末级叶片放水蚀技术.docx
- 文档编号:24146324
- 上传时间:2023-05-24
- 格式:DOCX
- 页数:11
- 大小:798.03KB
末级叶片放水蚀技术.docx
《末级叶片放水蚀技术.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《末级叶片放水蚀技术.docx(11页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
末级叶片放水蚀技术
1叶片水蚀及其防护
汽轮机内过热蒸汽在末级发生冷凝,湿蒸汽中的水滴以高速在圆周方向上冲击动叶片的进汽边,以其机械作用冲蚀叶片而引起水蚀(亦称水刷)。
产生水蚀的主要因素是蒸汽的湿度,水滴的大小、速度以及它们相对动叶片的冲击角度。
为了减弱叶片的水蚀,首先从设计上提出防水蚀的所谓“积极”方法,如降低蒸汽湿度,采取去湿装置,汽水分离,增加静叶和动叶轴向间隙等一系列疏水措施。
其次是防护由残余水滴引起的水蚀,加强叶片本身保护的所谓“消极”方法。
在有去湿措施的前提下,再对叶片进行保护防水蚀效果才会最好。
叶片水蚀主要出现在叶片上部约1/3长度区域,叶片的严重水蚀,不但降低汽轮机效率和叶片使用寿命,而且长期运行会造成叶片断裂事故,危急安全运行。
叶片本身防护,其原则是在进汽边形成具有一定硬度和良好抗水蚀性能的保护层,厚度一般在1.2~2.0mm。
对叶片的防护可以分为表面硬化和焊接司太立合金片两类方法。
前者是在叶片进汽边上采取:
镀硬铬、表面淬硬、电火花强化、喷涂和表面改性方法等;后者是在叶片进汽边钎焊、氩弧焊、电子束和激光焊司太立合金片。
见图1叶片防水蚀方法示意图。
图1叶片防水蚀方法示意图
1钎焊2氩弧焊3电火花强化4表面淬火
普遍的看法是叶片表面硬化方法不如焊接诶司太立合金片效果好,实践运行也证明,采取一般的表面硬化方法,防水蚀效果差。
因为一般的表面硬化方法,都是形成脆硬的薄层,水蚀后容易产生裂纹或脱落,而司太立合金,特别是轧制和压型的整条合金片,不但具有一定的硬度和塑性,而且金属结构具有变形能力。
尽管超过一定范围也会出现水蚀现象,但司太立合金抵御断裂能力好,特别是采用钎焊方法,对于防止因合金片破坏而引起叶片的断裂又有独到之处,同时,易于更换水蚀严重的合金片。
司太立合金具有极高的组织稳定性,由于硬度较高,水滴撞击时只能引起小量变形,不易形成裂纹,硬度与塑性的共存,使它成为适用于叶片的防水蚀材料。
特别是采用国内研发的具有一定变形能力的StelliteNo6B合金,将过去采用的短片铸造合金片改为可变形的具有一定形状的整条合金片,不但防止了短片焊缝间易引起叶片裂纹,而且提高了防水蚀性能。
因此,人们把经锻造、轧制和压型的合金片称为防蚀片。
至今,世界上仍广泛采用这种理想的防水蚀材料。
2叶片水蚀的防护方法
2.1电火花强化
叶片表面电火花强化是利用硬质合金电极熔化与工件表面结合成一层牢固的覆盖层用于防水蚀。
其实质是在电容放电的作用下,将硬质合金从电极定向转移到叶片上,形成一层硬化复层,强化层硬度HRC48~62,厚度一般在0.15~0.3mm,同时强化层下的基材金属淬火硬化,一般层深0.15~0.35mm。
生产中电火花强化很难得到均匀致密的复层,尤其是采用大直径电极和大功率的情况下,复层致密性更差,使硬度降低。
采用细电极小功率的多层强化,可以大大提高致密性,提高抗水蚀性能,则工期非常长,生产率大大降低。
电火花强化的比强化时间为2~3min/cm2,生产率为0.23~0.28cm2/min。
目前在小于450mm的次末级叶片仍然采用,并且一直按指定的工艺标准进行生产。
由于电火花强化设备简单、操作灵活和在电厂检修时修复方便的特点,适用于叶片水蚀后的修复。
2.2喷涂
在叶片受水蚀部位喷涂硬质合金保护层,是一种比较理想的方法。
人们很早就提出过将该项技术用于叶片防水蚀。
国内过去曾对火焰喷涂,等离子喷涂和爆炸喷涂作过试验研究。
喷涂的特点是工件基材不熔化,稀释率为零,对基材性能影响不大,但是,涂层与基材是机械嵌合,结合力低,同时,涂层薄,在高速运转及水冲击下,降低了抗水蚀效果,因此在制造厂至今未能在生产中应用。
