汽輪機、發電機轉子軸頸現場修復方法

黃嵐，肖玉竹

（東方汽輪機有限公司，四川德陽，618000）

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汽輪機、發電機轉子軸頸現場修復方法

黃嵐，肖玉竹

（東方汽輪機有限公司，四川德陽，618000）

摘要：汽輪機、發電機轉子軸頸運行后因各種原因軸頸磨損形成溝槽，影響機組安全運行，因轉子龐大、電廠檢修周期緊張等原因提出現場修復的要求，尋求安全可靠、經濟的修復方法勢在必行，文章分析了各種修復方法，提出微弧等離子現場修復方法，通過分析，有著很好的應用前景。

關鍵詞：轉子軸頸，現場，修復

0　引言

汽輪機、發電機轉子在運行中，由于各種原因造成轉子與軸瓦之間潤滑不良、油溫過高使轉動部件發熱、粘結，導致轉子與軸瓦磨損嚴重，形成深淺不一的溝槽甚至出現裂紋，影響機組的安全運行；而轉子為大鍛件，制造費用高，一般不輕易更換，體積大、質量重、加工不便，加之大修期間周期緊，返回制造廠修復的可能性很小，經濟性更是制約因素，因此，開發現場修復轉子軸頸經濟、安全的方法，有著很好的市場前景。

1　現場轉子修復工藝

1.1轉子磨損原因

汽輪機、發電機轉子軸頸磨損原因主要有：

（1）潤滑油系統中有雜質進入軸瓦，運行后造成磨損；

（2）機組啟動時，由于油溫低、油壓過低，沒有完全形成油膜而使轉子與軸瓦間潤滑不良造成磨損；

（3）機組在運行過程中由于蒸汽參數不良等原因引起機組振動，而造成軸頸磨損。

由于以上原因造成的轉子磨損具有磨損區域大、裂紋淺等特點［1］。

1.2目前現場轉子修復工藝

為滿足現場轉子修復要求，結合現場施工條件，目前有熱噴涂法、電刷鍍法、脈沖閃焊法、電火花沉積、激光熔敷等方法，各有利弊，見表1。

表1　幾種修復方法優缺點對比表

以上的工藝方法除激光熔敷外東汽均嘗試過，脈沖閃焊在2008年之前一直作為東汽主要的轉子修復方法廣泛應用，電火花沉積方法因其沉積效率低及堆焊層組織不致密仍處于試驗階段，微弧等離子堆焊方法在東汽成功用于1 000 MW精加工轉子軸頸大面積堆焊，焊后組織、硬度、變形量等均滿足設計要求，擬將此方法用于現場轉子軸頸補焊。

2　電火花修復轉子軸頸可行性分析

電火花堆焊是利用旋轉電極與工件基體之間產生的瞬間高能量脈沖放電的原理（最大脈沖放電頻率2 000 Hz），在電極與工件“相對最近點”產生電火花，在非常小的放電區域內，瞬間（μs-ms數量級）流過的電流很大，其電流密度高達105～106A/cm2，這種在時間和空間上的高度集中放電，將產生大量的熱能，使電極和工件上極微小的放電點處的金屬熔化并具有爆炸性，該過程產生的動能使熔化的金屬離開電極表面并堆焊至工件表面，與工件表面的微小熔化區金屬實現冶金結合，該方法基體基本不受熱，熱影響區極小，工件無變形，焊后不需進行熱處理，但堆焊效率低、工作層不致密，僅適用于小面積修復。

2.1電火花試驗

就轉子修復進行的電火花試驗，試驗基體材料為42CrMoA，在平板上開槽堆焊，堆焊參數見表2，試樣PT檢查結果見圖1，硬度檢查及金相組織見圖2、3。

圖1　PT檢查　

圖2　硬度檢測結果

圖3　金相照片

表2　電火花堆焊試驗參數

結論：在設備功率、頻率較高時，電火花堆焊試樣滿足質量要求。

2.2電火花沉積的應用

雖然效率及焊接質量不及熔焊方法，但其具有焊后不需進行熱處理、對基體無影響等優點，隨著電火花設備功率的不斷升級，堆焊效率與質量隨之提高，再結合堆焊材料試驗，研究最適合轉子軸頸的堆焊材料，用于堆焊面積較小的軸頸修復，亦是一個好方法。

3　微弧等離子方法現場修復轉子可行性分析

微弧等離子堆焊是一種利用等離子弧作為高溫熱源，采用粉末狀或絲極作為填充金屬的一種熔焊工藝，其優點有：（1）熱量集中；（2）焊縫稀釋率低、焊接熱影響區小；（3）焊接變形??；（4）易于實現自動化。

3.11 000 MW轉子微弧等離子堆焊工藝

轉子材料為1Cr10Mo1NiWVNbN馬氏體不銹鋼，其淬硬性強，焊接性能差，在軸頸上堆焊1.25%Cr-0.5Mo耐熱鋼材料，采用了熱輸入小、熱量集中的微弧等離子堆焊方法，選擇合適的焊接參數，實現了焊前不預熱、小參數自動堆焊、多層多道堆焊、焊后局部熱處理等工藝措施，獲得了綜合性能理想的堆焊層。

