一種船用汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子損傷修復(fù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于表面修復(fù)工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種船用汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子表面損傷修復(fù) 方法，全方位延長(zhǎng)其使用壽命。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，在維修保障新裝備的過程中發(fā)現(xiàn)，船用汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子汽封軸頸表面發(fā)生腐 蝕磨損、葉輪盤面出現(xiàn)沖蝕損傷的情形普遍存在，已成為維修保障的難點(diǎn)問題。例如船用 汽輪輔機(jī)轉(zhuǎn)子，如凝水增壓栗汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、給水栗汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子和鼓風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子，其汽封 軸頸運(yùn)動(dòng)表面，因在服役過程中受到磨損、腐蝕、振動(dòng)等因素影響，極易發(fā)生損傷，已成為維 修保障工作中的熱點(diǎn)難點(diǎn)問題。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子是汽輪輔機(jī)的關(guān)鍵部件，其價(jià)值昂貴，使用工 況苛刻(轉(zhuǎn)速高，受飽和蒸汽侵蝕)，修復(fù)過程中對(duì)所制備的功能涂層有著特殊的要求，一方 面，涂層結(jié)合強(qiáng)度要高、耐磨性要好，另一方面，涂層要具備優(yōu)良的耐腐蝕、抗飽和蒸汽沖損 性能；同時(shí)，還必須有效防止在修復(fù)過程中基體變形。
[0003] 基于這一情況，為提高汽封軸頸表面的耐磨耐蝕性能，生產(chǎn)廠家在新品制造時(shí)，對(duì) 汽封軸頸表面采取了電鍍硬鉻的強(qiáng)化處理措施。但經(jīng)運(yùn)行實(shí)踐檢驗(yàn)，電鍍硬鉻層難以滿足 該工況要求?，F(xiàn)有技術(shù)中也有許多采用激光熔覆技術(shù)對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子汽封軸頸修復(fù)的研究成 果，例如申請(qǐng)?zhí)枮?00410021471. 7的發(fā)明專利申請(qǐng)"一種激光修復(fù)的發(fā)電機(jī)、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子 軸及其修復(fù)方法"、申請(qǐng)?zhí)枮?01210351284. X的發(fā)明專利申請(qǐng)"十字軸的激光熔覆修復(fù)工 藝"、申請(qǐng)?zhí)枮?01310310313958. 1的發(fā)明專利申請(qǐng)"高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸的激光熔覆修復(fù)合金 粉末及修復(fù)方法"等，上述修復(fù)方案所采用的激光熔覆技術(shù)，均未提出如何解決汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子 汽封軸頸出現(xiàn)腐蝕深坑的問題，同時(shí)所采用的熔覆設(shè)備制備的涂層溫度變化小，易產(chǎn)生溫 度積聚，則為避免應(yīng)力作用產(chǎn)生裂紋，熔覆層的厚度會(huì)有所限制，熔覆質(zhì)量不穩(wěn)定，效率也 較低。
[0004] 同樣，船用滑油栗、燃油栗汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子在運(yùn)行過程中，葉輪上、下盤面及平衡孔因 受到高壓飽和蒸汽的沖蝕作用，出現(xiàn)了成片發(fā)散、層疊的沖蝕凹坑，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子平衡破壞，機(jī) 組振動(dòng)加劇、穩(wěn)定性下降，也成為維修保障"瓶頸"。