随着喷涂技术的发展,以及自粘性涂层材料的出现,使涂层致密性提高,同时涂层与基体金属形成冶金粘结的微观粘结,使结合力提高。
对于目前最先进的超音速喷涂技术,以用在叶片维修上,效果有待观查。
2.3表面淬硬
利用火焰或中、高频感应加热和激光淬火,使叶片进汽边表面淬硬。
是一种简单易行的防水蚀方法。
普遍认为表面淬硬尽管提高了硬度具有一定的防水蚀效果,但是,硬度并不是抗水蚀的唯一指标,它和结构以及变形能力有关,也就是说硬度对耐磨性能是必要的,但不是唯一的,还必须具备抗冲击性才能使耐磨性发挥出来。
试验证明,尽管淬火硬度高于司太立合金,但其抗水蚀性能却不如司太立合金。
表面淬硬具有工艺简单,操作容易,成本低,生产率高的特点,然而对淬火温度和硬度的控制以及保证所要求的淬硬层厚度和避免整个进汽边淬透,残余应力和变形大,淬火区叶片基体上形成一个软化带等问题的存在,必须得到解决。
同时运行后一旦叶片产生严重水蚀或裂纹,就难以修复必须更换叶片。
作为技术储备,我们分别进行了高频淬火和电子束表面处理试验,ZCr13叶片进汽边表面高频淬火,效果比较满意。
高频淬火硬度试验结果见表5
表5硬度试验
硬度
测点
试件号
HRc
淬火
时间
1
2
3
4
5
6
7
8
1
53.5
47
55
47
52
45.5
51.556.5
45.5
57.5
54.5
57
52
54.5
51.5
50
49.5
50秒
2
24
54
51.5
39.5
22.5
25
40秒
3
40
20
23.5
42
27.0
29
35秒
4
31
30
42
30
50
35
42.5
40.5
39
36
30秒
5
51.5
30
39
48
28.5
25秒
6
49.5
37
48
46
53
36
55.5
48
55
50
55
53
45秒
7
51
51
38
41
39
55
53
56
49
40秒
注:
硬度值分别为车间和试验室的试验结果。
在电子束表面处理试验中,分别进行电子束表面硬化处理、电子束表面合金化、电子束表面熔凝处理和电子束熔敷处理,试验结果见表6。
表6电子束表面处理试验结果
电子束处理类别
材料类别
表面层硬度(HV)
合金层尺寸(宽×深)mm
基材Tc4
320
表面熔凝处理
基材
400
8.2×2.2
表面合金化处理
Tc4+Al
557
7.3×0.2
表面合金化处理
Tc4+Zr0/Ni
640
8.2×0.9
表面合金化处理
Tc4+Ni
720
8.2×0.8
表面熔敷处理
Tc4+CoCrW
840
8.1×1.0
金相试验:
截取试块的金相组织见图1~图5。
图2Ti-6Al-4V原始组织×320
图3Ti-6Al-4V熔凝处理组织×320
图4Ti-6Al-4V电子束Ni合金化组织×320
图10-5Ti-6Al-4V电子束Al合金化组织×320
图6Ti-6Al-4V电子束Zr合金化组织×320
熔凝处理和Ni、AlZr合金化都具有较好的工艺性能,硬化层表面光滑、平整、美观,均提高了硬度。
其中Ni合金化的硬化层组织细,硬度最高,硬化层厚度可以满足防水蚀1—2mm的要求,其尺寸可根据需要选定。
电子束表面处理将会在防水蚀、耐高温、耐磨损、防腐蚀以及零件修复等方面得到推广应用。
2.4叶片焊接司太立合金片
叶片和司太立合金片的焊接方法有钎焊、氩弧焊,对于小机组普遍采用火焰钎焊,而大机组长叶片多是高频钎焊和氩弧焊。
叶片钎焊司太立合金片是比较普遍和成功的方法,而由火焰钎焊改为高频钎焊技术上更加先进,因为感应加热可以避免火焰加热叶片容易过热和局部淬硬等现象,同时感应加热均匀迅速,整个钎焊时间短,热规范容易控制和调节,使钎焊质量进一步提高。
氩弧焊是继钎焊后应用在大机组长叶片司太立合金的焊接,分析其原因,可能是因为叶片长,离心力大,水蚀严重,而钎焊难以保证100%的结合面积,运行中容易产生“开焊”的情况而采用的。
钎焊和氩弧焊各具特点。
钎焊工艺比较简单、操作方便,而氩弧焊工艺比较复杂,在焊前预热和必须经焊后热处理消除应力和改善接头性能,生产周期相对较长。
