷涂敷钎焊料对叶尖封严区域进行涂敷，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，然后对钎焊区域使用FPI进行探伤，对于依旧有壁厚不足或者有裂纹缺陷的区域再次进行钎焊，直至合格。本工艺极大提高了动叶叶片的可修复性和使用寿命，提高动叶修复的生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃气轮机透平动叶叶片的钎焊工艺，属于动叶钎焊领域。
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或表面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污物，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、透平叶片等。钎焊前对工件必须进行必要加工和有效清洗，除去污物和其它物质，保证接口装配间隙。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，燃气轮机透平动叶叶片在装进真空炉后为水平或者倾斜状态，但是部件表面是复杂曲面，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
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种燃气轮机透平动叶叶片的钎焊工艺，从而解决上述技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种燃气轮机透平动叶叶片的钎焊工艺，包括以下步骤；
S1:母材缺陷的移除：首先采用荧光探伤结合目视的方法检测出动叶叶片上存在的裂纹缺陷，然后采用合金磨头打磨的方法将发现的裂纹缺陷逐步移除，打磨过的区域检查合格后进入下一工序；
S2: 标记壁厚不足区域：使用超声波测厚的方式测量动叶叶片的叶身厚度，低于标准的区域使用合金磨头在需要钎焊区域画波浪的方式进行标记；
S3:叶顶可焊接区域母材的堆焊修复：对步骤S1叶顶裂纹移除后合格的动叶叶尖使用氩弧焊堆焊的方法进行修复；
S4:表面预处理:对动叶叶片进行超声波碱洗去脂处理，将动叶叶片放置在清洗装置中，加热至50-70摄氏度保温，在该温度下保持20-50分钟，再将动叶叶片取出放置到清水池漂洗，之后放置到烘箱进行烘干处理并最终冷却至30℃以下；
S5:钎焊区域初步清洁：采用喷砂处理的方式对动叶叶片进行必要的清洁，其中，喷砂枪与叶片的喷砂区域成20-60°的夹角，喷砂压力为2-7Bar，喷砂清洁材料采用刚玉；
S6:钎焊区域再次清洁：采用镍丸喷砂处理的方式对待钎焊区域表面再次清洁，其中，喷砂枪与叶片的喷射区域成20-60°的夹角，喷砂压力为2-7Bar；
S7:对部件的内部进行清理：使用压缩空气对叶片的内部进行吹扫，把部件内部的残余镍砂和其它杂质清理干净；
S8: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；
S9: 预真空热处理：将待钎焊叶片放置到真空热处理设备中，进行预真空热处理；
S10:堵塞冷却孔：采用白色阻焊剂将动叶叶片表面全部冷却孔进行封堵；
S11:涂覆钎焊料：将特种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挖除了缺陷的动叶身上，使钎焊膏在缺陷内呈山丘状；
S12:涂覆钎焊料：将特种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壁厚不足的区域，涂敷面积需要比壁厚不足的面积稍大；
S13:涂覆钎焊料：使用玻璃杯盛放配好的钎焊料，加入大量的丙酮溶液，使用搅拌机搅拌钎焊料，边搅拌边使用毛刷把钎焊料刷到叶顶的氩弧焊堆焊区域；
S14:涂阻焊剂：在钎焊区域外四周涂上一圈绿色阻焊剂，阻焊剂不能与钎焊料重合，所述阻焊剂要距离钎焊区域4-6mm；
S15:真空炉钎焊：将涂覆好钎焊料和阻焊剂的动叶叶片放入真空炉内进行钎焊，摆放时尽量使钎焊区域处于水平向上状态；
