專利名稱：汽輪機(jī)通流部件水蝕損傷修復(fù)與防護(hù)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種汽輪機(jī)通流部件水蝕損傷修復(fù)與防護(hù)工藝。

背景技術(shù)：
火力發(fā)電廠汽輪機(jī)通流部件(主要包括葉片、噴嘴、隔板等)是汽輪機(jī)系統(tǒng)的“心臟”，承擔(dān)著將蒸汽流動能轉(zhuǎn)換為有用功的重任。汽輪機(jī)通流部件，特別是末級動葉片，在運(yùn)行過程中，會受到水蝕損傷而產(chǎn)生缺陷。汽輪機(jī)葉片水蝕是指在工作在濕蒸汽區(qū)的動葉片與汽流中夾帶的二次水滴高速撞擊，導(dǎo)致葉片表面材料損傷并剝離的現(xiàn)象。一般情況下，葉片發(fā)生水蝕的區(qū)域?yàn)槿~頂進(jìn)汽邊和根部出汽邊，其外觀為蜂窩狀，邊緣為鋸齒形，嚴(yán)重時(shí)還會出現(xiàn)缺口。水蝕損傷危害很大，尤其是葉根水蝕，嚴(yán)重時(shí)葉片會發(fā)生斷裂，威脅整個(gè)機(jī)組熱力系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行，大大降低電廠的經(jīng)濟(jì)效益，有效地修復(fù)這些水蝕損傷缺陷，并對汽輪機(jī)通流部件表面加以防護(hù)，是確保機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)措施。
針對汽輪機(jī)通流部件的水蝕損傷現(xiàn)象，國內(nèi)外曾采用過如下技術(shù)措施進(jìn)行修復(fù)與防護(hù) (1)切除葉片水蝕部分，直接鑲焊葉片合金片。具體方法為用等離子切割機(jī)將沖蝕部分切除。采取鎢極氬弧焊將整形的葉片合金片鑲焊到葉片上，該方法較為簡單，但未對材料升級，不能從根本上解決葉片的沖蝕問題。
(2)直接堆焊葉片合金。具體方法為首先將沖蝕部位用角向磨光機(jī)打磨掉。采取鎢極氬弧焊將葉片合金堆焊至沖蝕部位，最后按葉片表面型線進(jìn)行修磨，但其耐水蝕能力不強(qiáng)。
(3)堆焊司太立合金。具體方法為將水蝕部位磨掉，用葉片合金板將缺損補(bǔ)齊，然后在易沖蝕部位用鎢極氬弧焊堆焊司太立合金。該方法效果良好，但司太立合金堆焊時(shí)容易形成冷裂紋或結(jié)晶裂紋，因此對焊接工藝控制要求更高，增加了焊接難度，同時(shí)由于司太立合金較貴，經(jīng)濟(jì)性不好。
(4)鑲焊硬質(zhì)合金片。具體方法為取鎢極氬弧焊補(bǔ)焊沖蝕部位，然后將特制的司太立合金條沿易沖蝕的葉片邊緣進(jìn)行鑲焊，該法相對較為簡單有效，但這種方法存在著合金片與基材結(jié)合不牢、易早期脫落、焊層形狀與葉型吻合不好以及釬焊質(zhì)量不穩(wěn)定等缺點(diǎn)。
(5)直接鑲焊有司太立合金片的耐蝕板條，然后與葉片對焊。這種方法簡單，現(xiàn)場操作性強(qiáng)，但這種方法也存在著合金片與基材結(jié)合不牢、易早期脫落、釬焊質(zhì)量不穩(wěn)定等缺點(diǎn)。
(6)激光熔覆再造修復(fù)技術(shù)。該方法是一種新型表面改性技術(shù)，它通過在葉片基材表面添加熔覆Ni基、Co基、Fe基自熔性合金粉末或金屬陶瓷粉末材料，并利用高能量密度的激光束使之與基材表面薄層一起熔凝的方法，在葉片表面形成與其為冶金結(jié)合的添料熔覆層，從而達(dá)到恢復(fù)葉片型線，強(qiáng)化表面的修復(fù)目的。由于熔覆層與金屬基體呈現(xiàn)原子冶金結(jié)合，葉片表面能夠獲得高的耐磨性、耐腐蝕性、耐高溫和抗氧化等綜合性能。
