專利名稱：一種汽輪機(jī)葉片激光熔覆區(qū)域裂紋補(bǔ)焊方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種汽輪機(jī)葉片激光熔覆區(qū)域裂紋補(bǔ)焊方法。
背景技術(shù)：
末級葉片的工作區(qū)為濕蒸汽區(qū)，汽流中攜帶有大量的水滴，在很高的輪周速度及離心力作用下，葉片頂部進(jìn)汽邊易產(chǎn)生點(diǎn)蝕而失效，而葉片抗水蝕能力的高低直接影響到汽輪機(jī)的工作效率及安全運(yùn)行。激光熔覆司太立合金是目前較新的葉片防水蝕表面強(qiáng)化技術(shù)，該技術(shù)通過激光將司太立合金粉末熔化并快速冷卻與葉片基體形成冶金結(jié)合，其利用司太立合金的高硬度和高耐磨性來提高葉片抗水蝕能力。但由于熔覆后葉片產(chǎn)生變形，并且在熔覆層中存在較大的殘余應(yīng)力，導(dǎo)致在后續(xù)校正過程中葉片激光熔覆層易發(fā)生開裂，從而導(dǎo)致葉片的報廢。而針對熔覆層的補(bǔ)焊，其涉及到補(bǔ)焊組織與熔覆層的結(jié)合、補(bǔ)焊組織與不銹鋼基體的結(jié)合，由于激光熔覆層因而快速凝固有較大的殘余應(yīng)力，因此采用常規(guī)焊接方法補(bǔ)焊后其補(bǔ)焊焊縫與熔覆層之間很容易發(fā)生開裂，并且補(bǔ)焊后要求焊縫區(qū)域要具有較低的稀釋率和相對較小的晶粒尺寸來保證硬度，因而常規(guī)補(bǔ)焊方法無法滿足要求，補(bǔ)焊難度大。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明提供了一種汽輪機(jī)葉片激光熔覆區(qū)域裂紋補(bǔ)焊方法，其能解決汽輪機(jī)葉片在激光熔覆后由于校正開裂而引起的葉片報廢問題，從而保證葉片的加工質(zhì)量。其技術(shù)方案是這樣的，其特征在于:其包括以下加工步驟:
(一)焊前準(zhǔn)備
(1)裂紋檢查:焊接前通過射線探傷確認(rèn)裂紋的擴(kuò)展方向，確定補(bǔ)焊坡口位置；
(2)測量熔覆層厚度；
(3)坡口準(zhǔn)備:采用直徑3mm 6mm球形金剛石磨頭對裂紋位置進(jìn)行打磨，開U型坡口，打磨深度H至基體表面下0.2mm 0.5mm，坡口寬度B為6 12mm，坡口長度A延伸至基體內(nèi)0.5_ 1.0_，要求坡口表面光滑，坡口打磨好后進(jìn)行滲透探傷，如未發(fā)現(xiàn)裂紋缺陷可以進(jìn)行焊接；
(4)焊材選擇:焊絲成分與激光熔覆司太立合金粉相同，直徑1.6mm ；
(二)焊接
(1)焊前預(yù)熱:焊接前將進(jìn)氣邊向內(nèi)40mnT60mm范圍進(jìn)行預(yù)熱,預(yù)熱溫度300°C 380°C;
(2)補(bǔ)焊:采用鎢極氬弧焊進(jìn)行焊接，由于汽輪機(jī)葉片水蝕區(qū)最嚴(yán)重的區(qū)域一般發(fā)生在進(jìn)氣邊，為了保證進(jìn)氣邊硬度，焊接方向從進(jìn)氣邊向背弧方向焊接，共焊接三層，補(bǔ)焊后迅速用石棉包裹焊縫及激光熔覆區(qū)域，冷卻4小時后撤去保溫石棉；
(3)焊后檢查:焊后對焊縫及激光熔覆區(qū)域進(jìn)行滲透及射線檢查，不允許存在裂紋及未熔合缺陷，如存在上述缺陷重復(fù)焊接工藝的(I)、(2)、(3)步驟，同一坡口位置最多補(bǔ)焊3次。其進(jìn)一步特征在于:
所述焊接三層，其中第一層焊接電流:40A 50A,送絲速度3.5^4.5mm/s,焊接速度
0.5^0.8mm/s ;第二層焊接電流60A 70A,送絲速度2 4.5mm/s,焊接速度0.5^0.8mm/s ;所述第一層與第二層的層間溫度:30(T35(TC ;第三層焊接電流60A 70A，送絲速度2 4.5mm/s,焊接速度0.5^0.8mm/s，所述第二層與第三層的層間溫度:30(T35(rC ；