S16:打磨：将步骤S15冷却后动叶对不平整的钎焊区域进行平滑抛磨处理，之后进行荧光渗透和必要的目视检查，将带有裂纹缺陷和厚度不足的区域圈出标记；
S17:返修：对步骤S16中仍未合格的动叶叶片重复步骤S1- S15进行修复，其中，钎焊时对于带有裂纹的区域需要先把缺陷移除后再进行钎焊料涂敷，对于厚度不足区域采用特种钎焊膏进行修复,同一动叶叶片钎焊不得超过2次。
进一步的，所述步骤S13中焊接方式为手工或自动氩弧焊，焊接电流为40-90A，焊丝材质Inconel 617，直径0.8-1.6mm。
进一步的，所述特种钎焊膏由特种钎焊料、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1455-1900℃的钎焊料和熔点为1121-1218℃的钎焊料按照2:1的比例混合而成的。
进一步的，所述步骤S9中预真空热处理的工艺参数为：升温速率15-25℃/min，保持温度1000-1150℃，保温时间10-45min，冷却速度5-25℃/min。
进一步的，所述步骤S15中真空炉钎焊的具体工艺如下：
S151:首先将涂覆好钎焊料和阻焊剂的动叶叶片放入真空炉内，按照15-30℃/min的升温速率快速升温至1150-1230℃，保温15-30分钟；
S152: 真空炉设备带功率按照10-20℃/min的降温速率缓慢降至1050-1120℃，然后随炉冷却至900-1020℃;
S153: 注入150mbar氩气以15-20℃/min速度冷却至700-850℃后，然后进行快速冷却；
S154: 快速冷却以20-30℃/min速率冷却，快速冷却时注入1000-1400mbar的氩气，同时开启快冷风机，待炉体温度降为60℃后，打开炉门让动叶叶片降至30℃后取出。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种燃气轮机透平动叶叶片的钎焊工艺，燃气轮机透平动叶叶片表面是复杂曲面，放进真空炉后需要把部件保持水平状态，待钎焊部位在装进真空炉后为倾斜状态，采用在钎焊料下方涂刷绿色阻焊剂的方式，可以使部件在经过真空炉钎焊后不会出现钎料随意流淌现象；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，提高动叶叶片的可修复性和使用寿命，提高动叶修复的生产效率。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
本实施例
S1:母材缺陷的移除：首先采用荧光探伤结合目视的方法检测出动叶叶片上存在的裂纹缺陷，然后采用合金磨头打磨的方法将发现的裂纹缺陷逐步移除，打磨过的区域检查合格后进入下一工序；
S2: 标记壁厚不足区域：使用超声波测厚的方式测量动叶叶片的叶身厚度，低于标准的区域使用合金磨头在需要钎焊区域画波浪的方式进行标记；
S3:叶顶可焊接区域母材的堆焊修复：对步骤S1叶顶裂纹移除后合格的动叶叶尖使用氩弧焊堆焊的方法进行修复；焊接方式为手工或自动氩弧焊，焊接电流为40-90A，焊丝材质Inconel 617，直径0.8-1.6mm。
S4:表面预处理:对动叶叶片进行超声波碱洗去脂处理，将动叶叶片放置在清洗装置中，加热至50-70摄氏度保温，在该温度下保持20-50分钟，再将动叶叶片取出放置到清水池漂洗，之后放置到烘箱进行烘干处理并最终冷却至30℃以下；
S5:钎焊区域初步清洁：采用喷砂处理的方式对动叶叶片进行必要的清洁，其中，喷砂枪与叶片的喷砂区域成20-60°的夹角，喷砂压力为2-7Bar，喷砂清洁材料采用刚玉；
S6:钎焊区域再次清洁：采用镍丸喷砂处理的方式对待钎焊区域表面再次清洁，其中，喷砂枪与叶片的喷射区域成20-60°的夹角，喷砂压力为2-7Bar；
S7:对部件的内部进行清理：使用压缩空气对叶片的内部进行吹扫，把部件内部的残余镍砂和其它杂质清理干净；
S8: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；
S9: 预真空热处理：将待钎焊叶片放置到真空热处理设备中，进行预真空热处理；升温速率15-25℃/min，保持温度1000-1150℃，保温时间10-45min，冷却速度5-25℃/min；
