大型轉子軸頸冷熔修復技術研究

蘇武

摘 要：汽輪機等大型轉子經過長時間運行，由于系統中含有雜物，軸頸會出現點蝕、拉傷、劃痕等缺陷，運用傳統修復技術修復易產生內應力，破壞了金屬的金相結構，出現脫落和起層等問題。文章圍繞大型轉子軸頸無損冷熔修復技術運用、提高后期修磨精度及效率等方面展開闡述。

關鍵詞：大型轉子軸頸；冷熔修復；內應力；修磨精度

中圖分類號：TH17 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）17-0146-02

Abstract： After long time operation of large rotor such as steam turbine， because of the sundries in the system， the defects such as pitting， pulling and scratching will appear in the journal， so the internal stress is easy to be produced by using the traditional repair technology， and the metallographic structure of the metal is destroyed. Problems such as shedding and rising. In this paper， the application of non-destructive cold melt repair technology for large rotor journal and the improvement of the precision and efficiency of grinding in the later period are discussed.

Keywords： large rotor journal； cold melt repair； internal stress； grinding accuracy

1 概述

火力發電汽輪機、風機、發電機等轉子及其他工業領域軸類工件的軸頸磨損修復，都有一共同的特性：價值高、工件大、磨損小。工件體積較大時避免返廠加工必須進行現場修復、如何加工到要求尺寸及光澤度等因素顯得尤為重要。以往的修復方法是熱噴涂和刷鍍，其效果不是很好，長時間運行有脫落和起層現象，嚴重影響著汽輪機等設備運行的安全性和經濟性。

本文通過對大型轉子軸頸冷熔修復技術的研究，不但解決了刷鍍、噴涂技術結合力差等問題，而且工件在修復過程中溫升小，熱影響深度極淺。此外，此新技術可現場修復，免去了避免設備廠外維修運輸安全的困擾，降低修復費用。

2 大型轉子軸頸磨損原因

汽輪機等大型轉子軸頸劃傷的原因通常是由于系統中有雜物：一般情況下，新安裝機組是由于油系統管道有電焊渣、金屬氧化皮等雜物，隨油進入軸瓦，磨損軸頸。而老機組是由于油系統管道銹蝕，在運行中銹片脫落進入軸瓦造成軸頸磨損拉傷。據統計，劃傷大多出現在油系統管道末端的軸頸，這是因為管道末端的雜物較多。對于汽輪發電機組轉子軸頸的磨損拉傷處理，以往的方法是熱噴涂和刷鍍，在經過長時間運行后有脫落和起層現象，而補焊層的脫落會造成軸頸的進一步磨損。大部分的軸類磨損會引起機器部件超溫、跳動幅度大、異響、嚴重泄漏等問題，造成機器被迫停機。

3 大型轉子軸頸冷熔修復技術

汽輪機等大型轉子軸頸劃傷如果采用電焊、氬弧焊、熱噴涂等進行修復，由于發熱量大，對工件材質有較大的破壞，因而修復后的工件如果不處理好則容易存在內應力，產生裂紋或變形。刷鍍、貼片等傳統的冷熔修復技術，因結合力差，設備在運行一段時間后會出現脫落、起層現象，而補焊層的脫落會造成軸頸的進一步磨損。

3.1 新型冷熔修復技術選用

激光集束冷熔技術是一個物理化學過程，是基于氣態環境里的電子高速溢出在毫秒級放電時間內熔化陽極材質的現象而建立的。集束冷熔借助產生在鎢電極與焊體之間的電弧，加熱和熔化焊材本身（在添加填充金屬時也被熔化），而形成焊縫金屬，使工件表面性能得到顯著強化和表面幾何構型的求原修復。

激光集束焊冷熔修復的堆焊層與母體為冶金結合，具有結合力高，熱影響小的特點，適合汽輪機等大型轉子軸頸尺寸修復。此外，激光集束焊冷熔設備便攜，可進行現場修復，免去了避免設備廠外維修運輸安全的困擾。

3.2 后期修磨

在激光集束焊冷熔修復堆焊后，一般留有0.5～0.8mm的加工余量。目前常用純手工或鼠籠式在線修磨機進行后期加工。純手工打磨效率低下，耗費大量的時間和人力。而鼠籠式在線修磨機雖效率較高，但是車削費用昂貴，高達十幾萬以上。另外，鼠籠式在線修磨機設備體積龐大，十分笨重，需要有多年經驗的員工進行調試，在狹窄環境無法安裝施工。現采用新型隨型研磨工裝粗磨與手工精磨相結合的方法，能提高修磨效率，降低所需費用。

4 經濟效益及社會效益

近年來電力行業的蓬勃發展給運行設備的性能、運行工況等的提高帶來了挑戰。在電廠檢修維護中，1臺60WM機組因軸類表面損傷無備品更換或到貨不及時等原因被迫停機檢修或延長檢修工期的費用約10萬元/天，減少供電額200萬元/天以上，特別是大型軸類廠外修復項目除了需較長運輸時間、較大檢修費用外，還需承擔設備運輸途中安全風險。

此外，大型轉子軸頸的現場修復可以減少維護檢修次數和成本，有利于實現節約能源的大目標，有效保證電力設備的穩定運行，屬于再制造領域。節能降耗是國家實施可持續發展戰略的一個重要課題，也是電力行業永恒的主題，體現在企業的價值取向和管理體系中。

5 結束語

近年來電力行業的蓬勃發展給運行設備的性能、運行工況等的提高帶來了挑戰，本技術將通過改變過去整個行業多年以來只能采取設備更換工期長、需支付高額維修與運輸費用的局面，突破采用激光集束冷熔修復技術，并結合多個相應的改善措施，縮短工期、降低成本，避免設備廠外維修運輸安全的困擾，本技術也將達到國內同行的領先水平。

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