但激光熔覆再造修復(fù)技術(shù)也具有以下不足之處 ①由于熔覆層的開裂和基體的變形，激光熔覆工藝有待進(jìn)一步完善； ②熔覆層表面不平整，后續(xù)機(jī)加工量較大，且合金層與基體的交界處易出現(xiàn)裂紋和孔洞等缺陷，給實(shí)際應(yīng)用帶來很大的困難； ③激光處理系統(tǒng)的固定資產(chǎn)及維護(hù)費(fèi)用相對常規(guī)的修復(fù)技術(shù)來說比較昂貴，這就使得激光處理過的產(chǎn)品成本較高。這也是激光熔覆處理還沒有大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用的主要原因之一。因此，激光熔覆修復(fù)應(yīng)著力于提高使用性能，簡化工序，提高生產(chǎn)率，降低能耗，節(jié)約貴重材料； ④目前修復(fù)工作大都采用一維激光熔覆方法，只能解決部分零件的修復(fù)問題。實(shí)際上，在生產(chǎn)中還有大量的復(fù)雜貴重設(shè)備需要三維激光熔覆修復(fù)，特別是不能移動且處于易腐蝕、易摩擦和易磨損工況條件下的大型設(shè)備需要現(xiàn)場修復(fù)，如大型火電站、水電站、核電站、輪船、軍械、油田鉆井、化工基地等，有待于開發(fā)適用于現(xiàn)場的激光再造修復(fù)技術(shù)。
(7)電子束表面處理。采用電子束作為熱源對汽輪機(jī)葉片進(jìn)行表面處理，具有功率密度高、控制靈活、重復(fù)性好，能夠精確控制表面溫度和穿透深度等特點(diǎn)；同時(shí)是在真空條件下進(jìn)行，對葉片金屬保護(hù)特別好，可以獲得較高的結(jié)合力和性能，從而保證質(zhì)量。尤其是這種真空電子束物理合金沉積技術(shù)，可在葉片金屬表面沉積指定成分的金屬涂層，可使葉片金屬表面改性，增加耐磨性、耐蝕性、耐熱性，該項(xiàng)技術(shù)與一般通用工藝方法相比已顯示出很大的優(yōu)越性。電子束表面處理技術(shù)包括表面硬化、表面合金化、表面熔凝和表面熔敷等方法。具有能耗小、零件不易變形、可在工件精加工以后進(jìn)行、生產(chǎn)率高等特點(diǎn)；用于只需局部區(qū)域強(qiáng)化的零件則更顯示出其優(yōu)越性。因此，對于葉片進(jìn)汽邊硬化防水蝕較為適宜。電子束表面處理的主要缺點(diǎn)是設(shè)備初次費(fèi)用較大，另外由于采用真空室的原因，零件尺寸受到限制，現(xiàn)場修復(fù)適用性較差。
(8)多弧-磁控濺射系統(tǒng)制備CNX/TiN復(fù)合納米涂層。本方法使用多弧-磁控濺射系統(tǒng)，在葉片表面制成硬度較高的氮化碳和相對較軟的氮化鈦所組成的納米超晶格涂層。該涂層一方面硬度較高，能抗擊水滴沖擊時(shí)的巨大應(yīng)力，防止葉片表面發(fā)生塑性變形；另一方面涂層韌性較好，能防止水滴沖擊時(shí)巨大應(yīng)力引起的脆性斷裂。同時(shí)涂層與葉片基體金屬的結(jié)合強(qiáng)度也較高，抗水蝕性能較好。但設(shè)備較為復(fù)雜，操作性差，不適合現(xiàn)場修復(fù)。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對汽輪機(jī)通流部件普遍存在的水蝕損傷缺陷，提供一種汽輪機(jī)通流部件水蝕損傷修復(fù)與防護(hù)工藝，能現(xiàn)場在線恢復(fù)汽輪機(jī)通流部件損傷型線，制備汽輪機(jī)通流部件防水蝕涂層，提高汽輪機(jī)通流部件抵抗水蝕的能力，延長通流部件使用壽命，保障機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是 1)修復(fù)前采用直讀式光譜儀現(xiàn)場鑒定通流部件材質(zhì)，對葉片靜頻率、修復(fù)區(qū)域型線進(jìn)行測試，按照測試數(shù)據(jù)，制作型線樣板； 2)采用宏觀檢查、磁粉探傷或滲透探傷，檢查葉片缺陷的分布狀況及尺寸，并清理水蝕缺陷； 3)宏觀檢查及無損探傷復(fù)檢，確認(rèn)待修復(fù)區(qū)域缺陷已完全消除； 4)在待修復(fù)區(qū)域制備V形坡口，對V形坡口及其周圍打磨干凈，露出金屬光澤，并用丙酮擦洗干凈； 5)采用氧-乙炔中性焰對V形坡口進(jìn)行焊前預(yù)熱； 6)焊接時(shí)，將被焊葉片放置于水平位置，采用厚度為1～5mm的銅板作為襯底，與修復(fù)區(qū)域葉片背面貼緊固定； 