在所述開U坡口時由于熔覆組織與基體無顏色區(qū)別，因此所述熔覆層厚度的測定采用超聲波測厚儀進(jìn)行檢測；
所述焊前預(yù)熱采用電加熱方式或者感應(yīng)加熱方式中的任一種，由于所述電加熱方法其加熱速度慢但其能在焊接過程中持續(xù)加熱，且可以減緩冷卻速度，而感應(yīng)加熱方式的加熱速度快，但是相對降溫速度也較快，因此采用電加熱的方法其預(yù)熱溫度稍低，而采用感應(yīng)加熱的方式其預(yù)熱溫度稍高。本發(fā)明方法的有益效果在于:其通過焊前預(yù)熱、焊后緩冷、補(bǔ)焊時采用小電流、快送絲速度以及多層多道焊接來減小汽輪機(jī)葉片激光熔覆層的應(yīng)力從而有效防止開裂；另外，通過對焊接坡口深度、長度、寬度的控制來保證補(bǔ)焊組織與基體實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合，并且避免過多母材在補(bǔ)焊過程中過渡到合金層而導(dǎo)致硬度下降，從而確保焊縫及熱影響區(qū)硬度，確保葉片性能。采用本發(fā)明方法后，葉片補(bǔ)焊區(qū)域及熱影響區(qū)硬度均能達(dá)到質(zhì)量要求，并且變形量小，變形經(jīng)矯正后不易發(fā)生再次開裂。


圖1為本發(fā)明方法實(shí)施例中汽輪機(jī)葉片熔覆區(qū)裂紋補(bǔ)焊坡口示意圖。
具體實(shí)施例方式一批汽輪機(jī)葉片其葉片鋼基體為X20Crl3，采用司太立合金進(jìn)行激光熔覆，熔覆后出現(xiàn)縱向變形，在對葉片進(jìn)行矯正過程中，葉片熔覆區(qū)發(fā)生橫向開裂，下面結(jié)合圖1以該批汽輪機(jī)葉片激光熔覆區(qū)橫向開裂為例具體描述本發(fā)明方法的補(bǔ)焊過程，圖1中I為背弧，2為熔覆層，3為U形坡口，4為進(jìn)氣邊，5為葉片內(nèi)弧側(cè):
實(shí)施例一:
(一)焊前準(zhǔn)備
(1)裂紋檢查:焊接前通過射線探傷確認(rèn)裂紋的擴(kuò)展方向，確定補(bǔ)焊坡口位置；
(2)熔覆層厚度測量:采用超聲波測厚儀測定熔覆層厚度；
(3)坡口準(zhǔn)備:采用直徑6_球形金剛石磨頭對裂紋位置進(jìn)行打磨，開U型坡口，打磨深度H至基體表面下0.5mm，坡口寬度B為6mm，坡口長度A延伸至基體內(nèi)0.5mm，要求坡口表面光滑，坡口打磨好后進(jìn)行滲透探傷，如未發(fā)現(xiàn)裂紋缺陷可以進(jìn)行焊接；
(4)焊材選擇:焊絲成分與激光熔覆司太立合金粉相同，直徑1.6mm ；
(二)焊接
(1)焊前預(yù)熱:焊接前采用電加熱的方式將進(jìn)氣邊向內(nèi)60mm范圍進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度340 ℃ ；
(2)補(bǔ)焊:采用鎢極氬弧焊進(jìn)行焊接，以99.999%高純氬氣作為保護(hù)氣體，焊接方向從進(jìn)氣邊4向背弧I方向焊接，每道次補(bǔ)焊后將焊絲前段氧化部分去除后用于下次焊接，共焊接三層，其中第一層焊接電流:50A,送絲速度3.5mm/s,焊接速度0.65mm/s ;第二層焊接電流65A,送絲速度4.5mm/s,焊接速度0.5mm/s ;第一層與第二層的層間溫度:325°C;第三層焊接電流60A,送絲速度4.5mm/s,焊接速度0.5mm/s,第二層與第三層的層間溫度:325°C ；補(bǔ)焊后迅速用石棉包裹焊縫及激光熔覆區(qū)域，冷卻4小時后撤去保溫石棉；
(3)焊后檢查:焊后對焊縫及激光熔覆區(qū)域進(jìn)行滲透及射線檢查，不允許存在裂紋及未熔合缺陷，如存在上述缺陷重復(fù)焊接工藝的(I)、(2)、(3)步驟，同一坡口位置最多補(bǔ)焊3次。實(shí)施例二:
