百萬核電末級動葉片釬焊國產(chǎn)化技術(shù)研究

段中旭， 韓志雙

（哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，哈爾濱 150046）

0 引 言

百萬核電機組低壓末級動葉片在國產(chǎn)化制造中需要解決司太立合金片釬焊技術(shù)。公司現(xiàn)有高頻釬焊技術(shù)進行末級葉片司太立高頻釬焊，釬焊后著色探傷釬縫表面存在點狀缺陷超標問題。另外由于百萬核電低壓末級動葉片要釬焊的合金片長度600 mm,遠超出以往機組合金片長度；而且葉片的型線存在較大角度的彎扭。要實現(xiàn)釬焊和確保質(zhì)量會有很大的難度。合金片的形式與以往也不同，不再是以往的平直片加彎邊，以往平直部位現(xiàn)在變成帶有R的弧度，合金片的制作及成型都需要重新考慮。另外釬焊合金片槽的加工，裝配間隙質(zhì)量都需要保證滿足圖樣及日本三菱標準要求，才能保證釬焊質(zhì)量。因合金片長度為600 mm，需解決在長度600 mm方向上的溫度均勻性問題。因1375 mm葉片剛性很差，在釬焊過程中存在變形，為提高葉片的質(zhì)量降低葉片的校型量，需對葉片釬焊變形進行嚴格的控制。

針對上述問題，本文通過對國內(nèi)司太立焊接技術(shù)的研究[1-2]，通過加強工藝質(zhì)量改進、嚴格清理、加強裝配、釬焊輔助工裝制作等過程控制，通過改進釬焊工藝方法，嚴格溫度控制，采用自動釬焊技術(shù)等工藝手段，確保釬焊質(zhì)量，制造出滿足標準要求的合格低壓末級動葉片。

1 目的及意義

目前，我公司已經(jīng)出產(chǎn)的百萬核電機組，低壓末級葉片為三菱提供的成品葉片，已經(jīng)釬焊了合金片。通過對三菱提供葉片進行無損檢測，發(fā)現(xiàn)釬焊后的釬縫表面幾乎沒有任何缺陷。

本研究的目的在于通過提高加工質(zhì)量，保證裝配間隙，確保合金片與葉片合金片槽的貼合，并通過工藝試驗確保釬焊出合格的百萬核電機組低壓末級動葉片。通過高頻釬焊工藝試驗、改進工藝，嚴格過程控制，采用自動釬焊技術(shù)等工藝手段，確保釬焊質(zhì)量，確保制造出滿足標準要求的合格低壓末級動葉片。

2 試驗過程

2.1 工藝試驗情況

1）對核電機組的1375 mm葉片進行釬焊工藝試驗（共4只葉片），因原葉片已經(jīng)進行過釬焊，所以變形量較大，通過壓力矯形方式對葉片型線進行恢復[3]。精修合金槽，手工扭曲合金片進行貼合配合，用塞尺對配合間隙進行測量，間隙約為0.1～0.2 mm。釬焊過程嚴格按企業(yè)標準《低壓動葉司太立防蝕片高頻釬焊工藝守則》執(zhí)行，避免超溫。釬焊過程中釬劑排氣均勻，釬料流動均勻。因葉冠位置受空間的限制不能放置壓腳，所以釬焊到高溫時手工用鉗子夾緊合金片與葉片，以達到更好釬焊接頭的目的。釬焊完成后用手工火焰釬焊對接頭不飽滿的位置進行填充，填充位置主要是葉冠位置。釬焊后拋光進行射線及著色探傷，1、2號葉片一次RT和PT探傷合格，3號葉片經(jīng)過消缺后RT及PT探傷合格[4]，4號葉片經(jīng)過重新釬焊RT及PT探傷合格。4只葉片RT探傷結(jié)合面積在90以上，每只葉片PT檢查有4～8個點狀缺陷，無線狀顯示缺陷。