3.1.1試驗數據

圖4、圖5為1Cr10Mo1NiWVNbN馬氏體不銹鋼采用微弧等離子堆焊1.25%Cr-0.5Mo材料后焊接接頭金相組織及照片，表3為各區域金相組織，圖6為焊層硬度分布數據。

圖4　焊縫金相組織　

圖5　熔合區金相照片

表3　各區域金相組織

圖6　焊層硬度分布

表4　各層化學成分%

從圖4～5可以看出：熔合線平直、焊縫稀釋率低，金相組織為回火組織，焊后回火充分，硬度得以恢復。

基材Cr含量約為12%，從表4可以看出，第1 層Cr含量僅為2.22%，封Cr效果顯著；第2層則下降為1.22%，達到工作層要求，焊縫稀釋率低。

3.1.2工藝流程

1 000 MW高、中壓轉子需堆焊軸頸2處，共需熔敷金屬約100 kg，堆焊量大，為保證質量穩定，將滾輪架、操作機、微弧等離子焊機、擺動器設備等集成到控制柜，實現了自動化焊接。

焊接工藝流程：轉子就位，設備啟動→在引弧板上試焊，確認參數→按操作指導書逐道逐層堆焊→現場履帶局部熱處理→堆焊另一端軸頸→現場履帶局部熱處理→測量轉子變形量→加工堆焊區→PT檢查。

轉子堆焊現場如圖7所示。

圖7　轉子堆焊現場

3.1.3應用業績

采用以上工藝方案已堆焊十余根高、中壓轉子軸頸，工藝不斷優化，質量穩步提高，并隨之開發了轉子推力盤的堆焊，實現了轉子端面的橫焊位平面螺旋線運行軌跡的多層堆焊。

3.2轉子軸頸現場修復可行性

汽輪機、發電機轉子磨損情況相似，常在軸頸部位拉有深淺不一的溝槽，除1 000 MW轉子為馬氏體材料外，轉子材料通常為34CrNi3Mo、30Cr1Mo1V、34Cr2Ni4MoV等中碳調質鋼，其強度較高，焊接性能較差，要采用熔焊方法進行現場修復，需達到以下2點要求：（1）防止焊接區域開裂并保證焊接接頭綜合性能；（2）控制焊接變形量。

從3.1可以看出，實現了精加工后采用微弧等離子大面積堆焊1 000 MW轉子軸頸，各項指標達到設計要求，但可否將其應用于現場轉子修復，則需解決以下幾點：

（1）34CrNi3Mo等中碳調質鋼堆焊材料的選擇及焊接工藝評定；

（2）適用于現場操作的微弧等離子手工操作質量問題；

（3）軸頸焊接后的現場熱處理如何進行；

（4）現場軸頸加工。

對上述4點問題均找到了以下解決方案：

（1）堆焊材料仍選擇1 000 MW轉子軸頸堆焊材料：1.25%Cr-0.5Mo，其耐磨性好，焊接性能優良，34CrNi3Mo等中碳調質鋼優于12%Cr轉子材料，可實現不預熱焊接，焊接工藝參數可完全借鑒原數據，并按ASMEⅨ要求進行焊接工藝評定。

（2）微弧等離子設備配備的焊矩可以手工操作，經過試驗，焊接操作靈活，熔合良好，焊層質量較好，對于有溝槽部位亦可操作。

（3）焊后熱處理可采用履帶加熱器對補焊部位進行跟蹤熱處理。

（4）轉子加工采用鉗工現場打磨、拋光方式，后期若轉子修復量大，可以開發或采購現場軸類零件加工工裝。

4　結論

轉子軸頸現場的各種修復方法各有利弊，電火花沉積適用于小面積修復要求的軸頸，尚需進一步提高沉積效率及堆焊層質量，微弧等離子焊接修復在堆焊效率、堆焊層綜合性能、質量方面均令人滿意，有著廣闊的市場前景。

參考文獻

［1］陳囿兆，周志雄.大型轉子軸頸磨損的現場修復［J］.機械制造，2007，45（2）:69-70.

Field Repairing Method of Steam Turbine and Generator Rotor Axis Necks

Huang Lan，Xiao Yuzhu
（Dongfang Turbine Co.，Ltd.，Deyang Sichuan，618000）

Abstract:Rotor axis necks of the steam turbine and generator arise trenches caused by wearing for various reasons during working，which seriously affects the safety of the unit operating.The huge rotor and urgent maintenance period require field repairing，so seek?ing the safe，reliable，economical field repairing methods must be carried out.This paper analyzes various repairing methods，proposes micro-plasma-field repairing methods which have good prospects.

Key words:rotor axis necks，field，repairing

中圖分類號：TG44

文獻標識碼：B

文章編號：1674-9987（2016）02-0023-04

DOI:10.13808/j.cnki.issn1674-9987.2016.02.006

作者簡介：黃嵐（1965-），女，副主任工程師，1985年畢業于四川工程學院焊接專業，主要從事特種焊接技術與工藝的研究工作。