汽輪機(jī)葉片鉚釘頭沖刷堆焊修復(fù)工藝

河北馬頭發(fā)電有限責(zé)任公司 （邯鄲 056044） 張 輪

河北電力石家莊焊接培訓(xùn)中心 （石家莊 050031） 王寶才

1.概述

某發(fā)電廠6號(hào)機(jī)是原蘇聯(lián)列寧格勒金屬工廠制造的K—200—130—3型一次中間再熱單軸三缸雙排汽口凝汽式汽輪機(jī)，于1979年12月26日投產(chǎn)，大修時(shí)揭缸后檢查發(fā)現(xiàn)，13級(jí)葉片鉚釘頭旋轉(zhuǎn)方向迎汽側(cè)140片葉片鉚釘頭被沖刷掉3/4，深度約2mm，局部略低于圍帶。

原因分析：雖然13級(jí)為中壓缸首級(jí)，在過(guò)熱蒸汽區(qū)，但因葉頂漏氣，在經(jīng)過(guò)第一道阻汽齒擴(kuò)容降壓后形成較強(qiáng)的擾動(dòng)，且在等熵?cái)U(kuò)壓后蒸汽濕度加大，導(dǎo)致位于兩道阻汽齒之間的鉚釘頭在旋轉(zhuǎn)力的作用下被沖刷，屬于正?，F(xiàn)象。經(jīng)討論分析，認(rèn)為情況較為嚴(yán)重，不修復(fù)會(huì)影響圍帶的連接強(qiáng)度，有造成圍帶在高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用下甩出的危險(xiǎn)，因此計(jì)劃對(duì)鉚釘頭進(jìn)行補(bǔ)焊修復(fù)。

13級(jí)葉片鉚釘頭材質(zhì)為15Cr11MoV鋼，復(fù)環(huán)材質(zhì)與葉片鉚釘頭材質(zhì)相同，為保證機(jī)組檢修后軸系部件的安全運(yùn)行，經(jīng)研究決定將沖刷的140片葉片鉚釘頭全部進(jìn)行補(bǔ)焊修復(fù)。

2.15Cr11MoV鋼葉片的焊接性分析

15Cr11MoV鋼系馬氏體耐熱不銹鋼，具有較好的組織穩(wěn)定性、熱強(qiáng)性、減震性及工藝性能，線膨脹系數(shù)小，是一種良好的葉片材料。

（1）母材的化學(xué)成分 13級(jí)葉片材質(zhì)為15Cr11MoV鋼，其化學(xué)成分如附表所示。

（2）15Cr11MoV鋼的焊接性分析 主要問(wèn)題是接頭的冷裂紋和脆性，淬硬性是產(chǎn)生冷裂紋的根本原因之一，加之馬氏體導(dǎo)熱性差，焊接殘余應(yīng)力大，如再有氫的作用，冷裂紋傾向就很明顯，就材質(zhì)而言是有冷裂紋傾向的，實(shí)際上是否產(chǎn)生冷裂紋卻取決于具體的焊接條件；馬氏體鋼也有較大的晶粒粗化傾向，特別是多數(shù)馬氏體鋼的成分特點(diǎn)，使其組織往往處于馬氏體-鐵素體的邊界上，在冷卻速度較小時(shí)，近縫區(qū)就會(huì)出現(xiàn)粗大的鐵素體和碳化物組織，塑性顯著下降。若冷卻速度大時(shí)，由于產(chǎn)生粗大的馬氏體組織，故使塑韌性下降。另外，馬氏體鋼一般有回火脆性，在焊接前后的熱處理過(guò)程中，對(duì)此更應(yīng)加以注意。

15Cr11MoV鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

3.焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)

（1）試驗(yàn)材料的選擇 根據(jù)13級(jí)葉片材質(zhì)情況，找與葉片材質(zhì)相同的材料很困難，因此用材質(zhì)與葉片材料相近的材質(zhì)1Cr13葉片來(lái)代替。

（2）焊接方法 由于鉚釘頭補(bǔ)焊量小，而且要保證鉚釘頭與復(fù)環(huán)不能焊接在一起，因此選用鎢極氬弧焊。

（3）焊接材料 我廠目前沒(méi)有與鉚釘頭材質(zhì)相匹配的焊絲，而鉚釘頭的補(bǔ)焊又只是頭部2mm厚度的范圍內(nèi)，因此選用鉻元素含量與鉚釘頭材質(zhì)相近的H1Cr13氬弧焊焊絲，φ1.0～φ1.2mm。

（4）焊機(jī) 選用直流焊機(jī)，采用直流正接。

（5）金相檢測(cè) 母材組織為回火索氏體，如圖1所示；焊縫組織為柱狀晶的回火索氏體，如圖2所示；熔合區(qū)組織：左側(cè)為過(guò)熱區(qū)，右側(cè)為焊縫，如圖3所示；過(guò)熱區(qū)組織為回火索氏體，如圖4所示。

圖1 母材組織500 ×

圖2 焊縫組織500×

圖3 熔合區(qū)組織200×

圖4 過(guò)熱區(qū)組織200×

（7）焊縫硬度檢測(cè) 葉片上原鉚釘頭硬度為232～235HBW，新補(bǔ)焊的焊縫硬度為210～235HBW，母材硬度為238 HBW。

（8）焊縫表面無(wú)損檢測(cè) 從以上焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)結(jié)果可以看出，該工藝所焊的試樣經(jīng)金相、硬度和著色無(wú)損檢測(cè)，均合格，表明該工藝可行。

