300MW汽輪機(jī)末級葉片焊接修復(fù)工藝

王觀全

摘 要：針對300MW汽輪機(jī)末級葉片焊接修復(fù)工藝進(jìn)行論述。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)末級葉片；焊接；修復(fù)工藝

針對#8汽輪機(jī)末級低壓缸2Cr13鋼葉片出現(xiàn)的大量缺扣，通過葉片裂紋補(bǔ)焊修復(fù)資料及焊接規(guī)程規(guī)定。確定采用鎳基焊接材料的TIG焊接工藝，司太立合金片采用銀釬焊工藝對#8機(jī)末級葉片進(jìn)行焊接修復(fù)。

修復(fù)工藝：

1 汽輪機(jī)葉片為高速轉(zhuǎn)動(dòng)部件，對汽輪機(jī)乃至整套機(jī)組發(fā)電起決定性作用，葉片出現(xiàn)缺口會給機(jī)組的運(yùn)行安全性造成很大威脅

1.1 葉片缺口修復(fù)焊接性能分析

1.2 2Cr13屬典型的簡單成分馬氏體不銹耐熱鋼，其化學(xué)成分及常溫力學(xué)性能。

1.3 2Cr13鋼碳含量較高，合金含量高，在焊接時(shí)易產(chǎn)生淬硬的馬氏體組織。該鋼強(qiáng)度較高而塑韌性偏低，因此焊接時(shí)產(chǎn)生冷裂紋的可能性很大；同時(shí)該鋼的成分特點(diǎn)使其焊縫組織往往處在馬氏體-鐵素體之間，會產(chǎn)生粗大的馬氏體組織，會降低接頭的塑性和韌性。

1.4 經(jīng)補(bǔ)焊后的2Cr13鋼葉片，其性能受到工況的不利影響后，增大了焊接的難度。為了防止2Cr13鋼葉片補(bǔ)焊時(shí)產(chǎn)生冷裂紋，保證接頭性能，則應(yīng)進(jìn)行必要的焊前預(yù)熱，并采用熱量集中的焊接方法，以控制焊接線能量和冷卻速度。

2 葉片缺口修復(fù)工藝方案可行性分析

2.1 選用鎳基焊接材料：NiCrFe-3焊絲熔敷金屬化學(xué)成分及常溫力學(xué)性能接近。

2.2 ERNiCrFe-3焊絲化學(xué)成分中Cr的含量與2Cr13鋼相近；焊縫金屬中59%的Ni含量不僅使其塑性提高，同時(shí)還降低了裂紋的可能性，改善了焊接性能；鎳基焊材熔敷金屬抗拉強(qiáng)度比2Cr13鋼低100MPa，按低匹配原則可行，但熔合比的作用會使焊縫金屬強(qiáng)度提高；鎳基焊材塑性指標(biāo)高于2Cr13鋼14%，因此形成的補(bǔ)焊焊縫為低強(qiáng)度高塑韌性，有利于防止裂紋產(chǎn)生。

2.3 鎢極氬弧焊方法：鎢極氬弧焊方法屬于低氫焊接法，能使接頭中的氫降到最低程度，同時(shí)TIG焊接熱量較集中，明弧易于控制，可使脆性降低，有利于提高焊縫金屬的塑性和韌性，并降低了冷裂紋的可能性。

2.4 焊前預(yù)熱焊后可免做熱處理：采用焊接預(yù)熱及緊急后熱處理，可免做焊后熱處理。這是由于選用鎳基焊材可實(shí)現(xiàn)高塑韌性焊縫金屬TIG小線能施焊，晶粒細(xì)小，配合錘擊焊縫并及時(shí)消氫處理，因而使焊接接頭應(yīng)力及擴(kuò)散氫含量降低，保證了接頭性能。

3 葉片裂紋補(bǔ)焊修復(fù)工藝

3.1 焊前清理。坡口兩側(cè)在正背面10～15mm用砂紙或鋼絲刷清理至見金屬光澤，并用丙酮擦洗干凈。

3.2 焊接設(shè)備及方法。選用高頻逆變直流焊機(jī)及TIG焊接方法。

3.3 焊接材料。ERNiCrFe-3 Φ2.0mm焊絲。

3.4 焊前預(yù)熱及層間溫度。用氧乙炔中性焰預(yù)熱，待焊處至350℃以上，層間溫度大于300℃。

3.5 焊接位置及順序。平焊位置短段多層多道焊、單面焊雙面成形。

3.6 趁熱錘擊焊縫金屬，以消除接頭應(yīng)力。

4 補(bǔ)焊工藝要點(diǎn)

（1）焊機(jī)地線宜直接接在補(bǔ)焊葉片上，夾持牢固，以免引起電火花損傷葉片表面。

（2）焊前預(yù)熱及層間溫度。采用氧乙炔火焰中性焰加熱葉片待焊處（80～100mm），溫度控制在350℃，預(yù)熱以葉片厚度較大側(cè)為主。焊接場所做好防風(fēng)保溫措施，及時(shí)用遠(yuǎn)紅外或激光測溫儀測量葉片溫度，控制層間溫度不低于300℃，當(dāng)?shù)陀?00℃時(shí)則停止補(bǔ)焊，重新加熱后方可再施焊。

（3）背面充氬氣保護(hù)，采用較大規(guī)格的氬弧焊把，從葉片背面對補(bǔ)焊處進(jìn)行充氬氣保護(hù)，并移動(dòng)焊把以達(dá)到良好的保護(hù)效果，以免背面根層焊縫氧化。

5 焊接操作工藝要點(diǎn)

（1）從坡口的內(nèi)端向葉片邊緣施焊，或從葉片邊緣向坡口內(nèi)端施焊，單面焊雙層成形。

（2）單個(gè)葉片有多處缺口的，應(yīng)一次完成制備坡口，逐一補(bǔ)焊，以避免增大裂紋間距為原則來選用焊接順序。

（3）采用多層多道焊，每層焊縫厚度控制在2mm左右，層道間溫度為300℃左右，當(dāng)溫度不足時(shí)需再次加熱達(dá)300℃左右。

（4）每焊完一段焊縫（宜30～50mm）要趁焊縫紅熱狀態(tài)時(shí)快速錘擊，以達(dá)到錘擊消除應(yīng)力的最佳效果。

（5）背面充氬氣保護(hù)焊縫余高1mm左右，葉片邊緣應(yīng)補(bǔ)焊超出約1mm。

（6）焊后立即用氧乙炔火焰中性焰將補(bǔ)焊接頭80～100mm的范圍內(nèi)加熱到350℃左右，以進(jìn)行去氫處理。

（7）焊后熱處理后立即用石棉布或石棉絨包扎緩冷。

（7）對焊縫內(nèi)外表面打磨至符合要求。

6 質(zhì)量檢驗(yàn)

（1）外觀檢驗(yàn)。①補(bǔ)焊焊縫外觀未發(fā)現(xiàn)裂紋、未熔合等面狀缺陷；②葉片變形量≤1.0mm。

（2）無損探傷。采用表面著色探傷，未發(fā)現(xiàn)裂紋、未熔合等缺陷。

（3）硬度檢驗(yàn)。檢測葉片補(bǔ)焊焊縫及熱影響區(qū)硬度，符合要求。

總之，經(jīng)過多年電站運(yùn)行表明，修復(fù)末級葉片水蝕缺損技術(shù)是安全、可靠、先進(jìn)的，與其它方法相比修復(fù)周期短（12天-15天），成本低、工期短、經(jīng)濟(jì)性好，目前以廣泛成為電廠修復(fù)葉片的首選方案。