催化煙機導(dǎo)向葉輪葉片的修復(fù)

趙久國，韓豫，何志剛，周選民

（中油股份獨山子石化分公司研究院設(shè)備研究所，新疆 獨山子 833600）

催化煙機導(dǎo)向葉輪葉片的修復(fù)

趙久國，韓豫，何志剛，周選民

（中油股份獨山子石化分公司研究院設(shè)備研究所，新疆 獨山子 833600）

本文較為詳細(xì)地討論催化裝置的煙氣輪機導(dǎo)向葉輪葉片的焊接及熱噴涂修復(fù)工藝。

煙氣輪機；導(dǎo)向葉輪葉片；焊接；熱噴涂；修復(fù)

煉油廠催化裝置氣輪機導(dǎo)向葉輪由于長期在六、七百度的高溫?zé)煔忸w粒的沖蝕下使用，葉輪上導(dǎo)向葉片表面出現(xiàn)了大量的沖蝕槽，葉片上有些較薄部位已穿透。嚴(yán)重影響了葉輪的煙氣導(dǎo)向效果，因此需對葉輪葉片進行修復(fù)。

1 修復(fù)方案

我們針對葉輪的使用環(huán)境及導(dǎo)向葉片結(jié)構(gòu)特點和使用情況確定了以下修復(fù)方案和修復(fù)目標(biāo)：（1）采用焊接方法復(fù)原葉片的表面形狀，恢復(fù)葉片的導(dǎo)向作用；（2）選用的補焊材料成分與母材一致，保證葉片的高溫強度與抗沖蝕性能；（3）補焊后的葉片表面不允許有裂紋存在；（4）對補焊修磨后的葉片表面進行熱噴涂，加強葉片表面的耐磨性和抗沖蝕性能，從而延長葉片的使用壽命。

2 焊接

2.1 焊接性能分析

導(dǎo)向葉片材料為 Cr15Ni35W5Ti3Al2 屬于鑄造鐵基高溫合金，其化學(xué)成分復(fù)雜，熱強度高而塑性較低，可焊性差，因此修復(fù)葉片有很大的難度。這種高溫合金主要的焊接問題有以下三個方面。

易產(chǎn)生焊接熱裂紋。鑄造鐵基高溫合金在焊接中易產(chǎn)生結(jié)晶熱裂紋，是由于其合金組元復(fù)雜，本身的物理特性及焊接工藝特點所致，其合金在結(jié)晶過程中形成方向性極強的單向奧氏體柱狀晶，促使低熔點共晶物在晶聚集，而高合金的線膨脹系數(shù)較大，在焊接應(yīng)力作用下易產(chǎn)生裂紋。

焊接熱影響區(qū)的粗晶區(qū)容易產(chǎn)生近縫區(qū)液化裂紋。高溫合金的合金系統(tǒng)決定了合金的凝固溫度區(qū)間較大，大部分高溫合金都具有液化裂紋傾向，并隨著合金元素的增加液化裂紋傾向越顯著，在焊接時應(yīng)盡可能的降低熱輸入和減小過熱區(qū)及母材高溫停留時間。

焊縫與母材的等強性問題。高溫合金焊接接頭的高溫強度和塑性或多或少均低于母材，過熱區(qū)存在著顯著的晶粒粗化現(xiàn)象，雖然粗晶粒有助于高溫瞬時強度和持久強度，但嚴(yán)重降低高溫塑性和疲勞強度。對于催化的導(dǎo)向葉片來說，修復(fù)后只需要高溫強度達(dá)到要求。因此，在不出現(xiàn)裂紋的情況下， 允許粗晶區(qū)存在，且采用同質(zhì)（或成分接近）焊絲和合適工藝能夠滿足焊縫謹(jǐn)慎的高溫強度。

2.2 焊接工藝特點

由于奧氏體鋼的焊接方法也適用于高溫合金，因此采用鎢極氬弧焊，但高溫合金焊接要求更為嚴(yán)格，應(yīng)注意以下幾個方面。

第一，焊前清理。葉片表面存在著難溶氧化膜，焊接時易成為焊縫夾雜物，甚至妨礙正常焊接。焊前或多層焊的層間，應(yīng)用丙酮清洗表面污物，烘干后用不銹鋼鋼絲刷徹底清理待焊處，直至露出金屬光澤，之后立即施焊，清理之后的葉片如用手和臟物接觸或存放時間超過1小時，焊前應(yīng)重新清洗或清理。

第二，焊接坡口設(shè)計及焊后處理。高溫合金的流動性和潤濕性差為了便于操作和利于溶敷金屬與母材充分融合，坡口角度可適當(dāng)大些，對于又又深的沖蝕槽，用磨光機打磨坡口深寬比小于 1/2，全部焊好后用磨光機將葉片按標(biāo)準(zhǔn)葉片修磨。對于補焊的葉片，其結(jié)構(gòu)簡單，可在焊態(tài)使用，可不進行焊后熱處理。

