淺談火力發(fā)電廠300MW機(jī)組汽輪機(jī)隔板靜葉片裂紋的焊接修復(fù)

楊恩

（大唐國際發(fā)電股份有限公司張家口發(fā)電廠 河北張家口 075133）

1 案例介紹

某火力發(fā)電廠300MW機(jī)組在進(jìn)行檢修過程中，發(fā)現(xiàn)機(jī)組汽輪機(jī)隔板靜葉排氣邊出現(xiàn)了一條深度為4mm，長度為20mm，和葉片根部距離200mm的裂紋，該裂紋的出現(xiàn)已經(jīng)對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行造成了影響，為了保證機(jī)組的正常運(yùn)行，需要對(duì)該裂紋進(jìn)行處理。研究后決定在施工現(xiàn)場采取焊接的方式對(duì)汽輪機(jī)隔板靜葉片裂紋進(jìn)行修復(fù)。

2 靜葉片出現(xiàn)裂紋的原因

（1）因維護(hù)不合理，導(dǎo)致異物擊傷。在維護(hù)汽輪機(jī)組時(shí)，因?yàn)橐恍┻z留的硬質(zhì)異物隨蒸汽進(jìn)入到了汽輪通道，將葉片打傷。

（2）高溫疲勞過載。由于靜葉片材料工作的過程中所處的環(huán)境比較惡劣，需要同時(shí)承受振動(dòng)、蒸汽激振力、濕蒸汽水滴沖蝕、高溫等因素的影響。這些因素會(huì)導(dǎo)致葉片自身有一定的損傷或缺陷存在。根據(jù)葉片裂紋的具體形貌，判斷葉片可能是因外力撞擊后受溫度交變應(yīng)力的影響導(dǎo)致裂紋出現(xiàn)擴(kuò)展。

3 分析葉片的焊機(jī)性質(zhì)

靜葉片的主要材質(zhì)為1Crl3，屬于馬氏體不銹鋼，淬硬性比較高，熱影響區(qū)和焊縫焊接后的狀態(tài)組織為硬脆的馬氏體組織。會(huì)持續(xù)比較粗大的碳化物和鐵素體，冷卻速度過快，會(huì)在熱影響區(qū)出現(xiàn)硬化的情況，產(chǎn)生比較大的馬氏體，降低不銹鋼的韌性和塑性。馬氏體不銹鋼具有導(dǎo)入性差的缺點(diǎn)，再加上組織轉(zhuǎn)變過程中體積出現(xiàn)的變化，很有可能導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力過大，加劇冷裂傾向。所以，要控制熱輸入，防止出現(xiàn)冷裂紋。由于1Cr13不銹鋼中含有比較多的Cr，很容易提升淬硬性，熱影響區(qū)和焊縫屬于脆且硬的馬氏體，韌性不高，當(dāng)焊接接頭中焊縫中含有比較多的氫其或者焊接結(jié)構(gòu)剛度比較大時(shí)，溫度從高溫下降至120～150℃時(shí)，靜葉片極易出現(xiàn)冷裂紋。綜合分析后，選用馬氏體不銹鋼焊條進(jìn)行焊接施工。

4 靜葉片裂紋修復(fù)工藝

4.1 清除缺陷

使用角向磨光機(jī)對(duì)坡口進(jìn)行修理，然后進(jìn)行探傷檢查，保證裂紋全部被消除。挖除裂紋后，將坡口整理成V形，然后打磨干凈坡口兩側(cè)10mm的范圍，并利用丙酮對(duì)打磨好的位置進(jìn)行清洗，將油污去掉。施工過程中，要避免挖穿裂紋，根部預(yù)留2mm的間隙，確保根部可以焊透[1]。為了降低焊接變形以及焊接應(yīng)力，降低焊接填充金屬量，需要保證坡口可以圓滑的進(jìn)行過渡，坡口最后大小為30mm×10mm×7mm。打磨工作完成后，要使用專用的膠布對(duì)周圍的葉片以及葉片的位置進(jìn)行保護(hù)，避免出現(xiàn)碰傷的情況。

4.2 焊接施工方法

采用焊條電弧焊結(jié)的施工方法具有方便靈活、操作便利，焊接穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。所以，此次修復(fù)選用焊條電弧焊進(jìn)行焊接施工。

4.3 選擇焊接材料

為了確保修復(fù)靜葉片后可以具有良好的導(dǎo)熱性、高溫強(qiáng)度以及良好的熱膨脹性，按照葉片的材質(zhì)選擇不銹鋼焊條進(jìn)行焊接。本次施工使用G217焊條進(jìn)行施工?；瘜W(xué)成分如表1所示。

表1 G217焊條的化學(xué)組成成分（單位：%）

4.4 焊前預(yù)熱

當(dāng)在空氣中對(duì)1Cr13系列馬氏體不銹鋼進(jìn)行冷卻時(shí)，會(huì)產(chǎn)生比較大的淬硬傾向。所以，在對(duì)這種鋼進(jìn)行焊接時(shí)，要重點(diǎn)注意脆化和冷裂紋方面的問題。為了避免焊接過程中出現(xiàn)冷裂紋和淬硬組織，在焊接施工前，要對(duì)50mm范圍內(nèi)的施焊區(qū)域進(jìn)行預(yù)熱。預(yù)熱溫度要控制在馬氏體開始轉(zhuǎn)變的溫度以內(nèi)，一般為200～250℃以內(nèi)。進(jìn)行預(yù)熱時(shí)，選用氧乙炔火焰進(jìn)行加熱，火焰焰心和葉片表面要間隔10mm以上，并保證葉片各個(gè)位置溫度具有良好的均勻性。在低溫環(huán)境下加熱到180℃后，采用保溫棉進(jìn)行包扎，使其溫度降低到150℃。整個(gè)預(yù)熱過程中使用紅外測溫儀實(shí)時(shí)對(duì)預(yù)熱溫度進(jìn)行測量。

