200 MW汽輪機高壓缸靜葉片損傷修復(fù)

楊利東

摘 要：寧夏電投西夏熱電有限公司#2汽輪機在A級檢修時發(fā)現(xiàn)高壓缸第4～9級隔板靜葉片存在不同程度的損傷。該文介紹了對于損傷葉片的處理方案和修理、焊補工藝。經(jīng)修復(fù)后的葉片達到了比較滿意的效果，#2汽輪機順利投入運行。證明了對于汽輪機靜葉片損傷，采用焊補修復(fù)的方法是可行的。

關(guān)鍵詞： 汽輪機 靜葉片 損傷 修復(fù)

中圖分類號：TM7 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）09（c）-0028-03

寧夏電投西夏熱電有限公司#2汽輪機由東方汽輪機廠設(shè)計制造。型號C200/140-12.75/0.245/535/535-1，單軸、三缸、雙排汽、抽汽、凝汽式供熱汽輪機。通流級數(shù)總共32級，高壓隔板靜葉材質(zhì)：1～5級為ZG1Cr11MoV，6～11級為1Cr13。該汽輪機于2008年12月投產(chǎn)。在2015年8月第一次進行A級檢修。揭開汽缸后檢查發(fā)現(xiàn)高壓隔板第4級到第9級靜葉片有多處損傷痕跡，且系異物碰撞造成的機械損傷。表現(xiàn)為葉片出口邊變形，部分出現(xiàn)裂縫，最長20 mm，另有部分出現(xiàn)裂口。以下是部分損傷葉片照片，見圖1。

1 處理方案

靜葉片損傷的危害分析。靜葉片發(fā)生變形后，會改變蒸汽流過噴嘴后的角度方向，變形大時通流面積受到影響，蒸汽流量下降。這兩方面都會降低汽機做功能力，使機組汽耗增加。汽流方向和流量改變，還會使轉(zhuǎn)子因受力不均勻而產(chǎn)生偏移，發(fā)生異常振動的可能性增大。另外，變形的葉片如果長期運行下去，在變形嚴重位置會被汽流沖蝕，逐漸出現(xiàn)缺口。有裂紋或裂口的葉片，如不進行有效處理，那么在汽流沖刷下，裂紋或裂口邊緣金屬會脫落，這類葉片除了影響汽輪機經(jīng)濟性外，還存在一定安全隱患。

對于上述高壓缸靜葉片損傷的處理，保守的方法是：將裂紋和裂口打磨掉，保證打磨掉的部分邊緣光滑過渡即可，不再進行填補。這種處理方法消除了開裂部位金屬脫落的風(fēng)險，但卻降低了機組的性能。與當前大力提倡節(jié)能、提倡精細化管理的形勢和理念相悖。所以，應(yīng)對這些缺陷進行積極有效地處理。處理方案為：對于變形葉片，采用加熱后校型的方法處理，校型后做滲透探傷，如有裂紋，待后續(xù)處理；對于有裂紋和裂口的葉片，用電動打磨機把裂紋兩側(cè)金屬全部剔除，再把剔除掉的部分焊補完整，然后修理焊補位置的形狀與原葉型一致。

2 焊補方案分析

#2汽輪機4級、5級高壓隔板靜葉片材質(zhì)為ZG1Cr11MoV，6級到9級高壓隔板靜葉片材質(zhì)為1Cr13。1Cr11MoV和1Cr13屬馬氏體耐熱不銹鋼，有較高的硬度、韌性、較好的耐腐蝕性、熱強性和冷變形性能，有大的脆硬傾向。馬氏體耐熱不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)小，易過熱，具有較大的晶粒長大傾向。冷卻速度較慢時，焊接熱影響區(qū)會產(chǎn)生粗大的鐵素體和碳化物。冷卻速度較快時，焊接熱影響區(qū)會產(chǎn)生硬化現(xiàn)象，形成粗大的馬氏體，這些粗大的組織會使金屬塑性和韌性降低而脆化。馬氏體不銹鋼還具有一定的回火脆性。當焊接部位剛性大或含氫量高時，在焊接應(yīng)力的作用下，特別由高溫直接冷卻至120℃～100℃時，很容易在產(chǎn)生冷裂紋，甚至還會產(chǎn)生最危險的氫致延遲裂紋。

在焊接過程中處理不當也會造成焊接裂紋。如果輸入熱量控制不好會造成葉片退火從而使葉片失效。裂紋在葉片的進汽側(cè)拘束較大，焊接過程是在拘束條件下進行，大的熱量輸入必然導(dǎo)致較大的拘束應(yīng)力，而使焊縫開裂。

為了避免焊縫和熱影響區(qū)的冷裂紋及改善焊接接頭的力學(xué)性能，應(yīng)該采取焊前預(yù)熱、焊后加熱的熱處理措施。焊接過程控制好熱量輸入，防止所焊接的葉片過熱、退火、變形及開裂、出現(xiàn)氣孔。焊后不要直接回火處理，因為焊接過程奧氏體沒有完全轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，如果立即高溫回火，會出現(xiàn)碳化物沿奧氏體晶界沉淀和奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象，產(chǎn)生晶粒粗大的組織，嚴重降低金屬韌性。

