论文部分内容阅读
摘 要：针对300MW汽轮机末级叶片焊接修复工艺进行论述。
关键词：汽轮机末级叶片；焊接；修复工艺
针对#8汽轮机末级低压缸2Cr13钢叶片出现的大量缺扣，通过叶片裂纹补焊修复资料及焊接规程规定。确定采用镍基焊接材料的TIG焊接工艺，司太立合金片采用银钎焊工艺对#8机末级叶片进行焊接修复。
修复工艺：
1 汽轮机叶片为高速转动部件，对汽轮机乃至整套机组发电起决定性作用，叶片出现缺口会给机组的运行安全性造成很大威胁
1.1 叶片缺口修复焊接性能分析
1.2 2Cr13属典型的简单成分马氏体不锈耐热钢，其化学成分及常温力学性能。
1.3 2Cr13钢碳含量较高，合金含量高，在焊接时易产生淬硬的马氏体组织。该钢强度较高而塑韧性偏低，因此焊接时产生冷裂纹的可能性很大；同时该钢的成分特点使其焊缝组织往往处在马氏体-铁素体之间，会产生粗大的马氏体组织，会降低接头的塑性和韧性。
1.4 经补焊后的2Cr13钢叶片，其性能受到工况的不利影响后，增大了焊接的难度。为了防止2Cr13钢叶片补焊时产生冷裂纹，保证接头性能，则应进行必要的焊前预热，并采用热量集中的焊接方法，以控制焊接线能量和冷却速度。
2 叶片缺口修复工艺方案可行性分析
2.1 选用镍基焊接材料：NiCrFe-3焊丝熔敷金属化学成分及常温力学性能接近。
2.2 ERNiCrFe-3焊丝化学成分中Cr的含量与2Cr13钢相近；焊缝金属中59%的Ni含量不仅使其塑性提高，同时还降低了裂纹的可能性，改善了焊接性能；镍基焊材熔敷金属抗拉强度比2Cr13钢低100MPa，按低匹配原则可行，但熔合比的作用会使焊缝金属强度提高；镍基焊材塑性指标高于2Cr13钢14%，因此形成的补焊焊缝为低强度高塑韧性，有利于防止裂纹产生。
2.3 钨极氩弧焊方法：钨极氩弧焊方法属于低氢焊接法，能使接头中的氢降到最低程度，同时TIG焊接热量较集中，明弧易于控制，可使脆性降低，有利于提高焊缝金属的塑性和韧性，并降低了冷裂纹的可能性。
2.4 焊前预热焊后可免做热处理：采用焊接预热及紧急后热处理，可免做焊后热处理。这是由于选用镍基焊材可实现高塑韧性焊缝金属TIG小线能施焊，晶粒细小，配合锤击焊缝并及时消氢处理，因而使焊接接头应力及扩散氢含量降低，保证了接头性能。
3 叶片裂纹补焊修复工艺
3.1 焊前清理。坡口两侧在正背面10～15mm用砂纸或钢丝刷清理至见金属光泽，并用丙酮擦洗干净。
3.2 焊接设备及方法。选用高频逆变直流焊机及TIG焊接方法。
3.3 焊接材料。ERNiCrFe-3 Φ2.0mm焊丝。
3.4 焊前预热及层间温度。用氧乙炔中性焰预热，待焊处至350℃以上，层间温度大于300℃。
3.5 焊接位置及顺序。平焊位置短段多层多道焊、单面焊双面成形。
3.6 趁热锤击焊缝金属，以消除接头应力。
4 补焊工艺要点
（1）焊机地线宜直接接在补焊叶片上，夹持牢固，以免引起电火花损伤叶片表面。
（2）焊前预热及层间温度。采用氧乙炔火焰中性焰加热叶片待焊处（80～100mm），温度控制在350℃，预热以叶片厚度较大侧为主。焊接场所做好防风保温措施，及时用远红外或激光测温仪测量叶片温度，控制层间温度不低于300℃，当低于300℃时则停止补焊，重新加热后方可再施焊。
（3）背面充氩气保护，采用较大规格的氩弧焊把，从叶片背面对补焊处进行充氩气保护，并移动焊把以达到良好的保护效果，以免背面根层焊缝氧化。
5 焊接操作工艺要点
（1）从坡口的内端向叶片边缘施焊，或从叶片边缘向坡口内端施焊，单面焊双层成形。
（2）单个叶片有多处缺口的，应一次完成制备坡口，逐一补焊，以避免增大裂纹间距为原则来选用焊接顺序。
（3）采用多层多道焊，每层焊缝厚度控制在2mm左右，层道间温度为300℃左右，当温度不足时需再次加热达300℃左右。
（4）每焊完一段焊缝（宜30～50mm）要趁焊缝红热状态时快速锤击，以达到锤击消除应力的最佳效果。
（5）背面充氩气保护焊缝余高1mm左右，叶片边缘应补焊超出约1mm。
（6）焊后立即用氧乙炔火焰中性焰将补焊接头80～100mm的范围内加热到350℃左右，以进行去氢处理。
（7）焊后热处理后立即用石棉布或石棉绒包扎缓冷。
（7）对焊缝内外表面打磨至符合要求。
6 质量检验
（1）外观检验。①补焊焊缝外观未发现裂纹、未熔合等面状缺陷；②叶片变形量≤1.0mm。
（2）无损探伤。采用表面着色探伤，未发现裂纹、未熔合等缺陷。
（3）硬度检验。检测叶片补焊焊缝及热影响区硬度，符合要求。
總之，经过多年电站运行表明，修复末级叶片水蚀缺损技术是安全、可靠、先进的，与其它方法相比修复周期短（12天-15天），成本低、工期短、经济性好，目前以广泛成为电厂修复叶片的首选方案。
