王煥河，泰 榮，張成華，田 凡，喬賀宏

（1.湖北白蓮河抽水蓄能有限公司，湖北 黃岡 438600；2.天津水科機電有限公司，天津 301900）

0 引言

抽水蓄能電站水泵水輪機活動導(dǎo)葉是機組重要組成部分，其作用一是改變水流方向，形成有壓渦流，作用在轉(zhuǎn)輪變?yōu)檗D(zhuǎn)動力矩。二是通過導(dǎo)葉之間的開度調(diào)節(jié)進入轉(zhuǎn)輪的流量，改變機組出力。所以，做好活動導(dǎo)葉金屬技術(shù)監(jiān)督工作尤為重要，通過肉眼及其他金屬檢測發(fā)現(xiàn)的問題要引起警覺，及時分析原因并妥善處理，避免遺留隱患造成后續(xù)故障擴大和設(shè)備損壞事件。

1 故障現(xiàn)象

2021年4月，蓮蓄公司1號機組A級檢修期間，發(fā)現(xiàn)3號導(dǎo)葉大板負壓面存在裂紋，分布在兩個區(qū)域，一是大板負壓面中部位置，二是大板負壓面靠近中軸頸位置，如圖1。①、②號裂紋最大深度約為58 mm，③、④號裂紋最大深度約為50 mm，長度分別為①號裂紋35 mm、②號裂紋30 mm、③號裂紋100 mm、④號裂紋15 mm。對中部位置的裂紋進行局部鏟磨，目視可見清晰大裂紋，如圖2。

圖1 3號導(dǎo)葉裂紋分布

圖2 中間部位裂紋形態(tài)

2 原因分析

中間部位：通過MT探傷及一系列試驗確定是由于不規(guī)范補焊引起的延遲冷裂紋；原因為補焊時預(yù)熱溫度不夠以及焊后沒有后熱導(dǎo)致焊縫內(nèi)的擴散氫沒有及時排出，從而產(chǎn)生裂紋。

靠近中軸頸位置：根本原因為由于導(dǎo)葉鑄造時存在較多夾渣和疏松缺陷，該處位置屬于高應(yīng)力區(qū)，在長期的運行過程中由于外部應(yīng)力的原因使這些鑄造缺陷處產(chǎn)生了疲勞裂紋并持續(xù)的發(fā)生擴展，最終使得在該區(qū)域發(fā)現(xiàn)大量的細碎裂紋且?guī)讞l已擴展大了幾十毫米甚至上百毫米的程度。

3 處理過程

（1）重新探傷，確定尺寸與位置，檢測方式為MT、UT、PT及相共振。

（2）氣刨加鏟磨去除缺陷，采用硬度儀測試硬度與母材對比，確認大板處原奧氏體區(qū)域去除干凈，打磨坡口適合焊接，PT檢查確認沒有缺陷后具備補焊條件。最終修補尺寸：靠近中軸頸位置長寬約為210 mm×200 mm， 最深處為62 mm，向軸頭伸進30 mm。中間部位區(qū)域邊緣長寬約為250 mm×160 mm，最深處為52 mm。

（3）焊接修復(fù)

1）在活動導(dǎo)葉大板兩側(cè)分別加固兩條支撐，用于控制焊接變形，如圖3；

圖3 支撐示意圖

2）焊前預(yù)熱，對焊接區(qū)域及周邊不小于100 mm的范圍內(nèi)進行加熱，使焊接區(qū)域溫度不低于100℃；

3）補焊方法，使用氣保焊或手工電弧焊焊接，焊接參數(shù)參考表1，焊接坡口，焊縫采用多層多道焊，退步焊接的方法進行補焊，焊道順導(dǎo)葉長度方向焊接。每焊一道，清渣一次并錘擊效應(yīng)處理，每焊10～15 mm厚做一次振動消應(yīng)，焊接過程中層間溫度≤200℃；