第三，焊絲的選擇。由于葉片數(shù)量較多，檢修時間短而且沒有相應(yīng)的焊絲，因此為了能達(dá)到母材的化學(xué)成分，保證高溫強度，避免產(chǎn)生熱裂紋。經(jīng)過試驗篩選，采用以下辦法來滿足修復(fù)條件，選用1Cr18Ni9Ti為基本焊絲，其成份與葉片材料相比，需添加 Ni、W 、Mo三種金屬元素。將純鎳薄金屬片剪1平方毫米左右的小片 W 、Mo絲剪成 1mm的小段，與所溶化的焊絲按 1:0.3: 0.1:0.06的近似比例將 W 、Mo的碎片放在待焊處，然后焊接，經(jīng)實驗這樣混合熔化后，焊縫金屬的化學(xué)成分與母材較為接近，既保證了焊縫強度，又使焊縫成為含有較高 Mo及 W 的 Ni_ Cr_Mo_w系合金系統(tǒng)，有較的抗裂性。

第四，減少接頭過熱。首先在工藝方面，采用氬弧焊，用小線能量、窄焊道和稍慢的焊接速度。鎢極直徑選取 2mm，焊接電流 I=50~70A，弧長不大于 2mm，焊 接 速 度 V=0.17～ 0.22M/min， 氣 體 流 量 7～ 9L/ min，對于較長的沖蝕坑（＞ 25mm）要分段，短道焊，每段長度不超過 15mm。較深的部位采用多層多焊道工藝。焊接如果溫度上至 60℃以上，立即停止焊接使其自然冷卻至室溫，其次是外界影響。用紫銅板（厚2～4mm）制作靠模水箱，靠模型狀與葉片背面弧度一致，使葉片背面與紫銅板緊貼在一起，這樣可以加強冷卻的效果，提高修復(fù)效率。

第五，加強保護，防止合金氧化。鐵基高溫合金中多數(shù)合金組元對氧的親和力較大，焊接時由于保護不夠而導(dǎo)致氧化燒損，將會嚴(yán)重降低合金的使用性能。在氬弧焊時，氬氣的純度要達(dá)到 99.99%，以保證最大的合金元素過渡系數(shù)。尤其要注意葉片邊緣焊接的保護，如生產(chǎn)氧化膜應(yīng)及時用鋼絲刷去除。對于穿透部位的焊接，背面要通氬氣保護，Q=2～ 3L/min。

3 噴涂部分

為了延長導(dǎo)向葉輪的使用壽命，加強高溫耐磨性，在焊接修復(fù)恢復(fù)葉片外型后，又在葉片表面熱噴涂防高溫沖蝕的涂層，涂層分為兩層，第一層為鎳鉻鋁層 ( Ni— Cr —Al)，這是一種自粘性的碳化鎢粉末，自粘性良好，且表面光潔，有一定的耐磨性。第二層為鈷、鉻、鎢（Co—Cr—w）耐高溫沖蝕工作層。噴涂過程分為兩個方面。

3.1 準(zhǔn)備工作

對葉片表面應(yīng)嚴(yán)格清理。先用丙酮清洗，再進行噴砂處理噴砂后不允許用手觸摸，并置于清潔處。噴砂后的葉片應(yīng)盡快進行噴涂，放置時間不超過1小時。葉片的尖銳棱角應(yīng)用磨光機倒成圓角（R=0.3～ 0.5），以防止涂層脫落。

3.2 噴涂工藝

對葉片的預(yù)熱至 150℃左右，以消除應(yīng)力和水汽，提高涂層的結(jié)合強度。在噴涂過程中打底層粉末的鋁鎳發(fā)生化學(xué)放熱反應(yīng)，生出大量的熱。產(chǎn)生瞬時高溫，與基材互相產(chǎn)生原子擴散，使打底層與葉片表面形成顯微冶金結(jié)合。打底層的 厚度為 0.1～ 0.2mm。之后用鋼絲刷輕刷打底層表面，除去氧化顆粒，然后再噴工作層粉末工作層表面溫度控制在 200～ 260℃。噴涂工作結(jié)束后，葉片應(yīng)空冷以防止涂層脫落或起皮。

4 修復(fù)效果及效益

4.1 修復(fù)效果

該葉輪投入使用兩年后經(jīng)檢查，葉片表面只有輕微的磨損，葉輪仍可正常使用，說明修復(fù)效果良好。

4.2 社會效益

該葉輪損壞后當(dāng)時沒有現(xiàn)貨，最快訂貨時間三個月，這將嚴(yán)重影響催化裝置的開工時間達(dá)兩個半月。我們修復(fù)葉輪后使催化裝置如期開工生產(chǎn)，社會效益巨大。

4.3 直接效益

直接經(jīng)濟效益 =葉輪價值—修復(fù)成本 =30-6=24萬元。

5 結(jié)語

（1）催化裝置導(dǎo)向葉輪葉片損壞后，采取上述焊接和噴涂修復(fù)技術(shù)及工藝，經(jīng)實踐證明是可行的。

（2）采用一定比例合金薄片（Ni—Cr—Mo—W）在焊接修復(fù)鑄造鐵基高溫合金葉片時，可達(dá)到滿意的合金元素過度效果。

（3）把以鎳鉻鋁放熱的自粘性碳化鎢粉末做為打底層，鈷鉻鎢粉末做為工作層具有良好的抗高溫沖蝕性。

TH311

A

1671-0711（2017）07（下）-0229-02