基于以上分析，焊接過程要短弧、低熱能輸入但又保證葉片熔透，因此選用手工鎢極氬弧焊。還因為馬氏體不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)小、熱膨脹系數(shù)大，熱量的積聚會使葉片過熱，易造成熱應(yīng)力集中，所以焊接過程要加強葉片的散熱?？珊附雍屠鋮s交替進行。

在焊絲的選擇上，考慮到焊后的葉片必須保持一定的耐汽蝕性，因此要選擇與葉片材質(zhì)相近或更優(yōu)的焊絲。4級、5級隔板靜葉片本身Mo和V的含量較高，可選用GH533焊絲（鎳基合金焊絲），它具有很好的抗氧化性、塑性、抗沖擊性和焊接性，它同樣可以用于6～9級隔板靜葉片的焊接。

3 靜葉片修復(fù)工藝

3.1 準備

焊絲GH533，φ1.6 mm；著色滲透探傷劑；氬氣；氧氣；乙炔；銅墊板。

3.2 變形葉片校型

（1）使用氧氣-乙炔火焰加熱待校形區(qū)域，溫度<500℃，保溫10 min。然后在待校形部位下部墊銅墊板，用銅錘敲打或自制撬棍使葉片形狀恢復(fù)。敲打時要注意保證汽道出口側(cè)尺寸。

（2）鉗工拋磨：待所有校形部位均經(jīng)過校形且檢驗汽道側(cè)尺寸合格后，鉗工拋磨，去掉表面氧化皮。

（3）對所有導(dǎo)葉進行著色探傷，標準：JB/T4730.5-2005，標記出有裂紋、開口、穿孔缺陷處；

（4）用旋轉(zhuǎn)銼剔除缺陷部位，見金屬本色，并形成利于焊接的坡口；

（5）再次進行滲透檢查，確認缺陷消凈。待焊補處理。

3.3 焊補

在把所有有裂紋、開口、穿孔的葉片缺陷部位打磨干凈后，即可進行焊補作業(yè)了。

（1）用丙酮清洗待焊處及周圍金屬表面，要求表面不能有油污、鐵銹、水分等。

（2）根據(jù)靜葉內(nèi)弧型線預(yù)制紫銅墊板。將墊板放置在補焊部位下方，墊板與葉片間隙不超過0.5 mm。

（3）將待焊葉片兩邊塞滿保溫材料。

（4）因為現(xiàn)場客觀條件限制，使用電加熱進行熱處理困難，因此使用氧氣-乙炔中號烤把烘烤待焊葉片，進行預(yù)熱，使用測溫儀進行測量。預(yù)熱溫度在150℃～200℃。

（5）開始焊接。焊接時在紫銅板上引弧及熄弧。保證焊縫成形情況下焊接電流盡可能小（焊接電流80～100 A）。氬氣流量：8～15 L/min，層溫≤60℃。首先用小電流在缺口首尾及中間點焊數(shù)點，相鄰兩點間距不超過5 mm，依次連接相鄰兩點形成第一道焊縫。注意缺口方位不同時焊槍角度需不斷變化，電弧吹力將融化金屬向葉片鋪開，避免融合線太薄收縮撕裂葉片。熄弧后要使用氬氣對焊縫保護2 min。

（6）焊接完畢后，空氣自然冷卻，到100℃～150℃后，使用氧氣-乙炔中號烤把對焊縫進行回火處理，回火溫度在650℃～750℃。然后使用保溫材料對焊縫進行保溫，保溫1h后，空氣自然冷卻。

3.4 焊后修磨

表面高出葉片部份會影響氣流流向，需要修磨。用小型砂輪修磨，使上表面光滑平整，外型盡量同原葉型一致。注意修磨時壓力太大會引起表面高溫氧化或葉片變形。

3.5 焊后檢查

靜置24 h后，對補焊區(qū)域及其附近50 mm范圍內(nèi)進行著色檢驗，標準按JB/T4730.5-2005。無裂紋為合格，有裂紋的要重新打磨、焊補。

4 結(jié)語

該次對#2汽輪機高壓缸第4～9級隔板靜葉片所有變形部位進行了校正，對所有著色探傷發(fā)現(xiàn)的缺陷進行了打磨和焊補處理，共焊補44處，最后檢測全部合格。修理后的隔板靜葉片，線型接近原葉片，焊接合格，獲得了制造廠技術(shù)人員的肯定。#2汽輪機順利投入運行。此次高壓缸隔板靜葉片的成功修復(fù)，大大提高了設(shè)備使用壽命，同時為企業(yè)的安全、經(jīng)濟生產(chǎn)發(fā)揮著重要作用。

參考文獻

[1] 中國機械工程學(xué)會焊接學(xué)會編著.焊接手冊（第2卷）材料的焊接[M].第3版，修訂本.北京：機械工業(yè)出版社，2014.

[2] 鄒增大.焊接材料、工藝及設(shè)備手冊[M].第二版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.