一种汽轮机叶片水蚀治理方法与流程

1.本发明涉及汽轮机叶片水蚀治理技术领域，具体涉及一种汽轮机叶片水蚀治理方法。


背景技术：

2.汽轮机缸体内饱和蒸汽膨胀推动叶片做工后，温度下降，水滴凝结析出，缸内湿度增加，汽轮机末级叶片在湿蒸汽介质环境下，长期受到湿热蒸汽携带的水滴或汽水两相流的高速冲击作用，容易使叶片顶部和出汽边产生水蚀破坏，这不仅影响汽轮机的效率，还存在极大的安全隐患，因此在汽轮机制造或服役过程中进行耐水蚀防护十分重要。目前，我国对在役电站汽轮机叶片水蚀问题的主要治理方法有：钎焊司太立合金片、制备热喷涂涂层、表面淬火/固溶及激光熔覆。上述方法均能对汽轮机水蚀起到一定防护作用，但是用于在役汽轮机现场防护使用仍存在问题。一是在役汽轮机由于水蚀导致叶片存在毛刺，影响上述防护工艺的质量。二是上述方法本身存在一定缺陷，例如钎焊司太立合金片加热工艺难控制，容易造成叶片超温；热喷涂涂层孔隙率高，属机械结合，结合强度低；表面淬火/固溶加强了母材硬度，但容易导致强化层疲劳开裂；激光熔覆材料众多，使用效果无定论，且现有工艺需拆卸叶片，无法满足现场实施需要。
3.因此，对于汽轮机水蚀叶片的现场治理，需要一种热输入可控，防护层层孔隙率低，结合强度高，无需拆卸叶片，耐水蚀效果好的汽轮机耐水蚀防护治理方法。


