摘要：本文对汽轮机叶片发生断裂的机现进行剖析，并制定相应焊接工艺，以期对汽轮机叶片实施及时的修复，提高经济效益。
关键词：汽轮机；叶片；焊接
引言
叶片是汽轮机的重要零部件之一。几千片叶片安装在转子上，在高温、高压、高速工况下旋转工作，其可靠性和安全性直接关系到汽轮机整机的安全和稳定运行。据报导，在汽轮机事故中，叶片事故占了很大比例，造成巨大的直接和间接损失。因此，必须高度重视叶片质量，对运行中造成的磨损及断裂等情况进行了焊接修复。
1 汽轮机叶片断裂机理
1.1 工作温度对汽轮机叶片的影响
汽轮机运转时，靠的是叶片提供动力。而汽轮机的工作环境多为水下等较为恶劣的环境，尤其在有电解质溶液存在的条件下，加之高温环境促进了电解平衡的正向移动，使得汽轮机的叶片不可避免的承受着非常严重的电化学腐蚀，这种腐蚀带来的危害远大于其他类型的腐蚀，因此有可能会导致叶片断裂，进而阻碍了工作的正常进行，甚至危害工作人员的生命健康。有的工厂因为生产需要，会有很高的温度，如：冶金、机床加工等等，汽轮机叶片在这样的环境下是否能够正常运转很大程度上决定了其是否断裂。汽轮机叶片因工作时的功能不同，且转速不同，使得各级叶片的实际温度都不一样。显然，叶片所处温度从第一级至最后一级逐级递减，但递减程度每级之间又有不同。值得说明的一点是，因为最后一级叶片的温度较低，会存在少数尚未高温气化完全的水分子，且呈游离状，它们会遇冷液化为小水珠，在高速转动的叶片形成的超大气压下冲击叶片，发生水冲侵蚀并产生较大不良影响。
1.2 电化学腐蚀对汽轮机叶片的影响
若汽轮机在潮湿环境下工作，则周围充满着大量的水蒸气，水蒸气中所含的氧气会与构成叶片的活跃金属发生得失电子的化学反应，即人们通常所说的氧化还原反应，对叶片造成一定程度的腐蚀，使其强度下降，引发断裂。还有一种更为严重的腐蚀就是电化学腐蚀，因为汽轮机工作的环境中存在电解质溶液，常见的有饱和硫酸盐溶液等等，在有水的情况下形成电解池，使得叶片中的金属不断被电离，最终因叶片的工作强度消失而断裂。典型的例子就是汽轮机叶片的点蚀现象，金属叶片与电解质溶液之间形成原电池，此时作为电池阳极的叶片会因失去电子变为游离的离子发生溶解，造成强度渐渐降低，还有保护叶片的钝化膜一旦因产生裂纹而暴露在溶液中时，仍然会形成原电池而导致叶片的化学成分发生一定程度的改变。在各种外力相互叠加的作用下，汽轮机叶片可能会由起初的几个很小的裂纹继而逐渐过渡成为很大的裂纹，当其扩大到无法弥补的尺寸时，叶片就会因裂纹过大而丧失强度发生断裂。除此以外，汽轮机本身也是有可能造成叶片断裂的。汽轮机的叶片在转动的时侯，若根部固定不牢，随之而来的就是引起叶片振动，振动带来的相互摩擦会造成叶片损伤。
2 焊前准备
2.1 对材料的化学成分进行分析
在材料化学成分的分析上 利用 LinK-exi-Ⅱ型能谱仪，其分析结果见图1通过对该化学成分的分析可以看到，叶片符合 GB8732 -88 2Cri3 的基本标准，所以该叶片的材质应该为2Cri3。
图1 叶片的化学成分
2.2 对可焊性进行分析
选择适合的焊接方法，因为 2Cri3 本身属于马氏不锈钢，所以在焊接过程中其接头部分极易发生冷冽纹、淬硬等问题，尤其是该钢种成分的最大特点是会使组织处于马氏体与铁素体之间。焊接过程中，如若冷却的速度较慢，那么焊缝区域就会产生较为粗大的铁素体及碳化物，使整体的塑性与韧性被大大降低。如若冷却的速度过快，那么焊缝区域就会产生较为粗大的马氏体组织，使接头的塑性与韧性大大降低。因此，为了确保接头的韧性，就必须对冷却速度进行严格的控制，即在进行焊接前实施必要的预热工作，并且在焊接过程中严格控制热输入量。因为焊后组织之中往往会存在着马氏体与贝氏体，所以在焊后应该进行必要的热处理，使马氏体与贝氏体都能够转变为索氏体。由于手工电弧焊是在氖气的保护下进行的，所以在焊接过程中造成的合金元素烧损较少，热量也较为集中，操作相对便利，故可采用手工氖弧焊。