S10:堵塞冷却孔：采用白色阻焊剂将动叶叶片表面全部冷却孔进行封堵；白色阻焊剂使用的是NICROBRAZ WHITE Stop-Off；
S11:涂覆钎焊料：将一种熔点为1455-1900℃的PRAXAIR NI-238-3钎焊料和另一种Oerlinkon Metco Amdry DF-3-325粉末熔点为1121-1218℃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动叶叶身上挖裂纹挖出的坑洞中，钎料要堆成小山丘状，所述胶水使用NICROBRAZ CEMENT 320；
S12:涂覆钎焊料：将一种熔点为1455-1900℃的PRAXAIR NI-238-3钎焊料和另一种Oerlinkon Metco Amdry DF-3-325粉末熔点为1121-1218℃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动叶叶身上壁薄处，钎料要堆平整且面积要比壁薄的区域大，所述胶水使用NICROBRAZ CEMENT 320；
S13:涂覆钎焊料：将一种熔点为1455-1900℃的PRAXAIR NI-238-3钎焊料和另一种Oerlinkon Metco Amdry DF-3-325粉末熔点为1121-1218℃的钎焊料按照一定的比例混合好，放入少量的胶水，所述胶水使用NICROBRAZ CEMENT 320,放入大量丙酮，并且使用搅拌机边搅拌边使用毛刷刷到叶尖封严堆焊和母材交接处；
S14:涂阻焊剂：在距离涂覆上的钎焊区域下方6mm左右的四周涂上一圈绿色阻焊剂，绿色阻焊剂使用的是NICROBRAZ GREEN Stop-Off，阻焊剂不能与钎焊料重合；
S15:真空炉钎焊：将涂覆好钎焊料和阻焊剂的动叶叶片放入真空炉内进行钎焊，摆放时尽量使钎焊区域处于水平向上状态；具体的，将涂覆好钎焊料和阻焊剂的动叶叶片放入真空炉内，按照15-30℃/min的升温速率快速升温至1150-1230℃，保温15-30分钟，让真空炉设备带功率按照10-20℃/min的降温速率缓慢降至1050-1120℃，然后随炉冷却至900-1020℃，注入150mbar氩气以15-20℃/min速度冷却至700-850℃后，进行快速冷却，所述快速冷却是以20-30℃/min速率冷却，快速冷却时注入1000-1400mbar的氩气，同时开启快冷风机，待炉体温度降为60℃后，打开炉门让动叶叶片降至30℃后取出；
S16:打磨：将步骤S15冷却后动叶对不平整的钎焊区域进行平滑抛磨处理，之后进行荧光渗透和必要的目视检查，将带有裂纹缺陷和厚度不足的区域圈出标记；
S17:返修：对步骤S16中仍未合格的动叶叶片重复步骤S1- S15进行修复，其中，钎焊时对于带有裂纹的区域需要先把缺陷移除后再进行钎焊料涂敷，对于厚度不足区域采用特种钎焊膏进行修复,同一动叶叶片钎焊不得超过2次。
本发明揭示了一种燃气轮机透平动叶叶片的钎焊工艺，燃气轮机透平动叶叶片表面是复杂曲面，放进真空炉后需要把部件保持水平状态，待钎焊部位在装进真空炉后为倾斜状态，采用在钎焊料下方涂刷绿色阻焊剂的方式，可以使部件在经过真空炉钎焊后不会出现钎料随意流淌现象；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，提高动叶叶片的可修复性和使用寿命，提高动叶修复的生产效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种燃气轮机透平动叶叶片的钎焊工艺，其特征在于，包括以下步骤；
S1:母材缺陷的移除：首先采用荧光探伤结合目视的方法检测出动叶叶片上存在的裂纹缺陷，然后采用合金磨头打磨的方法将发现的裂纹缺陷逐步移除，打磨过的区域检查合格后进入下一工序；
S2: 标记壁厚不足区域：使用超声波测厚的方式测量动叶叶片的叶身厚度，低于标准的区域使用合金磨头在需要钎焊区域画波浪的方式进行标记；
S3:叶顶可焊接区域母材的堆焊修复：对步骤S1叶顶裂纹移除后合格的动叶叶尖使用氩弧焊堆焊的方法进行修复；