7)焊接時(shí)采用多層多道堆焊修復(fù)，每道堆焊焊縫厚度為為0.1～0.7mm，寬度為2～4mm； 8)焊后緩冷至100℃后立即進(jìn)行焊后熱處理或緩冷至室溫進(jìn)行超聲波去應(yīng)力消除焊縫殘余應(yīng)力； 9)依照型線樣板對修復(fù)區(qū)域的葉片進(jìn)行型線修磨； 10)采用超音速火焰噴涂制備防水蝕涂層，噴涂材料選用含質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％的Ni、5％Cr和75％碳化鉻構(gòu)成的NiCr金屬陶瓷粉末，粉末粒度為250～300目，選用超音速火焰噴涂設(shè)備，以超音速火焰噴涂工藝將NiCr金屬陶瓷粉末直接噴涂到汽輪機(jī)通流部件表面，涂層厚度為0.10～0.50mm； 11)最后采用噴射霧化器在涂層外表面噴涂一層0.01～0.02mm的聚氨酯或丙烯酸基的高分子封孔劑對涂層進(jìn)行封閉處理。
本發(fā)明的型線樣板采用柔性薄鐵皮制作； 焊前預(yù)熱范圍為坡口兩側(cè)各50mm，預(yù)熱時(shí)火焰焰心距離工件12mm以上，均勻加熱，采用接觸式測溫儀監(jiān)控預(yù)熱溫度； 多層多道堆焊修復(fù)采用手工鎢極氬弧焊堆焊修復(fù)； 焊接材料選用與通流部件同質(zhì)的馬氏體焊材或鐵基奧氏體焊材、鎳基奧氏體焊材，焊絲直徑≤1.6mm；焊接設(shè)備高頻脈沖功能焊機(jī)。
步驟9)依照型線樣板對修復(fù)區(qū)域的焊接部的葉片進(jìn)行型線修磨，包括粗磨、細(xì)磨、精磨和拋光 1)粗磨采用角磨機(jī)對堆焊部位進(jìn)行粗磨，打磨焊縫余高，修磨出葉片大致型線； 2)細(xì)磨采用修磨工具，用旋轉(zhuǎn)挫細(xì)磨堆焊區(qū)域，使葉片型線接近與原始狀態(tài)； 3)精磨采用修磨工具，用細(xì)砂輪精磨堆焊區(qū)域，并不斷測量葉片型線進(jìn)行修正，直至完全恢復(fù)葉片型線； 4)拋光采用拋光頭對葉片修磨部位進(jìn)行拋光處理，消除葉片表面劃痕。
步驟8)采用焊后熱處理或超聲波去應(yīng)力消除焊縫殘余應(yīng)力分為以下情況 葉片材質(zhì)為2Cr13焊接材料為ER410時(shí)在690～720℃進(jìn)行焊后熱處理；焊接材料為ER347時(shí)在600～620℃進(jìn)行焊后熱處理或采用超聲波去應(yīng)力設(shè)備消除焊縫殘余應(yīng)力；焊接材料為ERNiCr-3時(shí)在670～690℃進(jìn)行焊后熱處理或采用超聲波去應(yīng)力設(shè)備消除焊縫殘余應(yīng)力； 葉片材質(zhì)為1Cr12Mo焊接材料為ER410NiMo或ER347時(shí)在700～720℃進(jìn)行焊后熱處理； 葉片材質(zhì)為1Cr11MoV焊接材料為ER410NiMo時(shí)在710～730℃進(jìn)行焊后熱處理；焊接材料為ER347時(shí)在680～700℃進(jìn)行焊后熱處理或采用超聲波去應(yīng)力設(shè)備消除焊縫殘余應(yīng)力； 葉片材質(zhì)為0Cr17Ni4Cu4Nb焊接材料為ER630時(shí)在590～610℃進(jìn)行焊后熱處理； 所說的焊后熱處理的時(shí)間為1～5小時(shí)，加熱寬度為焊縫每側(cè)30～60mm； 當(dāng)葉片堆焊修復(fù)長度≤300mm，寬度≤40mm時(shí)，采用氧-乙炔中性焰進(jìn)行焊后熱處理； 當(dāng)葉片堆焊修復(fù)區(qū)域＞300mm，寬度＞40mm時(shí)，采用葉片仿形熱處理設(shè)備進(jìn)行焊后熱處理。
噴涂前對葉片靜頻率進(jìn)行測試，宏觀檢查葉片表面是否存在缺陷，清洗葉片表面，除去葉片表面污垢，并用高溫遮蔽膠帶對葉片不噴涂區(qū)域進(jìn)行遮蔽保護(hù)。
