300MW汽輪機末級葉片焊接修復工藝

王觀全

摘 要：針對300MW汽輪機末級葉片焊接修復工藝進行論述。

關鍵詞：汽輪機末級葉片；焊接；修復工藝

針對#8汽輪機末級低壓缸2Cr13鋼葉片出現的大量缺扣，通過葉片裂紋補焊修復資料及焊接規程規定。確定采用鎳基焊接材料的TIG焊接工藝，司太立合金片采用銀釬焊工藝對#8機末級葉片進行焊接修復。

修復工藝：

1 汽輪機葉片為高速轉動部件，對汽輪機乃至整套機組發電起決定性作用，葉片出現缺口會給機組的運行安全性造成很大威脅

1.1 葉片缺口修復焊接性能分析

1.2 2Cr13屬典型的簡單成分馬氏體不銹耐熱鋼，其化學成分及常溫力學性能。

1.3 2Cr13鋼碳含量較高，合金含量高，在焊接時易產生淬硬的馬氏體組織。該鋼強度較高而塑韌性偏低，因此焊接時產生冷裂紋的可能性很大；同時該鋼的成分特點使其焊縫組織往往處在馬氏體-鐵素體之間，會產生粗大的馬氏體組織，會降低接頭的塑性和韌性。

1.4 經補焊后的2Cr13鋼葉片，其性能受到工況的不利影響后，增大了焊接的難度。為了防止2Cr13鋼葉片補焊時產生冷裂紋，保證接頭性能，則應進行必要的焊前預熱，并采用熱量集中的焊接方法，以控制焊接線能量和冷卻速度。

2 葉片缺口修復工藝方案可行性分析

2.1 選用鎳基焊接材料：NiCrFe-3焊絲熔敷金屬化學成分及常溫力學性能接近。

2.2 ERNiCrFe-3焊絲化學成分中Cr的含量與2Cr13鋼相近；焊縫金屬中59%的Ni含量不僅使其塑性提高，同時還降低了裂紋的可能性，改善了焊接性能；鎳基焊材熔敷金屬抗拉強度比2Cr13鋼低100MPa，按低匹配原則可行，但熔合比的作用會使焊縫金屬強度提高；鎳基焊材塑性指標高于2Cr13鋼14%，因此形成的補焊焊縫為低強度高塑韌性，有利于防止裂紋產生。

2.3 鎢極氬弧焊方法：鎢極氬弧焊方法屬于低氫焊接法，能使接頭中的氫降到最低程度，同時TIG焊接熱量較集中，明弧易于控制，可使脆性降低，有利于提高焊縫金屬的塑性和韌性，并降低了冷裂紋的可能性。

2.4 焊前預熱焊后可免做熱處理：采用焊接預熱及緊急后熱處理，可免做焊后熱處理。這是由于選用鎳基焊材可實現高塑韌性焊縫金屬TIG小線能施焊，晶粒細小，配合錘擊焊縫并及時消氫處理，因而使焊接接頭應力及擴散氫含量降低，保證了接頭性能。

3 葉片裂紋補焊修復工藝

3.1 焊前清理。坡口兩側在正背面10～15mm用砂紙或鋼絲刷清理至見金屬光澤，并用丙酮擦洗干凈。

3.2 焊接設備及方法。選用高頻逆變直流焊機及TIG焊接方法。

3.3 焊接材料。ERNiCrFe-3 Φ2.0mm焊絲。

3.4 焊前預熱及層間溫度。用氧乙炔中性焰預熱，待焊處至350℃以上，層間溫度大于300℃。

3.5 焊接位置及順序。平焊位置短段多層多道焊、單面焊雙面成形。

3.6 趁熱錘擊焊縫金屬，以消除接頭應力。

4 補焊工藝要點

（1）焊機地線宜直接接在補焊葉片上，夾持牢固，以免引起電火花損傷葉片表面。

（2）焊前預熱及層間溫度。采用氧乙炔火焰中性焰加熱葉片待焊處（80～100mm），溫度控制在350℃，預熱以葉片厚度較大側為主。焊接場所做好防風保溫措施，及時用遠紅外或激光測溫儀測量葉片溫度，控制層間溫度不低于300℃，當低于300℃時則停止補焊，重新加熱后方可再施焊。

（3）背面充氬氣保護，采用較大規格的氬弧焊把，從葉片背面對補焊處進行充氬氣保護，并移動焊把以達到良好的保護效果，以免背面根層焊縫氧化。

5 焊接操作工藝要點

（1）從坡口的內端向葉片邊緣施焊，或從葉片邊緣向坡口內端施焊，單面焊雙層成形。

（2）單個葉片有多處缺口的，應一次完成制備坡口，逐一補焊，以避免增大裂紋間距為原則來選用焊接順序。

（3）采用多層多道焊，每層焊縫厚度控制在2mm左右，層道間溫度為300℃左右，當溫度不足時需再次加熱達300℃左右。

（4）每焊完一段焊縫（宜30～50mm）要趁焊縫紅熱狀態時快速錘擊，以達到錘擊消除應力的最佳效果。

（5）背面充氬氣保護焊縫余高1mm左右，葉片邊緣應補焊超出約1mm。

（6）焊后立即用氧乙炔火焰中性焰將補焊接頭80～100mm的范圍內加熱到350℃左右，以進行去氫處理。

（7）焊后熱處理后立即用石棉布或石棉絨包扎緩冷。

（7）對焊縫內外表面打磨至符合要求。

6 質量檢驗

（1）外觀檢驗。①補焊焊縫外觀未發現裂紋、未熔合等面狀缺陷；②葉片變形量≤1.0mm。

（2）無損探傷。采用表面著色探傷，未發現裂紋、未熔合等缺陷。

（3）硬度檢驗。檢測葉片補焊焊縫及熱影響區硬度，符合要求。

總之，經過多年電站運行表明，修復末級葉片水蝕缺損技術是安全、可靠、先進的，與其它方法相比修復周期短（12天-15天），成本低、工期短、經濟性好，目前以廣泛成為電廠修復葉片的首選方案。