S4:表面预处理:对动叶叶片进行超声波碱洗去脂处理，将动叶叶片放置在清洗装置中，加热至50-70摄氏度保温，在该温度下保持20-50分钟，再将动叶叶片取出放置到清水池漂洗，之后放置到烘箱进行烘干处理并最终冷却至30℃以下；
S5:钎焊区域初步清洁：采用喷砂处理的方式对动叶叶片进行必要的清洁，其中，喷砂枪与叶片的喷砂区域成20-60°的夹角，喷砂压力为2-7Bar，喷砂清洁材料采用刚玉；
S6:钎焊区域再次清洁：采用镍丸喷砂处理的方式对待钎焊区域表面再次清洁，其中，喷砂枪与叶片的喷射区域成20-60°的夹角，喷砂压力为2-7Bar；
S7:对部件的内部进行清理：使用压缩空气对叶片的内部进行吹扫，把部件内部的残余镍砂和其它杂质清理干净；
S8: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；
S9: 预真空热处理：将待钎焊叶片放置到真空热处理设备中，进行预真空热处理；
S10:堵塞冷却孔：采用白色阻焊剂将动叶叶片表面全部冷却孔进行封堵；
S11:涂覆钎焊料：将特种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挖除了缺陷的动叶身上，使钎焊膏在缺陷内呈山丘状；
S12:涂覆钎焊料：将特种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壁厚不足的区域，涂敷面积需要比壁厚不足的面积稍大；
S13:涂覆钎焊料：使用玻璃杯盛放配好的钎焊料，加入大量的丙酮溶液，使用搅拌机搅拌钎焊料，边搅拌边使用毛刷把钎焊料刷到叶顶的氩弧焊堆焊区域；
S14:涂阻焊剂：在钎焊区域外四周涂上一圈绿色阻焊剂，阻焊剂不能与钎焊料重合，所述阻焊剂要距离钎焊区域4-6mm；
S15:真空炉钎焊：将涂覆好钎焊料和阻焊剂的动叶叶片放入真空炉内进行钎焊，摆放时尽量使钎焊区域处于水平向上状态；
S16:打磨：将步骤S15冷却后动叶对不平整的钎焊区域进行平滑抛磨处理，之后进行荧光渗透和必要的目视检查，将带有裂纹缺陷和厚度不足的区域圈出标记；
S17:返修：对步骤S16中仍未合格的动叶叶片重复步骤S1- S15进行修复，其中，钎焊时对于带有裂纹的区域需要先把缺陷移除后再进行钎焊料涂敷，对于厚度不足区域采用特种钎焊膏进行修复,同一动叶叶片钎焊不得超过2次。
2.根据权利要求1所述的一种燃气轮机透平动叶叶片的钎焊工艺，其特征在于，所述步骤S13中焊接方式为手工或自动氩弧焊，焊接电流为40-90A，焊丝材质Inconel 617，直径0.8-1.6mm。
3.根据权利要求1所述的一种燃气轮机透平动叶叶片的钎焊工艺，其特征在于，所述特种钎焊膏由特种钎焊料、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1455-1900℃的钎焊料和熔点为1121-1218℃的钎焊料按照2:1的比例混合而成的。
4.根据权利要求1所述的一种燃气轮机透平动叶叶片的钎焊工艺，其特征在于，所述步骤S9中预真空热处理的工艺参数为：升温速率15-25℃/min，保持温度1000-1150℃，保温时间10-45min，冷却速度5-25℃/min。
5.根据权利要求1所述的一种燃气轮机透平动叶叶片的钎焊工艺，其特征在于，所述步骤S15中真空炉钎焊的具体工艺如下：
S151:首先将涂覆好钎焊料和阻焊剂的动叶叶片放入真空炉内，按照15-30℃/min的升温速率快速升温至1150-1230℃，保温15-30分钟；
S152: 真空炉设备带功率按照10-20℃/min的降温速率缓慢降至1050-1120℃，然后随炉冷却至900-1020℃;
S153: 注入150mbar氩气以15-20℃/min速度冷却至700-850℃后，然后进行快速冷却；
S154: 快速冷却以20-30℃/min速率冷却，快速冷却时注入1000-1400mbar的氩气，同时开启快冷风机，待炉体温度降为60℃后，打开炉门让动叶叶片降至30℃后取出。
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