超音速火焰噴涂制備防水蝕涂層包括以下步驟 1)使用壓力式噴砂法，采用粒度為10～50目的優(yōu)質(zhì)棕剛玉砂，對葉片噴涂區(qū)域進(jìn)行粗糙、活化處理，使基體表面粗糙度達(dá)到Ra2～15um，徹底清除葉片表面氧化物、油脂、污物附著物，均勻粗糙活化； 2)使用噴槍將待噴涂葉片表面應(yīng)預(yù)熱至100～300℃，采用超音速火焰噴涂方法，在經(jīng)除油、除銹、噴砂活化處理后的葉片表面噴涂厚度為0.10～0.50mm的NiCr金屬陶瓷涂層；超音速火焰噴涂工藝參數(shù)為氧氣流量為5～30m3·h-1，丙烷流量為1000～3000L·h-1，氮?dú)饬髁繛?000～3000L·h-1，噴槍移動速度為200～600mm·s-1，噴涂距離為100～400mm；噴涂過程中應(yīng)對葉片噴涂部位，采用紅外線測溫儀進(jìn)行跟蹤測溫，記錄噴涂時(shí)實(shí)測溫度，保證葉片噴涂基體在噴涂過程中溫度為100～300℃；噴涂過程中應(yīng)維持噴涂工藝參數(shù)穩(wěn)定，控制每遍涂層厚度為0.02～0.04mm。
本發(fā)明針對汽輪機(jī)通流部件存在的水蝕損傷現(xiàn)象，采用手工鎢極氬弧焊仿形堆焊修復(fù)汽輪機(jī)通流部件型線，超音速火焰噴涂制備防水蝕涂層，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場汽輪機(jī)通流部件在線型線修復(fù)和大面積防護(hù)，延長汽輪機(jī)通流部件使用壽命的目的。本發(fā)明可在短時(shí)間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)大面積汽輪機(jī)通流部件的在線修復(fù)與防護(hù)，修復(fù)與防護(hù)后不改變汽輪機(jī)通流部件的振動特性、汽動特性、強(qiáng)度特性，具有現(xiàn)場可操控性強(qiáng)、被修復(fù)工件變形小、抗水蝕性能提高顯著等優(yōu)點(diǎn)，可以現(xiàn)場解決和改善在役電站汽輪機(jī)通流部件普遍存在的水蝕問題，提高機(jī)組運(yùn)行安全性和效率，增加電廠經(jīng)濟(jì)效益。

具體實(shí)施例方式 本發(fā)明的具體過程如下 1)修復(fù)前采用直讀式光譜儀現(xiàn)場鑒定通流部件材質(zhì)，對葉片靜頻率、修復(fù)區(qū)域型線進(jìn)行測試，按照測試數(shù)據(jù)，制作型線樣板，型線樣板采用柔性薄鐵皮制作，能真實(shí)反映汽輪機(jī)通流部件的空間型線； 2)采用宏觀檢查、磁粉探傷或滲透探傷，檢查葉片缺陷的分布狀況及尺寸，并采用手工機(jī)械方式清理水蝕缺陷； 3)宏觀檢查及無損探傷復(fù)檢，確認(rèn)待修復(fù)區(qū)域缺陷已完全消除； 4)在待修復(fù)區(qū)域制備V形坡口，坡口角度與葉片厚度有關(guān)，坡口制備原則是易于焊接操作，填充量少，對V形坡口及其周圍打磨干凈，露出金屬光澤，并用丙酮擦洗干凈； 5)采用氧-乙炔中性焰對V形坡口進(jìn)行焊前預(yù)熱；焊前預(yù)熱范圍為坡口兩側(cè)各50mm，預(yù)熱時(shí)火焰焰心距離工件12mm以上，均勻加熱，采用接觸式測溫儀監(jiān)控預(yù)熱溫度； 6)焊接時(shí)，將被焊葉片放置于水平位置，采用厚度為1～5mm的銅板作為襯底，與修復(fù)區(qū)域葉片背面貼緊固定； 7)焊接時(shí)采用多層多道堆焊修復(fù)，每道堆焊焊縫厚度為為0.1～0.7mm，寬度為2～4mm； 焊接材料選用與通流部件同質(zhì)的馬氏體焊材或鐵基奧氏體焊材、鎳基奧氏體焊材，焊絲直徑≤1.6mm；焊接設(shè)備高頻脈沖功能焊機(jī)； 8)焊后緩冷至100℃后立即進(jìn)行焊后熱處理或緩冷至室溫進(jìn)行超聲波去應(yīng)力消除焊縫殘余應(yīng)力； 焊接工藝參數(shù)及焊后熱處理工藝參數(shù)見表1。