表1 焊接參數(shù)

4）缺陷位置補焊后焊縫表面焊接一層回火焊道，注意回火焊道不要接觸母材。每邊留出1～2 mm的量，回火焊道將在最終修復(fù)后鏟磨、拋光去除；

5）焊后需要后熱200℃，2 h再保溫緩冷。

（4）焊后鏟磨，焊接后鏟磨活動導(dǎo)葉型線，平滑過渡。

（5）48 h后進行NDT檢查，檢測結(jié)果正常，焊接質(zhì)量通過驗收。

（6）激光檢測活動導(dǎo)葉同軸度，如圖4示意。具體數(shù)據(jù)如圖5，以ac(下軸頸、中軸頸)為基準，b(上軸頸)是7.28 mm，d(上端軸)是9.12 mm，最大變形量9.12/2為4.56 mm。

圖4 同軸度檢測示意圖

圖5 同軸度檢測示意圖

（7）調(diào)形。采用兩種方式調(diào)形，一是背面（正壓面）開槽焊接糾正，二是火焰調(diào)形。

背面開槽焊接，共進行兩次開槽焊接，開槽位置如圖5，第一次開槽尺寸為300 mm×30 mm×35 mm深，第二次開槽尺寸為480 mm×50 mm×60 mm深，開槽焊接工藝與裂紋補焊工藝一致。兩次開槽焊接后同軸度檢測結(jié)果為：以ac(下軸頸和中軸頸)為基準，b(上軸頸)是0.46 mm，d(上端軸)是0.62 mm，最大變形量0.62/2為0.31 mm。

火焰調(diào)形。按照圖6箭頭指向位置進行火焰矯形，矯形前A，B，C三個位置架百分表對調(diào)形尺寸進行監(jiān)控，按照百分表監(jiān)控數(shù)據(jù)?；鹧娉C形并控制溫度不超過700℃，調(diào)形后對工件保溫緩冷。

共進行4次火焰調(diào)形，每次火焰調(diào)形后都會對同軸度進行復(fù)測，最后一次同軸度檢測結(jié)果為：以ac(下軸頸和中軸頸)為基準，b(上軸頸)是0.12 mm，d(上端軸)是0.12 mm，最大變形量0.12/2為0.06 mm。滿足預(yù)期，符合驗收條件。

（8）機加工。將導(dǎo)葉架設(shè)于鏜床且按軸頭找正，測量中軸徑、下軸徑處同軸度誤差小于0.02 mm，上軸徑跳動0.05 mm，符合激光檢驗的同軸數(shù)據(jù)。測量出水邊密封面最大間隙-0.23 mm，進水邊最大間隙-0.12 mm。為了減小工地修磨的范圍，采用進水邊完全修平，出水邊僅修正大部分方案，修正部位去除0.13 mm。

（9）裝配數(shù)據(jù)復(fù)測。大板型線，大板高度，軸頸外徑復(fù)測，數(shù)據(jù)合格，滿足裝配要求。

圖6 開槽位置

圖7 火焰調(diào)形示意圖

4 總結(jié)

（1）生產(chǎn)單位應(yīng)在事故備件定額清單內(nèi)增加活動導(dǎo)葉項目。

（2）加強金屬監(jiān)督檢測力度，對高應(yīng)力區(qū)及其他重點部位增加檢查手段，將問題提前暴露，同時做好預(yù)控措施，防止缺陷擴大造成破壞。

（3）機組大修工期內(nèi)應(yīng)提前策劃金屬監(jiān)督項目開展與實施，為不可預(yù)知的重大缺陷處理預(yù)留充分時間，保證檢修工期可控。

（4）建議生產(chǎn)單位組織“回頭看”行動，翻閱機組重要金屬部件生產(chǎn)制造資料，對制造缺陷返修記錄進行重點跟蹤和關(guān)注，同時建議基建單位加強設(shè)備督造監(jiān)管。