(一)焊前準(zhǔn)備
(1)裂紋檢查:焊接前通過射線探傷確認(rèn)裂紋的擴(kuò)展方向，確定補(bǔ)焊坡口位置；
(2)熔覆層厚度測量:采用超聲波測厚儀測定熔覆層厚度；
(3)坡口準(zhǔn)備:采用直徑3_球形金剛石磨頭對裂紋位置進(jìn)行打磨，開U型坡口，打磨深度H至基體表面下0.35mm，坡口寬度B為8mm，坡口長度A延伸至基體內(nèi)0.75臟，要求坡口表面光滑，坡口打磨好后進(jìn)行滲透探傷，如未發(fā)現(xiàn)裂紋缺陷可以進(jìn)行焊接；
(4)焊材選擇:焊絲成分與激光熔覆司太立合金粉相同，直徑1.6mm ；
(二)焊接
(O焊前預(yù)熱:焊接前采用便攜式感應(yīng)加熱設(shè)備將葉片進(jìn)氣邊向內(nèi)40mm范圍進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度380°C ；
(2)補(bǔ)焊:采用鎢極氬弧焊進(jìn)行焊接，以99.999%高純氬氣作為保護(hù)氣體，焊接方向從進(jìn)氣邊向背弧方向焊接，每道次補(bǔ)焊后將焊絲前段氧化部分去除后用于下次焊接，共焊接三層，其中第一層焊接電流:45A,送絲速度4.5mm/s,焊接速度0.5mm/s ;第二層焊接電流70A，送絲速度2mm/s，焊接速度0.75mm/s ;所述第一層與第二層的層間溫度:350°C ;第三層焊接電流65A，送絲速度2mm/s，焊接速度0.8mm/s，所述第二層與第三層的層間溫度:3500C ;補(bǔ)焊后迅速用石棉包裹焊縫及激光熔覆區(qū)域，冷卻4小時后撤去保溫石棉；
(3)焊后檢查:焊后對焊縫及激光熔覆區(qū)域進(jìn)行滲透及射線檢查，不允許存在裂紋及未熔合缺陷，如存在上述缺陷重復(fù)焊接工藝的(I)、(2)、(3)步驟，同一坡口位置最多補(bǔ)焊3次。實(shí)施例三:
(一)焊前準(zhǔn)備
(1)裂紋檢查:焊接前通過射線探傷確認(rèn)裂紋的擴(kuò)展方向，確定補(bǔ)焊坡口位置；
(2)熔覆層厚度測量:采用超聲波測厚儀測定熔覆層厚度；
(3)坡口準(zhǔn)備:采用直徑4_球形金剛石磨頭對裂紋位置進(jìn)行打磨，開U型坡口，打磨深度H至基體表面下0.2mm,坡口寬度B為12mm，坡口長度A延伸至基體內(nèi)1.0mm,要求坡口表面光滑，坡口打磨好后進(jìn)行滲透探傷，如未發(fā)現(xiàn)裂紋缺陷可以進(jìn)行焊接；
(4)焊材選擇:焊絲成分與激光熔覆司太立合金粉相同，直徑1.6mm ；
(二)焊接
(I)焊前預(yù)熱:焊接前采用電加熱的方式將進(jìn)氣邊向內(nèi)50_范圍進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度300 0C ； (2)補(bǔ)焊:采用鎢極氬弧焊進(jìn)行焊接，焊接方向從進(jìn)氣邊4向背弧I方向焊接，每道次補(bǔ)焊后將焊絲前段氧化部分去除后用于下次焊接，共焊接三層，其中第一層焊接電流:40A，送絲速度4mm/s,焊接速度0.8mm/s ;第二層焊接電流60A,送絲速度3.25mm/s,焊接速度
0.8mm/s ;所述第一層與第二層的層間溫度:300°C ;第三層焊接電流70A，送絲速度3.25mm/s，焊接速度0.75mm/s，所述第二層與第三層的層間溫度:300°C ;補(bǔ)焊后迅速用石棉包裹焊縫及激光熔覆區(qū)域，冷卻4小時后撤去保溫石棉；
(3)焊后檢查:焊后對焊縫及激光熔覆區(qū)域進(jìn)行滲透及射線檢查，不允許存在裂紋及未熔合缺陷，如存在上述缺陷重復(fù)焊接工藝的(I)、(2)、(3)步驟，同一坡口位置最多補(bǔ)焊3次。
權(quán)利要求