表1汽輪機(jī)葉片修復(fù)推薦焊接材料、焊接工藝參數(shù)及熱處理參數(shù) 所說的焊后熱處理的時(shí)間為1～5小時(shí)，加熱寬度為焊縫每側(cè)30～60mm； 當(dāng)葉片堆焊修復(fù)長度≤300mm，寬度≤40mm時(shí)，采用氧-乙炔中性焰進(jìn)行焊后熱處理； 當(dāng)葉片堆焊修復(fù)區(qū)域＞300mm，寬度＞40mm時(shí)，采用葉片仿形熱處理設(shè)備進(jìn)行焊后熱處理； 當(dāng)葉片材質(zhì)為2Cr13焊接材料為ER347或ERNiCr-3時(shí)可采用超聲波去應(yīng)力設(shè)備消除焊縫殘余應(yīng)力，替代焊后熱處理； 葉片材質(zhì)為1Cr11MoV焊接材料為ER347時(shí)可采用超聲波去應(yīng)力設(shè)備消除焊縫殘余應(yīng)力，替代焊后熱處理。

9)依照型線樣板對修復(fù)區(qū)域的焊接部的葉片進(jìn)行型線修磨； 包括粗磨、細(xì)磨、精磨和拋光 粗磨采用角磨機(jī)對堆焊部位進(jìn)行粗磨，打磨焊縫余高，修磨出葉片大致型線； 細(xì)磨采用修磨工具，用旋轉(zhuǎn)挫細(xì)磨堆焊區(qū)域，使葉片型線接近與原始狀態(tài)； 精磨采用修磨工具，用細(xì)砂輪精磨堆焊區(qū)域，并不斷測量葉片型線進(jìn)行修正，直至完全恢復(fù)葉片型線； 拋光采用拋光頭對葉片修磨部位進(jìn)行拋光處理，消除葉片表面劃痕。
10)噴涂前對葉片靜頻率進(jìn)行測試，宏觀檢查葉片表面是否存在缺陷，清洗葉片表面，除去葉片表面污垢，并用高溫遮蔽膠帶對葉片不噴涂區(qū)域進(jìn)行遮蔽保護(hù)，采用超音速火焰噴涂制備防水蝕涂層，噴涂材料選用含質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％的Ni、5％Cr和75％碳化鉻構(gòu)成的NiCr金屬陶瓷粉末，粉末粒度為250～300目，噴涂方法選用超音速火焰噴涂設(shè)備配以超音速火焰噴槍，以超音速火焰噴涂工藝將NiCr金屬陶瓷粉末直接噴涂到汽輪機(jī)通流部件表面，涂層厚度為0.10～0.50mm； 噴涂過程為使用壓力式噴砂法，采用粒度為10～50目的優(yōu)質(zhì)棕剛玉砂，對葉片噴涂區(qū)域進(jìn)行粗糙、活化處理，使基體表面粗糙度達(dá)到Ra2～15um，徹底清除葉片表面氧化物、油脂、污物附著物，均勻粗糙活化； 使用噴槍將待噴涂葉片表面應(yīng)預(yù)熱至100～300℃，采用超音速火焰噴涂方法，在經(jīng)除油、除銹、噴砂活化處理后的葉片表面噴涂厚度為0.10～0.50mm的NiCr金屬陶瓷涂層；超音速火焰噴涂工藝參數(shù)為氧氣流量為5～30m3·h-1，丙烷流量為1000～3000L·h-1，氮?dú)饬髁繛?000～3000L·h-1，噴槍移動速度為200～600mm·s-1，噴涂距離為100～400mm；噴涂過程中應(yīng)對葉片噴涂部位，采用紅外線測溫儀進(jìn)行跟蹤測溫，記錄噴涂時(shí)實(shí)測溫度，保證葉片噴涂基體在噴涂過程中溫度為100～300℃；噴涂過程中應(yīng)維持噴涂工藝參數(shù)穩(wěn)定，控制每遍涂層厚度為0.02～0.04mm。
11)最后采用噴射霧化器在涂層外表面噴涂一層0.01～0.02mm的聚氨酯或丙烯酸基的高分子封孔劑對涂層進(jìn)行封閉處理。
涂層質(zhì)量檢測 1)對涂層進(jìn)行外觀檢查，涂層表面應(yīng)平整，色澤一致，不允許有起皮、鼓泡、脫落等缺陷，葉片無變形； 2)采用涂層測厚儀對涂層厚度進(jìn)行檢測，測得的涂層最小厚度不應(yīng)小于涂層設(shè)計(jì)厚度，涂層厚度均勻； 3)采用自振頻譜分析法對噴涂后葉片靜頻率進(jìn)行測量，噴涂前后葉片頻率應(yīng)基本無變化； 4)在現(xiàn)場環(huán)境下，制備超音速火焰噴涂掛片試樣，對涂層掛片試樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室檢測，檢測內(nèi)容包括熱震試驗(yàn)、顯微硬度試驗(yàn)、孔隙率測試、結(jié)合強(qiáng)度試驗(yàn)、磨粒磨損試驗(yàn)、沖蝕磨損試驗(yàn)等。涂層性能指標(biāo)為涂層厚度宜為0.10～0.50mm，涂層結(jié)合強(qiáng)度≥70MPa，涂層在600℃，80次熱震條件下，無裂紋、剝離或翹起，涂層顯微硬度HV0.3≥900，涂層孔隙率≤1％，涂層具有優(yōu)良的耐磨性能及抗沖蝕性能。
