催化煙機(jī)導(dǎo)向葉輪葉片的修復(fù)

趙久國(guó)，韓豫，何志剛，周選民

（中油股份獨(dú)山子石化分公司研究院設(shè)備研究所，新疆 獨(dú)山子 833600）

催化煙機(jī)導(dǎo)向葉輪葉片的修復(fù)

趙久國(guó)，韓豫，何志剛，周選民

（中油股份獨(dú)山子石化分公司研究院設(shè)備研究所，新疆 獨(dú)山子 833600）

本文較為詳細(xì)地討論催化裝置的煙氣輪機(jī)導(dǎo)向葉輪葉片的焊接及熱噴涂修復(fù)工藝。

煙氣輪機(jī)；導(dǎo)向葉輪葉片；焊接；熱噴涂；修復(fù)

煉油廠催化裝置氣輪機(jī)導(dǎo)向葉輪由于長(zhǎng)期在六、七百度的高溫?zé)煔忸w粒的沖蝕下使用，葉輪上導(dǎo)向葉片表面出現(xiàn)了大量的沖蝕槽，葉片上有些較薄部位已穿透。嚴(yán)重影響了葉輪的煙氣導(dǎo)向效果，因此需對(duì)葉輪葉片進(jìn)行修復(fù)。

1 修復(fù)方案

我們針對(duì)葉輪的使用環(huán)境及導(dǎo)向葉片結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用情況確定了以下修復(fù)方案和修復(fù)目標(biāo)：（1）采用焊接方法復(fù)原葉片的表面形狀，恢復(fù)葉片的導(dǎo)向作用；（2）選用的補(bǔ)焊材料成分與母材一致，保證葉片的高溫強(qiáng)度與抗沖蝕性能；（3）補(bǔ)焊后的葉片表面不允許有裂紋存在；（4）對(duì)補(bǔ)焊修磨后的葉片表面進(jìn)行熱噴涂，加強(qiáng)葉片表面的耐磨性和抗沖蝕性能，從而延長(zhǎng)葉片的使用壽命。

2 焊接

2.1 焊接性能分析

導(dǎo)向葉片材料為 Cr15Ni35W5Ti3Al2 屬于鑄造鐵基高溫合金，其化學(xué)成分復(fù)雜，熱強(qiáng)度高而塑性較低，可焊性差，因此修復(fù)葉片有很大的難度。這種高溫合金主要的焊接問(wèn)題有以下三個(gè)方面。

易產(chǎn)生焊接熱裂紋。鑄造鐵基高溫合金在焊接中易產(chǎn)生結(jié)晶熱裂紋，是由于其合金組元復(fù)雜，本身的物理特性及焊接工藝特點(diǎn)所致，其合金在結(jié)晶過(guò)程中形成方向性極強(qiáng)的單向奧氏體柱狀晶，促使低熔點(diǎn)共晶物在晶聚集，而高合金的線膨脹系數(shù)較大，在焊接應(yīng)力作用下易產(chǎn)生裂紋。

焊接熱影響區(qū)的粗晶區(qū)容易產(chǎn)生近縫區(qū)液化裂紋。高溫合金的合金系統(tǒng)決定了合金的凝固溫度區(qū)間較大，大部分高溫合金都具有液化裂紋傾向，并隨著合金元素的增加液化裂紋傾向越顯著，在焊接時(shí)應(yīng)盡可能的降低熱輸入和減小過(guò)熱區(qū)及母材高溫停留時(shí)間。

焊縫與母材的等強(qiáng)性問(wèn)題。高溫合金焊接接頭的高溫強(qiáng)度和塑性或多或少均低于母材，過(guò)熱區(qū)存在著顯著的晶粒粗化現(xiàn)象，雖然粗晶粒有助于高溫瞬時(shí)強(qiáng)度和持久強(qiáng)度，但嚴(yán)重降低高溫塑性和疲勞強(qiáng)度。對(duì)于催化的導(dǎo)向葉片來(lái)說(shuō)，修復(fù)后只需要高溫強(qiáng)度達(dá)到要求。因此，在不出現(xiàn)裂紋的情況下， 允許粗晶區(qū)存在，且采用同質(zhì)（或成分接近）焊絲和合適工藝能夠滿(mǎn)足焊縫謹(jǐn)慎的高溫強(qiáng)度。

