楊利東

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

關(guān)鍵詞： 汽輪機(jī) 靜葉片 損傷 修復(fù)

中圖分類號(hào)：TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）09（c）-0028-03

寧夏電投西夏熱電有限公司#2汽輪機(jī)由東方汽輪機(jī)廠設(shè)計(jì)制造。型號(hào)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(jī)。通流級(jí)數(shù)總共32級(jí)，高壓隔板靜葉材質(zhì)：1～5級(jí)為ZG1Cr11MoV，6～11級(jí)為1Cr13。該汽輪機(jī)于2008年12月投產(chǎn)。在2015年8月第一次進(jìn)行A級(jí)檢修。揭開汽缸后檢查發(fā)現(xiàn)高壓隔板第4級(jí)到第9級(jí)靜葉片有多處損傷痕跡，且系異物碰撞造成的機(jī)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(huì)改變蒸汽流過噴嘴后的角度方向，變形大時(shí)通流面積受到影響，蒸汽流量下降。這兩方面都會(huì)降低汽機(jī)做功能力，使機(jī)組汽耗增加。汽流方向和流量改變，還會(huì)使轉(zhuǎn)子因受力不均勻而產(chǎn)生偏移，發(fā)生異常振動(dòng)的可能性增大。另外，變形的葉片如果長期運(yùn)行下去，在變形嚴(yán)重位置會(huì)被汽流沖蝕，逐漸出現(xiàn)缺口。有裂紋或裂口的葉片，如不進(jìn)行有效處理，那么在汽流沖刷下，裂紋或裂口邊緣金屬會(huì)脫落，這類葉片除了影響汽輪機(jī)經(jīng)濟(jì)性外，還存在一定安全隱患。

對(duì)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(jìn)行填補(bǔ)。這種處理方法消除了開裂部位金屬脫落的風(fēng)險(xiǎn)，但卻降低了機(jī)組的性能。與當(dāng)前大力提倡節(jié)能、提倡精細(xì)化管理的形勢(shì)和理念相悖。所以，應(yīng)對(duì)這些缺陷進(jìn)行積極有效地處理。處理方案為：對(duì)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(duì)于有裂紋和裂口的葉片，用電動(dòng)打磨機(jī)把裂紋兩側(cè)金屬全部剔除，再把剔除掉的部分焊補(bǔ)完整，然后修理焊補(bǔ)位置的形狀與原葉型一致。

2 焊補(bǔ)方案分析

#2汽輪機(jī)4級(jí)、5級(jí)高壓隔板靜葉片材質(zhì)為ZG1Cr11MoV，6級(jí)到9級(jí)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(qiáng)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(shí)，焊接熱影響區(qū)會(huì)產(chǎn)生粗大的鐵素體和碳化物。冷卻速度較快時(shí)，焊接熱影響區(qū)會(huì)產(chǎn)生硬化現(xiàn)象，形成粗大的馬氏體，這些粗大的組織會(huì)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(dāng)焊接部位剛性大或含氫量高時(shí)，在焊接應(yīng)力的作用下，特別由高溫直接冷卻至120℃～100℃時(shí)，很容易在產(chǎn)生冷裂紋，甚至還會(huì)產(chǎn)生最危險(xiǎn)的氫致延遲裂紋。

在焊接過程中處理不當(dāng)也會(huì)造成焊接裂紋。如果輸入熱量控制不好會(huì)造成葉片退火從而使葉片失效。裂紋在葉片的進(jìn)汽側(cè)拘束較大，焊接過程是在拘束條件下進(jìn)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?yàn)楹附舆^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(huì)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(yán)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?yàn)轳R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(huì)使葉片過熱，易造成熱應(yīng)力集中，所以焊接過程要加強(qiáng)葉片的散熱?？珊附雍屠鋮s交替進(jìn)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(jí)、5級(jí)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(jí)隔板靜葉片的焊接。

3 靜葉片修復(fù)工藝

3.1 準(zhǔn)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(shí)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(yàn)汽道側(cè)尺寸合格后，鉗工拋磨，去掉表面氧化皮。

（3）對(duì)所有導(dǎo)葉進(jìn)行著色探傷，標(biāo)準(zhǔn)：JB/T4730.5-2005，標(biāo)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(jìn)行滲透檢查，確認(rèn)缺陷消凈。待焊補(bǔ)處理。

3.3 焊補(bǔ)

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(jìn)行焊補(bǔ)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(bǔ)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?yàn)楝F(xiàn)場客觀條件限制，使用電加熱進(jìn)行熱處理困難，因此使用氧氣-乙炔中號(hào)烤把烘烤待焊葉片，進(jìn)行預(yù)熱，使用測(cè)溫儀進(jìn)行測(cè)量。預(yù)熱溫度在150℃～200℃。

（5）開始焊接。焊接時(shí)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(diǎn)焊數(shù)點(diǎn)，相鄰兩點(diǎn)間距不超過5 mm，依次連接相鄰兩點(diǎn)形成第一道焊縫。注意缺口方位不同時(shí)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(duì)焊縫保護(hù)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(hào)烤把對(duì)焊縫進(jìn)行回火處理，回火溫度在650℃～750℃。然后使用保溫材料對(duì)焊縫進(jìn)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(huì)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(shí)壓力太大會(huì)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(duì)補(bǔ)焊區(qū)域及其附近50 mm范圍內(nèi)進(jìn)行著色檢驗(yàn)，標(biāo)準(zhǔn)按JB/T4730.5-2005。無裂紋為合格，有裂紋的要重新打磨、焊補(bǔ)。

4 結(jié)語

該次對(duì)#2汽輪機(jī)高壓缸第4～9級(jí)隔板靜葉片所有變形部位進(jìn)行了校正，對(duì)所有著色探傷發(fā)現(xiàn)的缺陷進(jìn)行了打磨和焊補(bǔ)處理，共焊補(bǔ)44處，最后檢測(cè)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(jī)順利投入運(yùn)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(shí)為企業(yè)的安全、經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)發(fā)揮著重要作用。

參考文獻(xiàn)

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