技术实现要素：

4.为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种汽轮机叶片水蚀缺陷现场治理方法，具有耐水蚀效果好、热输入可控，耐磨层孔隙率低，结合强度高，无需拆卸叶片的特点。
5.本发明所采用的技术方案是；
6.一种汽轮机叶片水蚀治理方法，包括如下步骤:
7.步骤一，火焰加热叶片原始防护区域至400
‑
450℃，摘除司太立防护片，摘除过程同步采用铜片刮除钎料，随后用打磨机清除表面残留钎料，并将水蚀区域修磨平整；
8.步骤二：叶片背面夹装铜衬板，随后采用手工钨极氩弧焊补焊叶片水蚀打磨区域，使用ni基焊丝直径为1.6mm，焊接速度为80
‑
90mm/s，电流为110～125a，电压为80～85v，焊前预热至150℃。
9.步骤三：依据新叶片或水蚀轻微叶片形线制备铜板倒模，依据铜板倒模打磨恢复补焊叶片型线，并进行表面抛光。
10.步骤四：采用激光设备定位光线照射叶片尖端，设定防护层制备程序原点位，激光设备的激光头与叶顶尖端距离为150
‑
200mm，随后设置防护层制备程序。
11.步骤五：使用酒精或丙酮对叶片进行清洗，去除油污，并使用铜板对相邻叶片背面进行遮挡防护。
12.步骤六：叶片表面防护层制备，采用小型激光设备，激光设备可在叶片间依靠编程机械手灵活移动。防护层材料采用co基合金粉，使用前烘干2h。激光器功率1500～2000w，送粉速率15～20gpm，扫描速度20～30mm/s，光斑大小3～4mm。
13.叶片表面防护层的制备由叶顶开始，沿叶顶向叶根横向移动进行单道次防护层制备，横向移动距离为司太立合金片长度加5mm，单道次防护层制备完成后返回叶顶，并纵向移动0.2
‑
0.5mm，进行下一道防护层制备，直至完成叶片表面防护层的制备，纵向移动总距离为司太立合金片宽度加2mm。
14.步骤七，完成叶片表面防护层的制备后，进行叶片棱边防护层制备，仍由叶顶向叶根横向移动制备单道防护层，随后向下移动0.2mm，完成第二道防护层制备，即完成该叶片全部防护层制备。
15.步骤八：叶片表面及棱边防护层制备完成后，激光器返回原点，转动汽轮机低压转子，使下一叶片移动至原点位置，重复步骤四至步骤七，完成下一叶片防护层制备。
16.步骤九：重复步骤四至步骤八，完成所有叶片防护层制备。
17.步骤十：对防护层进行抛光打磨，使防护层与叶片母材间圆滑无棱角，防护层表面光滑，随后进行表面渗透检测，确认无缺陷后即完成叶片水蚀治理。
18.本发明的有益效果是，防护层制备前恢复了叶片型线，便于防护层制备，防护层制备过程热输入小且可控，防护层孔隙率低，结合强度高，无需拆卸叶片，节约时间及成本。
附图说明
19.图1是本发明叶片布置位置示意图
20.图2是本发明叶片防护区域示意图。
21.图3是本发明实施例防护层金相组织。
22.图4是本发明实施例防护层外观形貌。
23.图5是本发明实施例防护层无损检测结果照片。
具体实施方式
24.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
25.如图1及图2所示，本发明提供了一种汽轮机叶片耐水蚀防护方法，包括以下几个步骤：
26.步骤一，叶片表面处理
27.采用火焰加热法将叶片进汽侧区域7加热至400
‑
450℃，加热时摘除区域5的司太立合金防护片。加热过程中同步使用薄铜片刮除残留钎料，随后采用打磨机打磨将防护区域5、过渡区域6表面残留钎料打磨干净，并将水蚀毛刺修磨平整。
28.步骤二，叶片补焊
29.叶片背面区域3夹装2
‑
3mm铜衬板，采用氩弧焊(gtaw)对水蚀毛刺修磨平域进行焊接修复。使用ni基焊丝直径为1.6mm，焊接速度为80
‑
90mm/s，电流为110～125a，电压为80～85v，焊前预热至150℃。
30.步骤三，叶片修型
31.以新叶片或水蚀轻微的叶片为标准，测绘叶片形线，采用铜板制备加工叶片倒模，
并以倒模为基准对补焊叶片进行打磨，直至满足型线要求，并对叶片表面进行抛光处理。
32.步骤四，叶片定位
33.调整叶片位置，使激光头光束照射至叶顶尖端4处，激光头与叶顶尖端4距离为150
‑
200mm，将该位置设置为叶片ⅰ的防护层制备原点，随后设置防护层制备程序。
34.步骤五，叶片清洗及防护
35.对叶片ⅰ的防护区域5、过渡区域6、叶片进汽侧区域7采用丙酮或酒精进行清洗，并在叶片ⅱ的背面区域3上夹装一块2mm铜片，用以遮挡防护。
36.步骤六，叶片ⅰ的表面防护层制备
37.防护层制备设备采用采用一种小型激光设备，小型激光设备的激光头最大直径100mm，激光器头部与叶片距离可调整至5mm，采用编程机械手控制激光器移动路线。防护层材料采用co基合金粉，使用前烘干2h。激光器功率1500～2000w，送粉速率15gm，扫描速度25mm/s，光斑大小3～4mm。
38.防护层由叶顶尖端4开始制备，激光头沿叶顶2向叶根1横向移动制备防护层，单道次移动距离为h1，h1长度为司太立合金片的长度h2 5mm。单道防护层制备完成后，激光器返回叶顶2，返回速度15
‑
20mm/s。激光器返回叶顶后，纵向移动0.2
‑
0.5mm，进行下一道防护层制备，直至移动距离达到b1，b1的长度为司太立合金片的宽度b2 2mm，完成防护区域5及过渡区域6的防护层制备。
39.步骤七，叶片ⅰ的棱边防护层制备
40.完成防护区域5及过渡区域6的防护层制备后，激光器移动至叶片棱边8，按步骤六的工艺参数由叶顶尖端4向叶根移动熔覆一道，激光器返回叶顶后，向下移动0.2mm，再次熔覆一道，随即完成叶片棱边8的防护层制备。
41.步骤八，ⅱ号叶片防护层制备
42.转动汽轮机低压转子ⅲ，将激光器光束对准叶片ⅱ的叶顶尖端4。重复步骤四至七，完成ⅱ号叶片防护层制备。
43.步骤九，重复步骤四至八，完成全部叶片防护层制备
44.步骤十，叶片抛光及检测
45.全部叶片防护层制备完成后，采用120号砂纸将防护层抛光，防护层区域6与叶片进汽侧区域7圆滑过渡。随后对防护层进行表面渗透检测，确保防护层无裂纹缺陷即完成叶片水蚀治理。
46.实施例1
47.125mw汽轮机末级叶片水蚀防护：首先使用氧乙炔焰对叶片水蚀区域加热至450℃，摘除司太立合金片，加热过程中使用铜片刮除钎料，随后使用打磨机采将水蚀区域打磨平整，打磨清除叶片表面钎料层。采用氩弧焊(gtaw)进行对叶片补焊，待焊区域夹装2mm铜板，采用直径为1.6mm的ni基焊丝，焊接速度为80
‑
90mm/s，电流为115a，电压为83v，焊前预热至150℃，焊后不做热处理。以水蚀轻微的叶片为基准制造铜板倒模，采用倒模对比将叶片型线修磨一致。采用酒精清洗叶片，随后调整原点位置，将激光头光束定位至叶片尖端，激光头距原点150mm。在待制备防护层叶片上方另一叶片上包裹铜片保护。co基合金粉烘烤2h后进行涂层制备，调整激光器功率为1500w，送粉速率为20gpm，扫描速度为30mm/s，光斑大小为3.5mm。激光器沿叶顶向叶根方向单道次移动155mm制备防护层，单道防护层制备完
成后，激光器返回叶顶，返回速度为15mm/s。激光器返回叶顶后，纵向移动0.5mm，进行下一道防护层制备。重复上述步骤，直至制备的防护层宽度达到11mm。最后，激光器返回叶顶后沿进汽侧棱边熔覆两道防护层。采用上述步骤完成所有叶片的防护层制备，随后抛光防护层，使防护层与叶片圆滑过渡，并采用渗透法检测确认无裂纹。
48.如图3所示，为防护层金相组织，其微观组织为等轴晶、柱状晶和枝晶共存，组织致密无缺陷，无孔隙产生。
49.如图4所示，为防护层宏观形貌，防护层形状规整，防护区域厚度均匀，经测量防护层厚度达到1
±
0.5mm，防护层经测试硬度达到530hv
0.2
，满足耐水蚀要求。
50.如图5所示，为防护护层表面渗透检测结果，防护层成形良好，无缺陷。