2）進行了4只1375 mm葉片的釬焊工藝試驗。因機加工藝的改變，所以在葉冠未進行精加工的情況下進行釬焊司太立合金片（見圖1），由于葉冠位置余量較大，熱傳導較快，公司現(xiàn)有的感應(yīng)加熱設(shè)備功率為25 kW，加熱時不能一次完成釬焊過程。針對此種情況，采用分段釬焊的方式進行釬焊，首先釬焊葉冠位置250 mm長度的合金片，再更換感應(yīng)線圈釬焊余下長度的司太立合金片，經(jīng)過試驗，4只葉片RT（圖2）、PT、VT檢驗合格。

圖1 分段焊接葉片（葉冠位置未進行加工）

圖2 RT探傷底片

3）采用新感應(yīng)釬焊設(shè)備進行工藝試驗。設(shè)備為EFD的2540，采用溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)[5]自動方式進行釬焊。共進行了10只葉片的釬焊試驗，釬焊過程中使用設(shè)定的工藝曲線進行加熱，所有葉片釬料的流動性一致。通過幾組工藝曲線最終確定工藝加熱曲線，同時設(shè)計制作防葉片變形的釬焊工裝（葉冠支撐工裝、葉身支撐工裝、近葉根壓緊支撐工裝、葉身支撐工裝），經(jīng)過對其中6只葉片的變形測量，變形量為3 mm以內(nèi)，在重新制作更換了葉冠支撐工裝，釬焊了兩只葉片，變形量測量后變形為1.5～2 mm，且頂針孔位置無偏離。

2.2 釬焊質(zhì)量提高試驗

對葉片制造部門的末級葉片防蝕片釬焊進行了跟蹤，跟蹤包括釬焊前合金槽的加工狀態(tài)、防蝕片的釬焊過程、釬焊后質(zhì)量檢查等幾個方面，經(jīng)過跟蹤發(fā)現(xiàn)，公司目前釬焊合格率比較低的為650 MW核電末級葉片、680 mm葉片。通過跟蹤整個的釬焊過程發(fā)現(xiàn)，影響釬焊質(zhì)量的因素有以下幾點：

1）合金槽的尺寸。其中圖3的幾個數(shù)值為控制合金槽尺寸的關(guān)鍵點，尤其R的尺寸與設(shè)計要求是否一致對合金片與合金槽的配合起到了非常關(guān)鍵的作用，h尺寸、合金槽的漏光度也直徑影響到合金片與合金槽的配合間隙。

圖3 合金槽尺寸關(guān)鍵點

釬焊理論上對于接頭的配合間隙要求為0.05～0.127mm，通過試驗針對葉片的這種釬焊結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，接頭間隙控制在0.2 mm以內(nèi)就可以取得很好的釬焊質(zhì)量?；阝F焊對接頭裝配間隙的要求，同葉片分廠一起針對合金槽的加工方案進行改進，同時改變合金槽的加工設(shè)備，采用精密度更高的五軸數(shù)控機床加工合金槽。通過程序的改進及設(shè)備的改變，合金槽加工質(zhì)量得到了明顯的提高，在釬焊過程中合金槽不需要進行任何的手工干涉，只進行去除氧化膜的拋修工作，就可以保證達到圖樣的要求。

2）合金片與合金槽的配合間隙?；阝F焊對于接頭間隙的特殊要求，那么合金片與合金槽的配合間隙直接影響到釬焊接頭的質(zhì)量，通過程序、設(shè)備的改變已經(jīng)提高了合金槽的加工質(zhì)量，只需對合金片進行精密配準就可以保證合金片與合金槽的間隙。

3）釬劑在釬焊高溫過程中的保護程度。在對650 MW核電末級葉片釬焊過程中發(fā)現(xiàn)，有些釬劑在釬焊高溫過程中失去母材的保護，以至于在釬焊過程中形成了新的氧化膜，影響了釬焊質(zhì)量，針對這種情況采取了不同釬劑進行了試驗，發(fā)現(xiàn)國外某一品牌的釬劑在高溫狀態(tài)時對母材保護良好，能很好地控制母材的氧化，提高釬焊質(zhì)量。