目前對(duì)于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉輪盤面局部損傷 可以采用焊補(bǔ)的方法進(jìn)行修復(fù)，但焊補(bǔ)過程中局部會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生變形，尤其是 對(duì)于葉輪盤面產(chǎn)生大面積損傷的轉(zhuǎn)子，只能換新處理，尚未發(fā)現(xiàn)采用激光熔覆技術(shù)對(duì)葉輪 盤面修復(fù)的報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一種船用汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子損傷修復(fù)方法，由該方法制備的涂層與基體能實(shí) 現(xiàn)冶金結(jié)合，恢復(fù)原有尺寸的同時(shí)，提高其耐磨抗腐蝕性能，適用于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子上深度較大 的汽封軸頸腐蝕凹坑和葉輪盤面蒸汽沖蝕凹坑缺陷的修復(fù)，從而延長(zhǎng)船用汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的使 用壽命。
[0006] 為達(dá)到上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，一種船用汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子損傷 修復(fù)方法，包括下述步驟： (I) 采用電阻熱能微弧堆焊技術(shù)對(duì)船用汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子工件的汽封軸頸表面及葉輪盤面損 傷缺陷(深度多0. 3_)進(jìn)行修復(fù)，具體修復(fù)工藝如下： (II) 表面預(yù)處理：對(duì)工件損傷缺陷部位進(jìn)行修整使其表面光順，并去除油污。
[0007] (12)表面焊補(bǔ)：采用精密補(bǔ)焊機(jī)進(jìn)行修復(fù)，精密補(bǔ)焊機(jī)工作模式選擇為精密氬焊 的脈沖點(diǎn)焊狀態(tài)，調(diào)整焊補(bǔ)電流和脈沖時(shí)間，并根據(jù)焊補(bǔ)電流調(diào)整氬氣流量，保證氣體通 暢，之后開始對(duì)工件損傷缺陷進(jìn)行焊補(bǔ)，焊補(bǔ)過程預(yù)留加工余量； (13) 后加工：對(duì)焊補(bǔ)后的工件損傷缺陷表面進(jìn)行修整，使其表面與工件基體尺寸一 致； (14) 檢驗(yàn)：進(jìn)行探傷檢驗(yàn)，以檢驗(yàn)焊補(bǔ)后的工件損傷缺陷部位是否存在裂紋、砂眼類明 顯缺陷，若不存在，進(jìn)行步驟（2)，若存在，去除裂紋、砂眼類缺陷后，返回步驟（12)至（14)。
[0008] (2)采用激光熔覆技術(shù)分別在船用汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子工件汽封軸頸表面和葉輪盤面制備 耐磨抗腐蝕防護(hù)涂層，激光熔覆設(shè)備選擇為固體激光器，具體制備工藝如下： (21) 熔覆層制備：選擇熔覆材料，固體激光器開機(jī)并預(yù)燃成功后調(diào)整固體激光器的透 鏡與工件之間的距離為160~180mm、激光束與工件法線的夾角為15° ~30°，同時(shí)調(diào)整保護(hù) 氣體方向和流量，之后固體激光器開始進(jìn)行熔覆層制備；熔覆過程中保證激光束光斑疊加 量為30%~50%，所形成的各熔池中心均應(yīng)有凹陷小孔，熔覆過程預(yù)留加工余量； (22) 后加工：對(duì)熔覆后的工件表面進(jìn)行加工至要求尺寸和精度； (23) 檢驗(yàn)：進(jìn)行探傷檢驗(yàn)，以檢驗(yàn)熔覆部位是否存在裂紋、砂眼類明顯缺陷，若不存在， 激光熔覆過程完成，在工件汽封軸頸表面和葉輪盤面形成耐磨抗腐蝕防護(hù)涂層；若存在，去 除裂紋、砂眼類缺陷后，返回步驟（21)至（23)。
[0009] 在本發(fā)明的技術(shù)方案中，還包括如下附加技術(shù)特征： 在步驟（12)中，精密補(bǔ)焊機(jī)的焊補(bǔ)電流為80~130A，脈沖時(shí)間為80~140ms，當(dāng)焊補(bǔ)電流 為80~100A時(shí)，氬氣流量為4~6L/min，當(dāng)焊補(bǔ)電流為100~130A時(shí)，氬氣流量為5~9L/min。
[0010] 精密補(bǔ)焊機(jī)所用堆焊材料為ER308焊絲，其直徑為0. 8~1. 2mm。
