黃嵐，肖玉竹

（東方汽輪機(jī)有限公司，四川德陽(yáng)，618000）

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汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸頸現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)方法

黃嵐，肖玉竹

（東方汽輪機(jī)有限公司，四川德陽(yáng)，618000）

摘要：汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸頸運(yùn)行后因各種原因軸頸磨損形成溝槽，影響機(jī)組安全運(yùn)行，因轉(zhuǎn)子龐大、電廠檢修周期緊張等原因提出現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)的要求，尋求安全可靠、經(jīng)濟(jì)的修復(fù)方法勢(shì)在必行，文章分析了各種修復(fù)方法，提出微弧等離子現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)方法，通過(guò)分析，有著很好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)子軸頸，現(xiàn)場(chǎng)，修復(fù)

0　引言

汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在運(yùn)行中，由于各種原因造成轉(zhuǎn)子與軸瓦之間潤(rùn)滑不良、油溫過(guò)高使轉(zhuǎn)動(dòng)部件發(fā)熱、粘結(jié)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子與軸瓦磨損嚴(yán)重，形成深淺不一的溝槽甚至出現(xiàn)裂紋，影響機(jī)組的安全運(yùn)行；而轉(zhuǎn)子為大鍛件，制造費(fèi)用高，一般不輕易更換，體積大、質(zhì)量重、加工不便，加之大修期間周期緊，返回制造廠修復(fù)的可能性很小，經(jīng)濟(jì)性更是制約因素，因此，開(kāi)發(fā)現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)轉(zhuǎn)子軸頸經(jīng)濟(jì)、安全的方法，有著很好的市場(chǎng)前景。

1　現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)子修復(fù)工藝

1.1轉(zhuǎn)子磨損原因

汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸頸磨損原因主要有：

（1）潤(rùn)滑油系統(tǒng)中有雜質(zhì)進(jìn)入軸瓦，運(yùn)行后造成磨損；

（2）機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，由于油溫低、油壓過(guò)低，沒(méi)有完全形成油膜而使轉(zhuǎn)子與軸瓦間潤(rùn)滑不良造成磨損；

（3）機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中由于蒸汽參數(shù)不良等原因引起機(jī)組振動(dòng)，而造成軸頸磨損。

由于以上原因造成的轉(zhuǎn)子磨損具有磨損區(qū)域大、裂紋淺等特點(diǎn)［1］。

1.2目前現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)子修復(fù)工藝

為滿足現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)子修復(fù)要求，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工條件，目前有熱噴涂法、電刷鍍法、脈沖閃焊法、電火花沉積、激光熔敷等方法，各有利弊，見(jiàn)表1。

表1　幾種修復(fù)方法優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比表

以上的工藝方法除激光熔敷外東汽均嘗試過(guò)，脈沖閃焊在2008年之前一直作為東汽主要的轉(zhuǎn)子修復(fù)方法廣泛應(yīng)用，電火花沉積方法因其沉積效率低及堆焊層組織不致密仍處于試驗(yàn)階段，微弧等離子堆焊方法在東汽成功用于1 000 MW精加工轉(zhuǎn)子軸頸大面積堆焊，焊后組織、硬度、變形量等均滿足設(shè)計(jì)要求，擬將此方法用于現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)子軸頸補(bǔ)焊。

2　電火花修復(fù)轉(zhuǎn)子軸頸可行性分析

電火花堆焊是利用旋轉(zhuǎn)電極與工件基體之間產(chǎn)生的瞬間高能量脈沖放電的原理（最大脈沖放電頻率2 000 Hz），在電極與工件“相對(duì)最近點(diǎn)”產(chǎn)生電火花，在非常小的放電區(qū)域內(nèi)，瞬間（μs-ms數(shù)量級(jí)）流過(guò)的電流很大，其電流密度高達(dá)105～106A/cm2，這種在時(shí)間和空間上的高度集中放電，將產(chǎn)生大量的熱能，使電極和工件上極微小的放電點(diǎn)處的金屬熔化并具有爆炸性，該過(guò)程產(chǎn)生的動(dòng)能使熔化的金屬離開(kāi)電極表面并堆焊至工件表面，與工件表面的微小熔化區(qū)金屬實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合，該方法基體基本不受熱，熱影響區(qū)極小，工件無(wú)變形，焊后不需進(jìn)行熱處理，但堆焊效率低、工作層不致密，僅適用于小面積修復(fù)。