本發(fā)明提供了“手工氬弧焊堆焊修復(fù)技術(shù)”和“超音速火焰噴涂制備耐水蝕涂層技術(shù)”相結(jié)合的汽輪機(jī)通流部件水蝕損傷修復(fù)與防護(hù)工藝技術(shù)，能達(dá)到汽輪機(jī)通流部件型線修復(fù)和大面積防護(hù)的目的，修復(fù)與防護(hù)后汽輪機(jī)通流部件型線恢復(fù)良好、重量變化較小且分布均勻，不破壞汽輪機(jī)通流部件原有的振動特性、汽動特性和強(qiáng)度特性。制備的防水蝕涂層結(jié)合強(qiáng)度高，孔隙率低，硬度較基體提高顯著，涂層均勻致密，抗熱疲勞性能優(yōu)良，耐磨性能耐水蝕性能優(yōu)異，能大大延緩汽輪機(jī)通流部件服役壽命。本發(fā)明技術(shù)具有現(xiàn)場可操控性強(qiáng)、被修復(fù)工件變形小、耐水蝕性提高明顯、可靠性高等特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，可以現(xiàn)場解決和改善我國在役電站汽輪機(jī)通流部件普遍存在的水蝕問題，提高機(jī)組運(yùn)行安全性和效率，增加電廠經(jīng)濟(jì)效益。
本發(fā)明制備的耐水蝕涂層具有以下顯著特點(diǎn) 1、優(yōu)異的耐磨損性能 磨粒磨損性能試驗(yàn)采用的設(shè)備為根據(jù)美國ASTM-G65-71標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)組裝的橡膠輪磨粒磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行，試驗(yàn)選用參數(shù)如表2所示。磨粒磨損性能采用被測試樣磨損失重量進(jìn)行評價(jià)。在一定的試驗(yàn)條件下，磨損失重量越小，說明被測試樣耐磨粒磨損性能越好。試驗(yàn)采用三塊60×25mm試樣的平均值表征涂層的磨損失重。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。
表2磨粒磨損實(shí)驗(yàn)參數(shù) 表3磨粒磨損試驗(yàn)結(jié)果
優(yōu)異的耐沖蝕性能 試驗(yàn)中采用顆粒沖蝕磨損試驗(yàn)機(jī)，試驗(yàn)參數(shù)如表4所示。測試涂層的沖蝕磨損失重時(shí)，當(dāng)在穩(wěn)定沖蝕磨損階段，被測試樣的磨損失重與所用磨料的量成線性關(guān)系，因此，沖蝕磨損性能采用單位質(zhì)量磨料所對應(yīng)的被測試樣沖蝕磨損失重量進(jìn)行評價(jià)，在一定的試驗(yàn)條件下，失重量越小，說明被測涂層耐沖蝕磨損性能越好。試驗(yàn)采用三塊60×45mm試樣的平均值表征涂層的沖蝕磨損失重。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表5。
表4沖蝕磨損試驗(yàn)參數(shù) 表5沖蝕磨損試驗(yàn)結(jié)果

權(quán)利要求
1.汽輪機(jī)通流部件水蝕損傷修復(fù)與防護(hù)工藝，其特征在于包括以下步驟
1)修復(fù)前采用直讀式光譜儀現(xiàn)場鑒定通流部件材質(zhì)，對葉片靜頻率、修復(fù)區(qū)域型線進(jìn)行測試，按照測試數(shù)據(jù)，制作型線樣板；
2)采用宏觀檢查、磁粉探傷或滲透探傷，檢查葉片缺陷的分布狀況及尺寸，并清理水蝕缺陷；
3)宏觀檢查及無損探傷復(fù)檢，確認(rèn)待修復(fù)區(qū)域缺陷已完全消除；
4)在待修復(fù)區(qū)域制備V形坡口，對V形坡口及其周圍打磨干凈，露出金屬光澤，并用丙酮擦洗干凈；
5)采用氧-乙炔中性焰對V形坡口進(jìn)行焊前預(yù)熱；