3叶片高频钎焊合金片工艺要点
高频钎焊工艺要点:
末叶片采用高频钎焊整条司太立合金片工艺方法,已广泛用于汽轮机、核电防水蚀。
钎焊过程主要包括焊前准备,合金片装配,钎焊,质量检查等工序。
焊前准备,包括叶片凹槽和合金片的打磨清洗,以及钎剂的准备。
合金片扭曲成形,使其适合叶片进汽边形状,以保证与叶片进汽边贴合良好,要求间隙小于0.1mm。
这是结合强度和提高效率的重要保证。
钎焊,按工艺规程进行钎焊,为了防止叶片变形和保证质量,采取分段加热和均温,按要求分为钎剂排汽、钎剂熔化、钎料熔化和均匀流动几个加热阶段,并且控制好各温度区间的保温时间,使得整个钎焊区域温度均匀。
焊接质量检查,在外观检查合格后进行X射线检查,按技术条件进行验收。
3.1前料和钎剂
钎料:
汽轮机生产中叶片拉筋和司太立合金片的钎焊,是在叶片完工以后进行,要求前料的熔化温度不宜过高,以免影响叶片的性能,同时为了防止开焊剥落,钎接强度必须满足技术要求。
为此,所选择的钎料具有较高的强度,良好的工艺性能和较低的熔化温度。
银钎料具备上述要求,过去一直使用BAg45CuZn。
随着大功率机组长叶片的生产,一方面要求钎焊强度提高,同时为了适应叶片较低的回火温度,必须使钎料熔化温度有所降低,为了适应生产需要,试验了银铜锌镉钎料和锰银钎料。
银铜锌镉镍钎料,强度高,熔化温度低,而且流动性好,钎料中加入镍,使其耐热性、耐蚀性及润湿性都得到提高,适于叶片的钎焊。
由于含有镉,加热时产生的气体对人体有害,因此生产中必须加强通风和做好防护。
为了满足中压缸叶片(工作温度425℃)钎焊对高温性能的要求,严重了含锰的高温银钎料。
在银钎料中加入锰后,不但降低了钎料熔化温度,而且提高了强度。
锰给予银钎料热强性,使钎缝在480℃一下具有热稳定性。
但工艺性较差。
生产中常用的钎料化学成分与强度列表与表7和表8。
表7钎料的化学成分
牌号
化学成分
熔化温度(℃)
新
旧
Ag
Cu
Zn
Ni
Cd
Mn
固相线
液相线
BAg45CuZn
HL303
44.0~46.0
29.0~31.0
23.0~27.0
——
——
——
660
725
BAg50CuZnGdNi
HL315
49.0~51.0
14.5~16.5
13.5~17.5
2.5~3.5
15.0~17.0
——
630
690
BAg49CuMnNi
HL321
49.0~51.0
17.0~19.0
18.0~20.0
4.0~6.0
——
7.0~8.0
695
712
注:
BAg45CuZn作为浸流试验时观测的温度,其余为用热分析法绘制的步冷曲线测得的温度。
表7钎料性能
钎料类型
工作温度
钎接最佳间隙(mm)
钎接接头抗拉强度(N/mm2)
连续
最高
20℃
300℃
425℃
BAg
(BAg45CuZn)
205
260
0.05~
0.125
324330
156166
108111
(BAg50CuZnGdNi)
402343
261314
162216
BAgMn
(BAg49CuMnNi)
260
480
0.05~
0.125
408353
357304
319225
314
注:
用2Cr13钢板作试板,火焰钎料对接接头抗拉强度。
3.2钎剂:
多年来生产中一直使用自制的银钎焊溶剂,其成分为H3BO3+KHF2,该钎剂具有适合的熔化温度和良好的流动性,适于叶片的钎焊。
司太立合金片化学成分和性能见表8和表9.
表8司太立合金片化学成分%
C
Si
Mn
Cr
W
Co
Fe
Ni
S
其他
0.90
~1.40
0.50~2.00
0.50
~2.00
28.00
~32.00
3.50
~5.50
余
≤
3.00
1.25
~3.00
≤
0.030
≤
0.30
注:
可加入Mo,但必须保证0.90~2.00。
表9司太立合金片性能
RP0.2
N/mm2
Rm
N/mm2
A5
%
冷弯角度
硬度
HRC
≥515
≥930
≥5
135
37~45
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 叶片 水蚀 技术