[发明专利]汽轮机通流部件水蚀损伤修复与防护工艺

说明书

技术领域

本发明涉及材料科学技术领域，具体涉及一种汽轮机通流部件水蚀损伤修复与防护工艺。

背景技术

火力发电厂汽轮机通流部件(主要包括叶片、喷嘴、隔板等)是汽轮机系统的“心脏”，承担着将蒸汽流动能转换为有用功的重任。汽轮机通流部件，特别是末级动叶片，在运行过程中，会受到水蚀损伤而产生缺陷。汽轮机叶片水蚀是指在工作在湿蒸汽区的动叶片与汽流中夹带的二次水滴高速撞击，导致叶片表面材料损伤并剥离的现象。一般情况下，叶片发生水蚀的区域为叶顶进汽边和根部出汽边，其外观为蜂窝状，边缘为锯齿形，严重时还会出现缺口。水蚀损伤危害很大，尤其是叶根水蚀，严重时叶片会发生断裂，威胁整个机组热力系统的安全、可靠运行，大大降低电厂的经济效益，有效地修复这些水蚀损伤缺陷，并对汽轮机通流部件表面加以防护，是确保机组安全经济运行的关键技术措施。

针对汽轮机通流部件的水蚀损伤现象，国内外曾采用过如下技术措施进行修复与防护：

(1)切除叶片水蚀部分，直接镶焊叶片合金片。具体方法为：用等离子切割机将冲蚀部分切除。采取钨极氩弧焊将整形的叶片合金片镶焊到叶片上，该方法较为简单，但未对材料升级，不能从根本上解决叶片的冲蚀问题。

(2)直接堆焊叶片合金。具体方法为：首先将冲蚀部位用角向磨光机打磨掉。采取钨极氩弧焊将叶片合金堆焊至冲蚀部位，最后按叶片表面型线进行修磨，但其耐水蚀能力不强。

(3)堆焊司太立合金。具体方法为：将水蚀部位磨掉，用叶片合金板将缺损补齐，然后在易冲蚀部位用钨极氩弧焊堆焊司太立合金。该方法效果良好，但司太立合金堆焊时容易形成冷裂纹或结晶裂纹，因此对焊接工艺控制要求更高，增加了焊接难度，同时由于司太立合金较贵，经济性不好。

(4)镶焊硬质合金片。具体方法为：取钨极氩弧焊补焊冲蚀部位，然后将特制的司太立合金条沿易冲蚀的叶片边缘进行镶焊，该法相对较为简单有效，但这种方法存在着合金片与基材结合不牢、易早期脱落、焊层形状与叶型吻合不好以及钎焊质量不稳定等缺点。

(5)直接镶焊有司太立合金片的耐蚀板条，然后与叶片对焊。这种方法简单，现场操作性强，但这种方法也存在着合金片与基材结合不牢、易早期脱落、钎焊质量不稳定等缺点。

(6)激光熔覆再造修复技术。该方法是一种新型表面改性技术，它通过在叶片基材表面添加熔覆Ni基、Co基、Fe基自熔性合金粉末或金属陶瓷粉末材料，并利用高能量密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝的方法，在叶片表面形成与其为冶金结合的添料熔覆层，从而达到恢复叶片型线，强化表面的修复目的。由于熔覆层与金属基体呈现原子冶金结合，叶片表面能够获得高的耐磨性、耐腐蚀性、耐高温和抗氧化等综合性能。

但激光熔覆再造修复技术也具有以下不足之处：

①由于熔覆层的开裂和基体的变形，激光熔覆工艺有待进一步完善；

②熔覆层表面不平整，后续机加工量较大，且合金层与基体的交界处易出现裂纹和孔洞等缺陷，给实际应用带来很大的困难；

③激光处理系统的固定资产及维护费用相对常规的修复技术来说比较昂贵，这就使得激光处理过的产品成本较高。这也是激光熔覆处理还没有大规模实际应用的主要原因之一。因此，激光熔覆修复应着力于提高使用性能，简化工序，提高生产率，降低能耗，节约贵重材料；

④目前修复工作大都采用一维激光熔覆方法，只能解决部分零件的修复问题。实际上，在生产中还有大量的复杂贵重设备需要三维激光熔覆修复，特别是不能移动且处于易腐蚀、易摩擦和易磨损工况条件下的大型设备需要现场修复，如大型火电站、水电站、核电站、轮船、军械、油田钻井、化工基地等，有待于开发适用于现场的激光再造修复技术。

(7)电子束表面处理。采用电子束作为热源对汽轮机叶片进行表面处理，具有功率密度高、控制灵活、重复性好，能够精确控制表面温度和穿透深度等特点；同时是在真空条件下进行，对叶片金属保护特别好，可以获得较高的结合力和性能，从而保证质量。尤其是这种真空电子束物理合金沉积技术，可在叶片金属表面沉积指定成分的金属涂层，可使叶片金属表面改性，增加耐磨性、耐蚀性、耐热性，该项技术与一般通用工艺方法相比已显示出很大的优越性。电子束表面处理技术包括表面硬化、表面合金化、表面熔凝和表面熔敷等方法。具有能耗小、零件不易变形、可在工件精加工以后进行、生产率高等特点；用于只需局部区域强化的零件则更显示出其优越性。因此，对于叶片进汽边硬化防水蚀较为适宜。电子束表面处理的主要缺点是设备初次费用较大，另外由于采用真空室的原因，零件尺寸受到限制，现场修复适用性较差。