4.4.1 控制層間溫度

在進(jìn)行焊接修復(fù)時(shí)，層間溫度要控制在允許的最低預(yù)熱溫度值以上，并且不能大于制定工藝允許的層間溫度最大值。一般控制在150～200℃之間。當(dāng)預(yù)熱溫度小于預(yù)熱溫度規(guī)定的下限值時(shí)，不允許進(jìn)行焊接作業(yè)，再次進(jìn)行加熱使層間溫度達(dá)到要求后即可進(jìn)行焊接作業(yè)。當(dāng)層間溫度的最高值大于200℃時(shí)，要對(duì)其進(jìn)行冷卻，待溫度小于200℃以后才可以再次進(jìn)行焊接。

4.4.2 焊接修復(fù)施工

在施焊之前，要先使用丙酮對(duì)葉片坡口以及葉片四周的水分、油漬、灰塵、銹跡等雜質(zhì)進(jìn)行清理。進(jìn)行焊接時(shí)，使用SMAW焊接的方式進(jìn)行焊接，焊條直徑為2.5mm，使用多道多層焊接的方式進(jìn)行施工，焊道的寬度要控制在焊接材料直徑三倍以內(nèi)，焊層厚度要小于焊接材料的直徑。進(jìn)行焊接作業(yè)時(shí)，焊條擺動(dòng)幅度不宜過大，為了使焊渣和氣孔可以順利浮出，盡可能在焊道兩側(cè)停留時(shí)間長一些，收弧時(shí)要將弧坑填滿，防止出現(xiàn)弧坑裂紋[2]。為了避免出現(xiàn)熱裂紋，要使焊道保持凸起狀，每完成一道焊接作業(yè)，對(duì)焊層表面進(jìn)行檢查，對(duì)可能出現(xiàn)的氣孔、裂紋、凹陷、咬邊等缺陷要進(jìn)行清理，使用專門的工具清理焊道后，即可進(jìn)行下一道焊層的施工。進(jìn)行焊接時(shí)，焊接電流要控制在90～110A參數(shù)范圍中，焊接電壓要控制在23～28V之間.焊接要從葉片的底部向上使用金屬進(jìn)行填充，將焊接電流控制在80～100A，為了保證熔合效果，進(jìn)行焊接時(shí)，電弧盡可能對(duì)葉片兩側(cè)的隔板進(jìn)行灼燒。為了使焊絲可以將電弧擋住，降低電弧對(duì)不需要焊接部分造成的灼燒，在進(jìn)行送絲的過程中，要從距離隔板比較遠(yuǎn)的一方送絲。

4.5 焊接后熱處理

修復(fù)好補(bǔ)焊后，對(duì)葉片進(jìn)行加熱，溫度達(dá)到250℃后，使用保溫材料將葉片補(bǔ)焊區(qū)包裹好，降低冷卻速度。焊接工作完成后，熱處理工作要持續(xù)0.5h以上。對(duì)補(bǔ)焊接頭兩側(cè)50～100mm的范圍進(jìn)行加熱。

4.6 補(bǔ)焊工作完成后對(duì)焊縫進(jìn)行修磨

完成補(bǔ)焊和焊后熱處理工作后，使用氣動(dòng)打磨道具修磨靜葉焊縫。一方面可以保證焊縫更好的進(jìn)行過渡，防止應(yīng)力過于集中，將焊縫有可能出現(xiàn)的焊接缺陷打磨掉。另一方面可以使葉片可以保持未進(jìn)行焊接前的狀態(tài)，使其葉片的整體結(jié)構(gòu)保持原貌。

4.7 施焊完成后進(jìn)行檢查

使用角磨機(jī)磨平焊縫的余高，并進(jìn)行拋光處理，然后對(duì)焊接區(qū)使用滲透的方法進(jìn)行探傷檢查，保證焊縫不存在咬邊、未熔合、裂紋等問題。實(shí)踐證明，該修復(fù)方法是有效的，汽輪機(jī)隔板靜葉片經(jīng)過三年的運(yùn)行，沒有出現(xiàn)問題。此次修復(fù)達(dá)到了要求，質(zhì)量穩(wěn)定性高。

5 結(jié)束語

綜上所述，本文通過實(shí)際案例，對(duì)300MW機(jī)組汽輪隔板靜葉裂紋出現(xiàn)的原因進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)靜葉片出現(xiàn)裂紋主要是因?yàn)槌霈F(xiàn)的高溫應(yīng)力向兩側(cè)擴(kuò)展造成的。需要采用焊接的方法修復(fù)葉片，在施工現(xiàn)場進(jìn)行了預(yù)熱、裂紋挖除、焊后熱處理、補(bǔ)焊、焊后修磨等處理措施。經(jīng)過五天的焊接施工，徹底解決了隔板靜葉片裂紋問題，再次進(jìn)行檢測后沒有再發(fā)現(xiàn)缺陷，證明使用G217焊條對(duì)1Cr13汽輪機(jī)隔板靜葉片裂紋進(jìn)行焊接修補(bǔ)是行得通的。完工后對(duì)焊縫進(jìn)行無損檢測證明這種修復(fù)靜葉片的方法修復(fù)質(zhì)量良好，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。

[1]祝曉燕，王彥惠.汽輪機(jī)葉片疲勞壽命與故障診斷研究的發(fā)展及現(xiàn)狀[J].電力科學(xué)與工程，2000（02）：11～14.

[2]陳伯蠡.焊接工程缺欠分析與對(duì)策[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006：58～121.

[3]鄒增大.焊接材料、工藝及設(shè)備手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.