[发明专利]汽轮机铁合金零件被磨损表面的修复方法

说明书

本发明是关于一种修复汽轮机零部件磨损面或损坏面的修理工艺，特别是关于使用优质金属的堆焊来修复这些磨损面的焊接技术。

由铬-钼-钒合金制作的蒸汽轮机的零部件，例如：转子和叶轮，能提供最佳的高温抗疲劳和塑性变形的特性，但是一般认为难以焊接。因而，因机件磨损、腐蚀或断裂而造成停机修复或零部件更换，造成的电力损失每天费用数十万美元，因此为修理零部件设想了许多修复工艺。

这样的修复工艺包括将一块单个铸钢焊在一个磨损的转子或叶轮上。然而，当需要在一个单个的转子叶片的连接槽，这里指的是“塔形尖顶”。所能焊到的地方是非常有限的，用这种非常局限焊接的修复方法会导致质量因多孔形成裂缝和夹渣，不能接受。

另一个已知的转子修复方法是在汽轮机零部件和锻件更换部份之间做一个不大的焊缝，然后使用埋弧焊。

参看Kubnen的4，213，025和4，219，717号美国专利，在这种工艺中，被磨损的叶片或转子上焊上一环形铸钢或者焊上一个完全新的转了锻件来代替转子的整个端部。美国第4，633，554号专利揭示出为以上目的使用一种气体保护金属极电弧焊方法产生的一圈狭焊缝。使用这种工艺所获得的较低的抗拉和抗疲劳特性一般来说对使用在转子尖顶部份受力大的部位是不够的。

使用堆焊修复包括有一个宽的或深的槽的转子时也可单独使用埋弧焊。这样，沿转子半径范围内会产生一个纵向的裂缝。用埋弧焊堆焊的主要优点 是这个工艺方法有非常高的堆复率。一般的情况是每小时大约堆复7公斤的焊接金属。正因为使用焊接来修复正在使用中的转子都是在汽轮机停机时进行，而此时时间是非常重要的，所以较高的堆焊速度是重要的。然而，这种工艺需要预热并且会产生相对较大的具有较差金相特性的颗粒。在焊接修复用埋弧焊制造的高压铬-钼-钒转子时，会出现塑变断裂和切口脆性这方面的严重的问题。这样用埋弧焊工艺焊接修复具有小的高应力集中的半径的铬-钼-钒转子尖端一般说是不可接受的。

气体保护金属极电弧焊工艺也被用来修复转子和叶片。这种焊接工艺每小时大约堆复4公斤焊接金属，而且比使用埋弧焊所产生的焊件的性质稍好一些。用在铬-钼-钒转子焊接修复上，气体保护金属极电弧焊修复的汽轮机零部件的屈服强度一般是35-100千磅/平方英寸。（586～689兆帕）在室温下的摆锤冲击强度大约是110～130英尺磅（150～177焦耳）。在使用气体保护金属极电弧焊工艺时焊接这些金属，常常伴随弧变形（受磁力影响）这种工艺限制，这样也就限制了这种工艺的应用。

最近又强调在镍-钼-钒和镍-铬-钒低压转子零件的修复时使用气体保护钨极电弧焊接工艺（GTAW），参看R.E.克拉克的“低压蒸汽轮机转子的焊接修复试验”一文，在美国动力联合会伊利诺斯州芝加哥1985年4月22-24的第47届年会上发表，刊登在佛罗里达奥兰多的“威斯汀豪斯电力公司”出版的“动力生产”杂志上。气体保护钨极电弧焊还用在修复单个的转子连接槽，修整或低填沟槽时来修正小的表面缺陷。它也可以用来在叶片连接槽位置作大量的堆焊，也就是作一个360℃堆焊，用复盖方式恢复被磨损的部份。气体保护钨极电弧焊提供相对高的超声特征，不需要预热而且所产生的焊件具有超过转子材料规定所需要的抗拉特性和抗冲击特性。用这种工艺方法制成的低合金钢焊件一般具有90～115千磅/平方英寸（621-793兆帕）的屈服强度和室温下摆锤冲击强度大约160～210英寸磅（218～286焦耳）。而且在上述提到的任何一种工艺中这种焊接工艺产生具有最好微结构的颗粒。

采取什么焊接方法要取决于是否变形，进行非破坏性试验所能接受的限度及焊后热处理产生的机械性能等因素。汽轮机转子的每一部份都是不同的，在使用中都起不同的作用。为使受焊接和热影响区域消除断裂以及把缺陷减少到最低限度只有靠小心地控制几个焊接变量参数。对于气体保护钨极电弧焊工艺来说，这些变量参数包括：电流强度，合金的选择，连接处的几何形状和焊接速度。所选择的参数应当和自动焊接工艺兼容，这样保证在每一次焊接中可重复产生相同的质量。这些参数也应当能在对转子和叶片上的所进行的所有可能的修复工作兼容，从而产生优越的焊接性能，避免出现孔隙，断缝和夹渣。最后，合金和所选择的焊接参数应当能使焊接处的性质和基体金属的性质一致。

因此，本发明的主要目的就是提供一种焊接工艺，使汽轮机零部件所需修复的部份具有最好的金相特性并且最大限度减少受热影响的区域，消除与焊接有关的裂缝。