2.1電火花試驗(yàn)

就轉(zhuǎn)子修復(fù)進(jìn)行的電火花試驗(yàn)，試驗(yàn)基體材料為42CrMoA，在平板上開(kāi)槽堆焊，堆焊參數(shù)見(jiàn)表2，試樣PT檢查結(jié)果見(jiàn)圖1，硬度檢查及金相組織見(jiàn)圖2、3。

圖1　PT檢查　

圖2　硬度檢測(cè)結(jié)果

圖3　金相照片

表2　電火花堆焊試驗(yàn)參數(shù)

結(jié)論：在設(shè)備功率、頻率較高時(shí)，電火花堆焊試樣滿足質(zhì)量要求。

2.2電火花沉積的應(yīng)用

雖然效率及焊接質(zhì)量不及熔焊方法，但其具有焊后不需進(jìn)行熱處理、對(duì)基體無(wú)影響等優(yōu)點(diǎn)，隨著電火花設(shè)備功率的不斷升級(jí)，堆焊效率與質(zhì)量隨之提高，再結(jié)合堆焊材料試驗(yàn)，研究最適合轉(zhuǎn)子軸頸的堆焊材料，用于堆焊面積較小的軸頸修復(fù)，亦是一個(gè)好方法。

3　微弧等離子方法現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)轉(zhuǎn)子可行性分析

微弧等離子堆焊是一種利用等離子弧作為高溫?zé)嵩?，采用粉末狀或絲極作為填充金屬的一種熔焊工藝，其優(yōu)點(diǎn)有：（1）熱量集中；（2）焊縫稀釋率低、焊接熱影響區(qū)??；（3）焊接變形?。唬?）易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

3.11 000 MW轉(zhuǎn)子微弧等離子堆焊工藝

轉(zhuǎn)子材料為1Cr10Mo1NiWVNbN馬氏體不銹鋼，其淬硬性強(qiáng)，焊接性能差，在軸頸上堆焊1.25%Cr-0.5Mo耐熱鋼材料，采用了熱輸入小、熱量集中的微弧等離子堆焊方法，選擇合適的焊接參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了焊前不預(yù)熱、小參數(shù)自動(dòng)堆焊、多層多道堆焊、焊后局部熱處理等工藝措施，獲得了綜合性能理想的堆焊層。

3.1.1試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖4、圖5為1Cr10Mo1NiWVNbN馬氏體不銹鋼采用微弧等離子堆焊1.25%Cr-0.5Mo材料后焊接接頭金相組織及照片，表3為各區(qū)域金相組織，圖6為焊層硬度分布數(shù)據(jù)。

圖4　焊縫金相組織　

圖5　熔合區(qū)金相照片

表3　各區(qū)域金相組織

圖6　焊層硬度分布

表4　各層化學(xué)成分%

從圖4～5可以看出：熔合線平直、焊縫稀釋率低，金相組織為回火組織，焊后回火充分，硬度得以恢復(fù)。

基材Cr含量約為12%，從表4可以看出，第1 層Cr含量?jī)H為2.22%，封Cr效果顯著；第2層則下降為1.22%，達(dá)到工作層要求，焊縫稀釋率低。

3.1.2工藝流程

1 000 MW高、中壓轉(zhuǎn)子需堆焊軸頸2處，共需熔敷金屬約100 kg，堆焊量大，為保證質(zhì)量穩(wěn)定，將滾輪架、操作機(jī)、微弧等離子焊機(jī)、擺動(dòng)器設(shè)備等集成到控制柜，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化焊接。

焊接工藝流程：轉(zhuǎn)子就位，設(shè)備啟動(dòng)→在引弧板上試焊，確認(rèn)參數(shù)→按操作指導(dǎo)書逐道逐層堆焊→現(xiàn)場(chǎng)履帶局部熱處理→堆焊另一端軸頸→現(xiàn)場(chǎng)履帶局部熱處理→測(cè)量轉(zhuǎn)子變形量→加工堆焊區(qū)→PT檢查。

轉(zhuǎn)子堆焊現(xiàn)場(chǎng)如圖7所示。

圖7　轉(zhuǎn)子堆焊現(xiàn)場(chǎng)

3.1.3應(yīng)用業(yè)績(jī)

采用以上工藝方案已堆焊十余根高、中壓轉(zhuǎn)子軸頸，工藝不斷優(yōu)化，質(zhì)量穩(wěn)步提高，并隨之開(kāi)發(fā)了轉(zhuǎn)子推力盤的堆焊，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)子端面的橫焊位平面螺旋線運(yùn)行軌跡的多層堆焊。