6)焊接時(shí)，將被焊葉片放置于水平位置，采用厚度為1～5mm的銅板作為襯底，與修復(fù)區(qū)域葉片背面貼緊固定；
7)焊接時(shí)采用多層多道堆焊修復(fù)，每道堆焊焊縫厚度為為0.1～0.7mm，寬度為2～4mm；
8)焊后緩冷至100℃后立即進(jìn)行焊后熱處理或緩冷至室溫進(jìn)行超聲波去應(yīng)力消除焊縫殘余應(yīng)力；
9)依照型線樣板對修復(fù)區(qū)域的葉片進(jìn)行型線修磨；
10)采用超音速火焰噴涂制備防水蝕涂層，噴涂材料選用含質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％的Ni、5％Cr和75％碳化鉻構(gòu)成的NiCr金屬陶瓷粉末，粉末粒度為250～300目，選用超音速火焰噴涂設(shè)備，以超音速火焰噴涂工藝將NiCr金屬陶瓷粉末直接噴涂到汽輪機(jī)通流部件表面，涂層厚度為0.10～0.50mm；
11)最后采用噴射霧化器在涂層外表面噴涂一層0.01～0.02mm的聚氨酯或丙烯酸基的高分子封孔劑對涂層進(jìn)行封閉處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽輪機(jī)通流部件水蝕損傷修復(fù)與防護(hù)工藝，其特征在于所述的型線樣板采用柔性薄鐵皮制作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽輪機(jī)通流部件水蝕損傷修復(fù)與防護(hù)工藝，其特征在于所述的焊前預(yù)熱范圍為坡口兩側(cè)各50mm，預(yù)熱時(shí)火焰焰心距離工件12mm以上，均勻加熱，采用接觸式測溫儀監(jiān)控預(yù)熱溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽輪機(jī)通流部件水蝕損傷修復(fù)與防護(hù)工藝，其特征在于所述的多層多道堆焊修復(fù)采用手工鎢極氬弧焊堆焊修復(fù)；
焊接材料選用與通流部件同質(zhì)的馬氏體焊材或鐵基奧氏體焊材、鎳基奧氏體焊材，焊絲直徑≤1.6mm；焊接設(shè)備高頻脈沖功能焊機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽輪機(jī)通流部件水蝕損傷修復(fù)與防護(hù)工藝，其特征在于所述的步驟9)依照型線樣板對修復(fù)區(qū)域的焊接部的葉片進(jìn)行型線修磨，包括粗磨、細(xì)磨、精磨和拋光
1)粗磨采用角磨機(jī)對堆焊部位進(jìn)行粗磨，打磨焊縫余高，修磨出葉片大致型線；
2)細(xì)磨采用修磨工具，用旋轉(zhuǎn)挫細(xì)磨堆焊區(qū)域，使葉片型線接近與原始狀態(tài)；
3)精磨采用修磨工具，用細(xì)砂輪精磨堆焊區(qū)域，并不斷測量葉片型線進(jìn)行修正，直至完全恢復(fù)葉片型線；
4)拋光采用拋光頭對葉片修磨部位進(jìn)行拋光處理，消除葉片表面劃痕。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽輪機(jī)通流部件水蝕損傷修復(fù)與防護(hù)工藝，其特征在于所述的步驟8)采用焊后熱處理或超聲波去應(yīng)力消除焊縫殘余應(yīng)力分為以下情況
葉片材質(zhì)為2Cr13焊接材料為ER410時(shí)在690～720℃進(jìn)行焊后熱處理；焊接材料為ER347時(shí)在600～620℃進(jìn)行焊后熱處理或采用超聲波去應(yīng)力設(shè)備消除焊縫殘余應(yīng)力；焊接材料為ERNiCr-3時(shí)在670～690℃進(jìn)行焊后熱處理或采用超聲波去應(yīng)力設(shè)備消除焊縫殘余應(yīng)力；
葉片材質(zhì)為1Cr12Mo焊接材料為ER410NiMo或ER347時(shí)在700～720℃進(jìn)行焊后熱處理；
葉片材質(zhì)為1Cr11MoV焊接材料為ER410NiMo時(shí)在710～730℃進(jìn)行焊后熱處理；焊接材料為ER347時(shí)在680～700℃進(jìn)行焊后熱處理或采用超聲波去應(yīng)力設(shè)備消除焊縫殘余應(yīng)力；