[0011] 步驟（2)中，在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子汽封軸頸表面制備的耐磨抗腐蝕防護(hù)涂層為采用激光 熔覆鎳基合金粉末Ni60A制備的Ni60A涂層，按重量百分比，所述鎳基合金粉末Ni60A中各 組分含量：C 為 0· 5-L 1%、Si 為 3. 5-5. 5%、B 為 3. 0-4. 5%、Cr 為 15-20%、Fe 彡 5. 0%，其余 為Ni ;在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉輪盤面制備的耐磨抗腐蝕防護(hù)涂層包括采用激光熔覆鐵基合金粉 末43X制備的43X涂層，按重量百分比，所述鐵基合金粉末43X中各組分含量：Mo為1. 4%、 Mn 為 0. 6%、Cr 為 15%、Ni 為 4. 3%、Si 為 1. 3%、B 為 0. 8%、其余為 Fe。
[0012] 在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉輪盤面制備的耐磨抗腐蝕防護(hù)涂層還包括在制備43X涂層之后 激光熔覆鎳基合金粉末IN625制備的IN625涂層，按重量百分比，鎳基合金粉末IN625中各 組分含量：C 彡 0· 03%、M〇 為 8-10%、Fe 彡 I. 5%、Mn 為 0· 2-0. 5%、Cr 為 20-23%、Si 為 0· 3-0. 5%、 Nb 為 3. 15-3. 85%、其余為 Ni。
[0013] 所述鎳基合金粉末Ni60A的粒徑為45~106 μ m，所述鐵基合金粉末43X的粒徑為 53~150 μπι，所述鎳基合金粉末IN625的粒徑為53~150 μπι。
[0014] 所述固體激光器為YAG固體激光器，其工作電流為280~320Α，脈寬為3. 0~3. 2ms， 頻率為6~10Hz，送粉量為5~10g/min。
[0015] 在步驟（14)與步驟（2)之間還包括有對(duì)焊補(bǔ)后的船用汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子汽封軸頸和葉 輪盤面進(jìn)行形狀修整及非熔覆表面保護(hù)的步驟。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果： 1、 采用本發(fā)明一種船用汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子損傷修復(fù)方法對(duì)船用汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子汽封軸頸和葉輪 盤面上深度較大(深度多0. 3mm)的腐蝕凹坑、沖蝕凹坑等損傷缺陷進(jìn)行修復(fù)時(shí)，首先采用電 阻熱能微弧堆焊技術(shù)對(duì)損傷缺陷進(jìn)行焊補(bǔ)，焊補(bǔ)后的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行修整之后采用固體激 光器利用激光熔覆技術(shù)在其表面制備耐磨抗腐蝕防護(hù)涂層，然后經(jīng)后加工達(dá)到汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子 汽封軸頸和葉輪盤面的要求尺寸。采用電阻熱能微弧堆焊技術(shù)和激光熔覆技術(shù)制備出的功 能涂層，外觀均勻、組織致密，熔覆層與基材之間形成冶金結(jié)合，且稀釋率低，有效解決了汽 輪機(jī)轉(zhuǎn)子汽封軸頸易磨損、葉輪盤面易遭受蒸汽沖蝕的難題； 2、 不僅可以將汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子關(guān)鍵易損部位尺寸還原，而且修復(fù)之后的汽封軸頸和葉輪盤 面耐磨性能遠(yuǎn)超過基體，大大延長(zhǎng)了船用汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的使用壽命，經(jīng)實(shí)踐得知，采用本發(fā)明 修復(fù)方法對(duì)船用汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行修復(fù)，其使用壽命可延長(zhǎng)5倍以上； 3、 激光熔覆時(shí)采用固體激光器，固體激光器發(fā)射的脈沖激光，只在每一激光光斑點(diǎn)處 陸續(xù)形成熔池，則下一個(gè)熔池形成時(shí)，前一熔池已經(jīng)得到了冷卻，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)涂層的快速 加熱和快速冷卻，不會(huì)產(chǎn)生溫度積聚，利于應(yīng)力釋放，避免裂紋產(chǎn)生，從而涂層厚度可層層 疊加，工件溫度能夠控制在80°C以下，避免影響工件的熱處理性能。
【附圖說明】
[0017] 圖I (a)為激光熔覆Ni60A涂層的金相組織照片； 圖I (b)為激光熔覆Ni60A涂層的掃描電鏡照