3.2轉(zhuǎn)子軸頸現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)可行性

汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磨損情況相似，常在軸頸部位拉有深淺不一的溝槽，除1 000 MW轉(zhuǎn)子為馬氏體材料外，轉(zhuǎn)子材料通常為34CrNi3Mo、30Cr1Mo1V、34Cr2Ni4MoV等中碳調(diào)質(zhì)鋼，其強(qiáng)度較高，焊接性能較差，要采用熔焊方法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)，需達(dá)到以下2點(diǎn)要求：（1）防止焊接區(qū)域開(kāi)裂并保證焊接接頭綜合性能；（2）控制焊接變形量。

從3.1可以看出，實(shí)現(xiàn)了精加工后采用微弧等離子大面積堆焊1 000 MW轉(zhuǎn)子軸頸，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但可否將其應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)子修復(fù)，則需解決以下幾點(diǎn)：

（1）34CrNi3Mo等中碳調(diào)質(zhì)鋼堆焊材料的選擇及焊接工藝評(píng)定；

（2）適用于現(xiàn)場(chǎng)操作的微弧等離子手工操作質(zhì)量問(wèn)題；

（3）軸頸焊接后的現(xiàn)場(chǎng)熱處理如何進(jìn)行；

（4）現(xiàn)場(chǎng)軸頸加工。

對(duì)上述4點(diǎn)問(wèn)題均找到了以下解決方案：

（1）堆焊材料仍選擇1 000 MW轉(zhuǎn)子軸頸堆焊材料：1.25%Cr-0.5Mo，其耐磨性好，焊接性能優(yōu)良，34CrNi3Mo等中碳調(diào)質(zhì)鋼優(yōu)于12%Cr轉(zhuǎn)子材料，可實(shí)現(xiàn)不預(yù)熱焊接，焊接工藝參數(shù)可完全借鑒原數(shù)據(jù)，并按ASMEⅨ要求進(jìn)行焊接工藝評(píng)定。

（2）微弧等離子設(shè)備配備的焊矩可以手工操作，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，焊接操作靈活，熔合良好，焊層質(zhì)量較好，對(duì)于有溝槽部位亦可操作。

（3）焊后熱處理可采用履帶加熱器對(duì)補(bǔ)焊部位進(jìn)行跟蹤熱處理。

（4）轉(zhuǎn)子加工采用鉗工現(xiàn)場(chǎng)打磨、拋光方式，后期若轉(zhuǎn)子修復(fù)量大，可以開(kāi)發(fā)或采購(gòu)現(xiàn)場(chǎng)軸類零件加工工裝。

4　結(jié)論

轉(zhuǎn)子軸頸現(xiàn)場(chǎng)的各種修復(fù)方法各有利弊，電火花沉積適用于小面積修復(fù)要求的軸頸，尚需進(jìn)一步提高沉積效率及堆焊層質(zhì)量，微弧等離子焊接修復(fù)在堆焊效率、堆焊層綜合性能、質(zhì)量方面均令人滿意，有著廣闊的市場(chǎng)前景。

參考文獻(xiàn)

［1］陳囿兆，周志雄.大型轉(zhuǎn)子軸頸磨損的現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)［J］.機(jī)械制造，2007，45（2）:69-70.

Field Repairing Method of Steam Turbine and Generator Rotor Axis Necks

Huang Lan，Xiao Yuzhu
（Dongfang Turbine Co.，Ltd.，Deyang Sichuan，618000）

Abstract:Rotor axis necks of the steam turbine and generator arise trenches caused by wearing for various reasons during working，which seriously affects the safety of the unit operating.The huge rotor and urgent maintenance period require field repairing，so seek?ing the safe，reliable，economical field repairing methods must be carried out.This paper analyzes various repairing methods，proposes micro-plasma-field repairing methods which have good prospects.

Key words:rotor axis necks，field，repairing

中圖分類號(hào)：TG44

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1674-9987（2016）02-0023-04

DOI:10.13808/j.cnki.issn1674-9987.2016.02.006

作者簡(jiǎn)介：黃嵐（1965-），女，副主任工程師，1985年畢業(yè)于四川工程學(xué)院焊接專業(yè)，主要從事特種焊接技術(shù)與工藝的研究工作。