2.2 焊接工藝特點(diǎn)

由于奧氏體鋼的焊接方法也適用于高溫合金，因此采用鎢極氬弧焊，但高溫合金焊接要求更為嚴(yán)格，應(yīng)注意以下幾個(gè)方面。

第一，焊前清理。葉片表面存在著難溶氧化膜，焊接時(shí)易成為焊縫夾雜物，甚至妨礙正常焊接。焊前或多層焊的層間，應(yīng)用丙酮清洗表面污物，烘干后用不銹鋼鋼絲刷徹底清理待焊處，直至露出金屬光澤，之后立即施焊，清理之后的葉片如用手和臟物接觸或存放時(shí)間超過(guò)1小時(shí)，焊前應(yīng)重新清洗或清理。

第二，焊接坡口設(shè)計(jì)及焊后處理。高溫合金的流動(dòng)性和潤(rùn)濕性差為了便于操作和利于溶敷金屬與母材充分融合，坡口角度可適當(dāng)大些，對(duì)于又又深的沖蝕槽，用磨光機(jī)打磨坡口深寬比小于 1/2，全部焊好后用磨光機(jī)將葉片按標(biāo)準(zhǔn)葉片修磨。對(duì)于補(bǔ)焊的葉片，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可在焊態(tài)使用，可不進(jìn)行焊后熱處理。

第三，焊絲的選擇。由于葉片數(shù)量較多，檢修時(shí)間短而且沒(méi)有相應(yīng)的焊絲，因此為了能達(dá)到母材的化學(xué)成分，保證高溫強(qiáng)度，避免產(chǎn)生熱裂紋。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)篩選，采用以下辦法來(lái)滿(mǎn)足修復(fù)條件，選用1Cr18Ni9Ti為基本焊絲，其成份與葉片材料相比，需添加 Ni、W 、Mo三種金屬元素。將純鎳薄金屬片剪1平方毫米左右的小片 W 、Mo絲剪成 1mm的小段，與所溶化的焊絲按 1:0.3: 0.1:0.06的近似比例將 W 、Mo的碎片放在待焊處，然后焊接，經(jīng)實(shí)驗(yàn)這樣混合熔化后，焊縫金屬的化學(xué)成分與母材較為接近，既保證了焊縫強(qiáng)度，又使焊縫成為含有較高 Mo及 W 的 Ni_ Cr_Mo_w系合金系統(tǒng)，有較的抗裂性。

第四，減少接頭過(guò)熱。首先在工藝方面，采用氬弧焊，用小線能量、窄焊道和稍慢的焊接速度。鎢極直徑選取 2mm，焊接電流 I=50~70A，弧長(zhǎng)不大于 2mm，焊 接 速 度 V=0.17～ 0.22M/min， 氣 體 流 量 7～ 9L/ min，對(duì)于較長(zhǎng)的沖蝕坑（＞ 25mm）要分段，短道焊，每段長(zhǎng)度不超過(guò) 15mm。較深的部位采用多層多焊道工藝。焊接如果溫度上至 60℃以上，立即停止焊接使其自然冷卻至室溫，其次是外界影響。用紫銅板（厚2～4mm）制作靠模水箱，靠模型狀與葉片背面弧度一致，使葉片背面與紫銅板緊貼在一起，這樣可以加強(qiáng)冷卻的效果，提高修復(fù)效率。