葉片材質(zhì)為0Cr17Ni4Cu4Nb焊接材料為ER630時(shí)在590～610℃進(jìn)行焊后熱處理；
所說的焊后熱處理的時(shí)間為1～5小時(shí)，加熱寬度為焊縫每側(cè)30～60mm；
當(dāng)葉片堆焊修復(fù)長度≤300mm，寬度≤40mm時(shí)，采用氧-乙炔中性焰進(jìn)行焊后熱處理；
當(dāng)葉片堆焊修復(fù)區(qū)域＞300mm，寬度＞40mm時(shí)，采用葉片仿形熱處理設(shè)備進(jìn)行焊后熱處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽輪機(jī)通流部件水蝕損傷修復(fù)與防護(hù)工藝，其特征在于所述的噴涂前對葉片靜頻率進(jìn)行測試，宏觀檢查葉片表面是否存在缺陷，清洗葉片表面，除去葉片表面污垢，并用高溫遮蔽膠帶對葉片不噴涂區(qū)域進(jìn)行遮蔽保護(hù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽輪機(jī)通流部件水蝕損傷修復(fù)與防護(hù)工藝，其特征在于所述的超音速火焰噴涂制備防水蝕涂層包括以下步驟
1)使用壓力式噴砂法，采用粒度為10～50目的優(yōu)質(zhì)棕剛玉砂，對葉片噴涂區(qū)域進(jìn)行粗糙、活化處理，使基體表面粗糙度達(dá)到Ra2～15um，徹底清除葉片表面氧化物、油脂、污物附著物，均勻粗糙活化；
2)使用噴槍將待噴涂葉片表面應(yīng)預(yù)熱至100～300℃，采用超音速火焰噴涂方法，在經(jīng)除油、除銹、噴砂活化處理后的葉片表面噴涂厚度為0.10～0.50mm的NiCr金屬陶瓷涂層；超音速火焰噴涂工藝參數(shù)為氧氣流量為5～30m3·h-1，丙烷流量為1000～3000L·h-1，氮?dú)饬髁繛?000～3000L·h-1，噴槍移動速度為200～600mm·s-1，噴涂距離為100～400mm；噴涂過程中應(yīng)對葉片噴涂部位，采用紅外線測溫儀進(jìn)行跟蹤測溫，記錄噴涂時(shí)實(shí)測溫度，保證葉片噴涂基體在噴涂過程中溫度為100～300℃；噴涂過程中應(yīng)維持噴涂工藝參數(shù)穩(wěn)定，控制每遍涂層厚度為0.02～0.04mm。
全文摘要
汽輪機(jī)通流部件水蝕損傷修復(fù)與防護(hù)工藝，本發(fā)明針對汽輪機(jī)通流部件存在的水蝕損傷現(xiàn)象，采用手工鎢極氬弧焊仿形堆焊修復(fù)汽輪機(jī)通流部件型線，超音速火焰噴涂制備防水蝕涂層，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場汽輪機(jī)通流部件在線型線修復(fù)和大面積防護(hù)，延長汽輪機(jī)通流部件使用壽命的目的。本發(fā)明可在短時(shí)間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)大面積汽輪機(jī)通流部件的在線修復(fù)與防護(hù)，修復(fù)與防護(hù)后不改變汽輪機(jī)通流部件的振動特性、汽動特性、強(qiáng)度特性，具有現(xiàn)場可操控性強(qiáng)、被修復(fù)工件變形小、抗水蝕性能提高顯著等優(yōu)點(diǎn)，可以現(xiàn)場解決和改善在役電站汽輪機(jī)通流部件普遍存在的水蝕問題，提高機(jī)組運(yùn)行安全性和效率，增加電廠經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號B23K9/04GK101767261SQ20101001359
公開日2010年7月7日 申請日期2010年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月13日
發(fā)明者李太江, 范長信, 李巍, 劉福廣, 姚兵印, 王彩俠 申請人:西安熱工研究院有限公司