4）溫度控制。釬焊過程中溫度對釬焊質(zhì)量及葉片質(zhì)量都會有重要的影響，釬焊溫度達不到焊料的流動溫度，不能形成優(yōu)良的釬焊接頭，如果溫度過高，破壞釬焊接頭的同時也會對母材產(chǎn)生嚴重的影響。1375 mm葉片采用新設(shè)備閉環(huán)控制系統(tǒng)進行釬焊，溫度曲線（見圖4）輸入到設(shè)備中，所以葉片都采用同一曲線進行加熱，充分保證了葉片加熱溫度的一致性，更好地控制溫度對釬焊質(zhì)量的影響。

基于以上4個對釬焊質(zhì)量影響因素，通過對16只650 MW核電末級葉片進行了為期5天的釬焊研究。分別對合金槽尺寸進行控制、對合金片與合金槽裝配間隙進行控制、對釬劑在高溫狀態(tài)的母材保護進行控制、對釬焊溫度進行控制。釬焊完成后對16只葉片按照企業(yè)標準《低壓動葉片司太立防蝕片釬焊X光射線探傷檢查方法及評定標準》標準進行RT探傷，12只葉片全部合格，一次釬焊合格率達到75%。

圖4 釬焊溫度控制曲線

在合金槽加工過程中增加合金槽三個釬焊關(guān)鍵尺寸的檢查：R角尺寸、合金槽深度h、合金槽寬度b，并進行記錄。通過3個尺寸的控制能保證合金槽的加工質(zhì)量，以提高合金片與合金槽的貼合精度。

2.3 釬焊工裝壓腳改進

通過試驗驗證工裝壓腳的改進方案（見圖5），由原來只在一面進行施壓的方式改變?yōu)閮蓚?cè)施壓方式進行壓緊，且采取分壓的方式進行加壓，正面壓力與側(cè)面壓力分開進行，采用不同的壓力值。

圖5 工裝壓腳改進

3 試驗分析

經(jīng)過工藝試驗及工藝評定的RT及PT結(jié)果，直接影響釬焊質(zhì)量有以下幾個因素：合金槽的加工尺寸、合金片與合金槽的裝配間隙、釬焊過程中的溫度控制。通過對以上幾個影響釬焊質(zhì)量的重要因素進行控制，以保證百萬核電末級葉片釬焊的接頭質(zhì)量。

4 結(jié) 論

經(jīng)過大量相關(guān)的工藝試驗、對試驗件的解剖和探傷結(jié)果分析，通過控制改進影響釬焊質(zhì)量幾個大的重要因素，可以很好地提高釬焊質(zhì)量。經(jīng)過幾組百萬核電末級葉片的釬焊工藝試驗、RT、PT的分析，我們已編制優(yōu)化后的釬焊典型工藝，固化為企業(yè)標準《百萬核電末級葉片的釬焊工藝規(guī)范》，公司已經(jīng)實現(xiàn)了1375 mm葉片司太立合金片的自動釬焊，在變形控制方面也取得了突破，釬焊葉片變形量控制為1.5～2 mm，充分滿足了用戶要求，達到并超過了日本三菱標準的要求，處于國際釬焊領(lǐng)先水平，并已經(jīng)批產(chǎn)，取得良好的經(jīng)濟效益。

[1] 申慧杰,孫建中,劉寶貴.汽輪機末級葉片司太立合金焊接技術(shù)研究[J].東方電氣評論,1995(4):228-234.

[2] 劉傳波,馬曉梅,李全華,等.汽輪機葉片司太立合金高頻釬焊工藝[J].焊接,2002(8):46-47.

[3] 吉麗華.汽輪機末級動葉片焊后熱矯形初探[J].東方汽輪機,1996(1):36-41.

[4] 劉響亮,潘永,張輝.汽輪機末級葉片釬焊司太立合金焊縫缺陷分析及修復[C]//中國電機工程學會金屬材料專委會學術(shù)年會.2015.

[5] 趙琦,許景波.葉片焊點溫度場測量控制系統(tǒng)[J].中國計量,2015(1):98-99.