2.3 焊接材料
采用铬202或铬207不锈钢焊条，可以得到与母材化学成分相近的焊缝金属，焊缝和热影响区的机械性能，耐腐蚀性、减振性都与母材相近，为了尽可能减小残余应力和热影响区，焊接时宜选用小直径焊条（囟2.0mm）和小焊接电流。
2.4 焊接设备
ZX7-315逆变电焊机采用直流正接，焊接电流50-55A。
2.5 坡口的加工要求
坡口开成V型，坡口角度600-700，钝边为0.5mm，根部对口间隙不小于1mm，如图2：
图2
考虑新旧叶片的配合问题，要对新叶片多余重量从顶部去除，确认新配叶片的重量及坡口尺寸完全符合要求，方可对口施焊，焊接时中间应放入青壳纸，防止加工与焊接时上下叶片损伤。施焊前需进行试焊，施焊的样板要和实际焊接尺寸相符，并对试件进行硬度及着色检验，合格后，方可进行正式施焊。
3 焊接工艺
焊前需把铬207焊条经300益左右烘焙1小时。叶片预热由操作熟练的气焊工担任，用氧乙炔局部均匀预热300益左右，预热温度要缓慢上升，预热范围在焊缝二侧30-50mm左右，预热温度控制用红外线测温仪测温控制。由玉类高压合格焊工担任，焊接时现场无外界干扰。把末级叶片转在平焊位置进行施焊，焊接时不能在叶片引弧，焊接引弧应在专用的引弧板上引弧，待电弧稳定后再逐渐引入坡口，焊接时焊条不做横向摆动，采用多层多道焊，以连弧焊为宜，收弧时要填满弧坑，以免产生火口裂纹。焊接时应注意要熔合良好，避免根部未焊透，层间未熔合，气孔、夹渣、裂纹、咬边等缺陷。焊缝的加强面应在1mm左右为宜，在焊缝清理过程中发现缺陷应立即修补。若焊缝温度降低在限制温度以下时，需重新加温至300益左右后方可施焊。焊接工作结束后，将叶片与引弧板的连接焊缝锯开，然后用磨光机和锉刀将叶片修复好。焊后用石棉被或超细棉保温，让其缓慢冷却到100益，紧接着进行焊后热处理。
4 焊后热处理
热处理必须是富有经验的气焊工担任加热。焊后热处理温度680益-720益。加热范围在焊缝两侧30-50mm，温度上升要缓慢均匀，用红外线测温仪控制温度，温度达到要求后恒温5分钟左右，用石棉被或超细棉进行保温缓慢冷却。焊后热处理后要对焊缝进行打磨至平滑过渡，宏观检查不得有咬边、裂纹等缺陷后，进行着色探伤检验。
5 焊接质量检验
成型的焊缝十分美观，叶片并未出现明显的变形问题。着色探伤表面并未出现裂纹。在焊缝区域-热影响区域分别找3个点，对其硬度实施试验，确定该硬度符合叶片焊接后焊缝区-热影响区的硬度值规定。
结束语
造成汽轮机末级叶片断裂的重要原因就是应力腐蚀问题。为防止应力腐蚀问题的发生，应对蒸汽品质-湿度进行控制，从而降低蒸汽中的腐蚀介质浓度。运用上述阐述的焊接方法对叶片进行修复，不仅能避免更换叶片的人力-物力损失，还能避免对其他叶片造成损坏，具有一定的实用性，应加以深入研究与探讨。
参考文献
[1]贾治.汽轮机叶片的焊接工艺[J].科技创新与应用.2014(04).
[2]王文丹.汽轮机叶片加工新技术分析[J].现代制造技术与装备.2015(06).
[3]梁天赋.浅谈激光加工技术在汽轮机叶片制造中的应用[J].内燃机与配件.2018(04).
论文作者:张大旺
论文发表刊物:《电力设备》2018年第24期
论文发表时间:2019/1/8
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