第五，加強(qiáng)保護(hù)，防止合金氧化。鐵基高溫合金中多數(shù)合金組元對(duì)氧的親和力較大，焊接時(shí)由于保護(hù)不夠而導(dǎo)致氧化燒損，將會(huì)嚴(yán)重降低合金的使用性能。在氬弧焊時(shí)，氬氣的純度要達(dá)到 99.99%，以保證最大的合金元素過(guò)渡系數(shù)。尤其要注意葉片邊緣焊接的保護(hù)，如生產(chǎn)氧化膜應(yīng)及時(shí)用鋼絲刷去除。對(duì)于穿透部位的焊接，背面要通氬氣保護(hù)，Q=2～ 3L/min。

3 噴涂部分

為了延長(zhǎng)導(dǎo)向葉輪的使用壽命，加強(qiáng)高溫耐磨性，在焊接修復(fù)恢復(fù)葉片外型后，又在葉片表面熱噴涂防高溫沖蝕的涂層，涂層分為兩層，第一層為鎳鉻鋁層 ( Ni— Cr —Al)，這是一種自粘性的碳化鎢粉末，自粘性良好，且表面光潔，有一定的耐磨性。第二層為鈷、鉻、鎢（Co—Cr—w）耐高溫沖蝕工作層。噴涂過(guò)程分為兩個(gè)方面。

3.1 準(zhǔn)備工作

對(duì)葉片表面應(yīng)嚴(yán)格清理。先用丙酮清洗，再進(jìn)行噴砂處理噴砂后不允許用手觸摸，并置于清潔處。噴砂后的葉片應(yīng)盡快進(jìn)行噴涂，放置時(shí)間不超過(guò)1小時(shí)。葉片的尖銳棱角應(yīng)用磨光機(jī)倒成圓角（R=0.3～ 0.5），以防止涂層脫落。

3.2 噴涂工藝

對(duì)葉片的預(yù)熱至 150℃左右，以消除應(yīng)力和水汽，提高涂層的結(jié)合強(qiáng)度。在噴涂過(guò)程中打底層粉末的鋁鎳發(fā)生化學(xué)放熱反應(yīng)，生出大量的熱。產(chǎn)生瞬時(shí)高溫，與基材互相產(chǎn)生原子擴(kuò)散，使打底層與葉片表面形成顯微冶金結(jié)合。打底層的 厚度為 0.1～ 0.2mm。之后用鋼絲刷輕刷打底層表面，除去氧化顆粒，然后再?lài)姽ぷ鲗臃勰┕ぷ鲗颖砻鏈囟瓤刂圃?200～ 260℃。噴涂工作結(jié)束后，葉片應(yīng)空冷以防止涂層脫落或起皮。

4 修復(fù)效果及效益

4.1 修復(fù)效果

該葉輪投入使用兩年后經(jīng)檢查，葉片表面只有輕微的磨損，葉輪仍可正常使用，說(shuō)明修復(fù)效果良好。

4.2 社會(huì)效益

該葉輪損壞后當(dāng)時(shí)沒(méi)有現(xiàn)貨，最快訂貨時(shí)間三個(gè)月，這將嚴(yán)重影響催化裝置的開(kāi)工時(shí)間達(dá)兩個(gè)半月。我們修復(fù)葉輪后使催化裝置如期開(kāi)工生產(chǎn)，社會(huì)效益巨大。

4.3 直接效益

直接經(jīng)濟(jì)效益 =葉輪價(jià)值—修復(fù)成本 =30-6=24萬(wàn)元。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）催化裝置導(dǎo)向葉輪葉片損壞后，采取上述焊接和噴涂修復(fù)技術(shù)及工藝，經(jīng)實(shí)踐證明是可行的。

（2）采用一定比例合金薄片（Ni—Cr—Mo—W）在焊接修復(fù)鑄造鐵基高溫合金葉片時(shí)，可達(dá)到滿(mǎn)意的合金元素過(guò)度效果。

（3）把以鎳鉻鋁放熱的自粘性碳化鎢粉末做為打底層，鈷鉻鎢粉末做為工作層具有良好的抗高溫沖蝕性。

TH311

A

1671-0711（2017）07（下）-0229-02