关键词：汽轮机末级叶片；焊接；修复工艺
针对#8汽轮机末级低压缸2Cr13钢叶片出现的大量缺扣，通过叶片裂纹补焊修复资料及焊接规程规定。确定采用镍基焊接材料的TIG焊接工艺，司太立合金片采用银钎焊工艺对#8机末级叶片进行焊接修复。
修复工艺：
1 汽轮机叶片为高速转动部件，对汽轮机乃至整套机组发电起决定性作用，叶片出现缺口会给机组的运行安全性造成很大威胁
1.1 叶片缺口修复焊接性能分析
1.2 2Cr13属典型的简单成分马氏体不锈耐热钢，其化学成分及常温力学性能。
1.3 2Cr13钢碳含量较高，合金含量高，在焊接时易产生淬硬的马氏体组织。该钢强度较高而塑韧性偏低，因此焊接时产生冷裂纹的可能性很大；同时该钢的成分特点使其焊缝组织往往处在马氏体-铁素体之间，会产生粗大的马氏体组织，会降低接头的塑性和韧性。
1.4 经补焊后的2Cr13钢叶片，其性能受到工况的不利影响后，增大了焊接的难度。为了防止2Cr13钢叶片补焊时产生冷裂纹，保证接头性能，则应进行必要的焊前预热，并采用热量集中的焊接方法，以控制焊接线能量和冷却速度。
2 叶片缺口修复工艺方案可行性分析
2.1 选用镍基焊接材料：NiCrFe-3焊丝熔敷金属化学成分及常温力学性能接近。
2.2 ERNiCrFe-3焊丝化学成分中Cr的含量与2Cr13钢相近；焊缝金属中59%的Ni含量不仅使其塑性提高，同时还降低了裂纹的可能性，改善了焊接性能；镍基焊材熔敷金属抗拉强度比2Cr13钢低100MPa，按低匹配原则可行，但熔合比的作用会使焊缝金属强度提高；镍基焊材塑性指标高于2Cr13钢14%，因此形成的补焊焊缝为低强度高塑韧性，有利于防止裂纹产生。
2.3 钨极氩弧焊方法：钨极氩弧焊方法属于低氢焊接法，能使接头中的氢降到最低程度，同时TIG焊接热量较集中，明弧易于控制，可使脆性降低，有利于提高焊缝金属的塑性和韧性，并降低了冷裂纹的可能性。
2.4 焊前预热焊后可免做热处理：采用焊接预热及紧急后热处理，可免做焊后热处理。这是由于选用镍基焊材可实现高塑韧性焊缝金属TIG小线能施焊，晶粒细小，配合锤击焊缝并及时消氢处理，因而使焊接接头应力及扩散氢含量降低，保证了接头性能。
3 叶片裂纹补焊修复工艺
3.1 焊前清理。坡口两侧在正背面10～15mm用砂纸或钢丝刷清理至见金属光泽，并用丙酮擦洗干净。
3.2 焊接设备及方法。选用高频逆变直流焊机及TIG焊接方法。
3.3 焊接材料。ERNiCrFe-3 Φ2.0mm焊丝。
3.4 焊前预热及层间温度。用氧乙炔中性焰预热，待焊处至350℃以上，层间温度大于300℃。
3.5 焊接位置及顺序。平焊位置短段多层多道焊、单面焊双面成形。
3.6 趁热锤击焊缝金属，以消除接头应力。
4 补焊工艺要点
（1）焊机地线宜直接接在补焊叶片上，夹持牢固，以免引起电火花损伤叶片表面。
（2）焊前预热及层间温度。采用氧乙炔火焰中性焰加热叶片待焊处（80～100mm），温度控制在350℃，预热以叶片厚度较大侧为主。焊接场所做好防风保温措施，及时用远红外或激光测温仪测量叶片温度，控制层间温度不低于300℃，当低于300℃时则停止补焊，重新加热后方可再施焊。
（3）背面充氩气保护，采用较大规格的氩弧焊把，从叶片背面对补焊处进行充氩气保护，并移动焊把以达到良好的保护效果，以免背面根层焊缝氧化。
5 焊接操作工艺要点
（1）从坡口的内端向叶片边缘施焊，或从叶片边缘向坡口内端施焊，单面焊双层成形。
（2）单个叶片有多处缺口的，应一次完成制备坡口，逐一补焊，以避免增大裂纹间距为原则来选用焊接顺序。
（3）采用多层多道焊，每层焊缝厚度控制在2mm左右，层道间温度为300℃左右，当温度不足时需再次加热达300℃左右。
（4）每焊完一段焊缝（宜30～50mm）要趁焊缝红热状态时快速锤击，以达到锤击消除应力的最佳效果。
（5）背面充氩气保护焊缝余高1mm左右，叶片边缘应补焊超出约1mm。
（6）焊后立即用氧乙炔火焰中性焰将补焊接头80～100mm的范围内加热到350℃左右，以进行去氢处理。
（7）焊后热处理后立即用石棉布或石棉绒包扎缓冷。
（7）对焊缝内外表面打磨至符合要求。
6 质量检验
（1）外观检验。①补焊焊缝外观未发现裂纹、未熔合等面状缺陷；②叶片变形量≤1.0mm。
（2）无损探伤。采用表面着色探伤，未发现裂纹、未熔合等缺陷。
（3）硬度检验。检测叶片补焊焊缝及热影响区硬度，符合要求。
總之，经过多年电站运行表明，修复末级叶片水蚀缺损技术是安全、可靠、先进的，与其它方法相比修复周期短（12天-15天），成本低、工期短、经济性好，目前以广泛成为电厂修复叶片的首选方案。