1.一種汽輪機(jī)葉片激光熔覆區(qū)域裂紋補(bǔ)焊方法，其特征在于:其包括以下加工步驟: (一)焊前準(zhǔn)備 (1)裂紋檢查:焊接前通過射線探傷確認(rèn)裂紋的擴(kuò)展方向，確定補(bǔ)焊坡口位置； (2)測量熔覆層厚度； (3)坡口準(zhǔn)備:采用直徑3mm 6mm球形金剛石磨頭對裂紋位置進(jìn)行打磨，開U型坡口，打磨深度H至基體表面下0.2mm 0.5mm，坡口寬度B為6 12mm，坡口長度A延伸至基體內(nèi)0.5_ 1.0_，要求坡口表面光滑，坡口打磨好后進(jìn)行滲透探傷，如未發(fā)現(xiàn)裂紋缺陷可以進(jìn)行焊接； (4)焊材選擇:焊絲成分與激光熔覆司太立合金粉相同，直徑1.6mm ； (二)焊接 (1)焊前預(yù)熱:焊接前將進(jìn)氣邊向內(nèi)40mnT60mm范圍進(jìn)行預(yù)熱,預(yù)熱溫度300°C 380°C; (2)補(bǔ)焊:采用鎢極氬弧焊進(jìn)行焊接，由于汽輪機(jī)葉片水蝕區(qū)最嚴(yán)重的區(qū)域一般發(fā)生在進(jìn)氣邊，為了保證進(jìn)氣邊硬度，焊接方向從進(jìn)氣邊向背弧方向焊接，共焊接三層，補(bǔ)焊后迅速用石棉包裹焊縫及激光熔覆區(qū)域，冷卻4小時后撤去保溫石棉； (3)焊后檢查:焊后對焊縫及激光熔覆區(qū)域進(jìn)行滲透及射線檢查，不允許存在裂紋及未熔合缺陷，如存在上述缺陷重復(fù)所述焊接工藝的(1)、(2)、(3)步驟，同一坡口位置最多補(bǔ)焊3次。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽輪機(jī)葉片激光熔覆區(qū)域裂紋補(bǔ)焊方法，其特征在于:所述焊接三層，其中第一層焊接電流:40A 50A,送絲速度3.5 mm/s 4.5mm/s,焊接速度0.5mm/s 0.8mm/s ;第二層焊接電流60A 70A,送絲速度2 mm/s 4.5mm/s,焊接速度0.5 mm/s 0.8mm/s ;所述第一層與第二層的層間溫度:300°C 350°C ;第三層焊接電流60A 70A，送絲速度2 mm/s 4.5mm/s,焊接速度0.5 mm/s "0.8mm/s,所述第二層與第三層的層間溫度:300 °C 350。。。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽輪機(jī)葉片激光熔覆區(qū)域裂紋補(bǔ)焊方法，其特征在于:所述熔覆層厚度的測定采用超聲波測厚儀進(jìn)行檢測。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽輪機(jī)葉片激光熔覆區(qū)域裂紋補(bǔ)焊方法，其特征在于:所述焊前預(yù)熱采用電加熱或者感應(yīng)加熱中的任一種。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種汽輪機(jī)葉片激光熔覆區(qū)域裂紋補(bǔ)焊方法，其能解決汽輪機(jī)葉片在激光熔覆后由于校正開裂而引起的葉片報廢問題，從而保證葉片的加工質(zhì)量。其特征在于其包括以下加工步驟(一)焊前準(zhǔn)備包括(1)裂紋檢查；(2)測量熔覆層厚度；(3)坡口準(zhǔn)備對裂紋位置進(jìn)行打磨，開U型坡口，要求坡口表面光滑，坡口打磨好后進(jìn)行滲透探傷，如未發(fā)現(xiàn)裂紋缺陷可以進(jìn)行焊接；(4)焊材選擇；(二)焊接包括(1)焊前預(yù)熱；(2)補(bǔ)焊；(3)焊后檢查。
文檔編號B23K9/167GK103111724SQ20121052249
公開日2013年5月22日 申請日期2012年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月7日
發(fā)明者張鐵磊, 王烜烽 申請人:無錫透平葉片有限公司