4.焊接修復(fù)工藝

（1）鉚釘頭堆焊前的清理 ①堆焊前鉚釘頭表面磨擦面要清理干凈，摩擦附著層要打磨掉，并測(cè)量復(fù)環(huán)厚度。②將打磨后的葉片鉚釘頭表面用放大鏡宏觀檢查是否有缺陷。③實(shí)際施焊之前，焊工、加熱回火人員應(yīng)進(jìn)行焊前練習(xí)，在材質(zhì)為1Cr13鋼的葉片上鉆一些深3mm、φ12mm盲孔，焊工練習(xí)時(shí)應(yīng)在盲孔上堆焊，孔既要焊滿又不能和孔壁焊在一起，目的是保證現(xiàn)場(chǎng)焊接時(shí)不將鉚釘頭和圍帶焊在一起，以保證堆焊后機(jī)組的安全運(yùn)行。練習(xí)合格后，方可施焊。④正式捻鉚施工前，需在堆焊試樣上進(jìn)行試捻鉚。捻鉚后宏觀檢查應(yīng)無(wú)表面裂紋缺陷，試鉚合格后，方可進(jìn)行鉚釘頭現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際鉚接。

（2）堆焊工藝 ①焊接方法選用全氬弧焊接。②焊接電源選用逆變焊機(jī)，用直流正接。③焊接電流選用40～50A，在保證焊接的情況下盡可能選用較小的電流。焊接工件接線應(yīng)在本級(jí)葉輪上，連接需良好，嚴(yán)禁接線不良而打火。④焊接前用丙酮對(duì)鉚釘頭進(jìn)行清洗。⑤預(yù)熱采用火焰加熱的方法，預(yù)熱溫度250～300℃，預(yù)熱采用小號(hào)火焊把低火焰對(duì)葉片鉚釘頭部進(jìn)行緩慢加熱，加熱時(shí)采用遠(yuǎn)紅外測(cè)溫儀進(jìn)行測(cè)溫。⑥焊絲在使用前將焊絲表面的油、銹清理干凈，在鉚釘頭一側(cè)放置一塊與鉚釘頭材質(zhì)相同的引弧板，其高度與鉚釘頭相平齊。⑦在引弧板上引弧。為保證堆焊成形好，堆焊時(shí)采用短弧焊，周向運(yùn)弧，焊接電弧應(yīng)穩(wěn)定，控制堆焊層形狀，收弧時(shí)電弧逐漸移到引弧板熄弧，堆焊厚度為2mm左右，堆焊金屬與母材應(yīng)圓滑，堆焊過(guò)程分為多層焊接，層與層之間溫度控制在200℃左右，焊接時(shí)盡可能不與復(fù)環(huán)焊在一起。⑧鉚釘頭堆焊完畢后用石棉保溫緩冷到室溫。

（3）焊后熱處理 ①堆焊完鉚釘頭用石棉保溫緩冷到室溫后，進(jìn)行焊后回火熱處理，回火采用小號(hào)火焊把火焰加熱，小的熱能率，中性火焰加熱，加熱范圍包括焊縫和焊縫的熱影響區(qū)。②回火溫度為700～720℃，恒溫5min后空冷。加熱時(shí)升溫速度要緩慢，回火最高加熱溫度應(yīng)嚴(yán)格控制，嚴(yán)禁超溫。

（4）質(zhì)量檢查 ①堆焊鉚釘頭修復(fù)后進(jìn)行焊縫表面硬度檢查，硬度合格。②堆焊完成后，將鉚釘頭堆焊層表面用砂紙打磨呈現(xiàn)金屬光澤，對(duì)堆焊鉚釘頭表面進(jìn)行著色無(wú)損檢測(cè)，合格。

5.鉚釘頭補(bǔ)焊后捻鉚工藝

（1）捻鉚前將熱處理完畢的鉚頭加熱至700～720℃，使用紅外線測(cè)溫儀測(cè)溫。

（2）加熱至溫度范圍后立即用1.5磅（0.68kg）重的手錘進(jìn)行捻鉚。

（3）每個(gè)鉚釘頭捻鉚時(shí)首先捻鉚軸向兩面，然后再鉚切向兩面。

（4）每一組應(yīng)首先捻鉚兩端葉片，然后由中間向兩端鉚。以保證鉚接時(shí)圍帶可自由延伸。

（5）每個(gè)面的鉚接錘擊次數(shù)不宜過(guò)多，以免冷作硬化。每面一般不要超過(guò)2～3錘。

（6）捻鉚后的鉚頭，應(yīng)能把圍帶裝鉚釘頭的孔覆蓋住，鉚頭表面至圍帶表面平滑過(guò)渡。

（7）捻鉚完畢用放大鏡宏觀檢查，無(wú)裂紋。有裂紋時(shí)應(yīng)磨除裂紋重新補(bǔ)焊。

6.結(jié)語(yǔ)

通過(guò)工藝評(píng)定試驗(yàn)所確定的堆焊鉚釘頭焊接工藝可行。該工作的圓滿完成，為汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子葉片鉚釘頭運(yùn)行后沖刷補(bǔ)焊提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

實(shí)踐證明，鉚釘頭鉚接工藝選擇合理，鉚接后未發(fā)現(xiàn)表面裂紋，鉚接接頭合格。