■ 束東，姚祥宏，毛全生

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1. 概述

2017年10月，某電廠5#機(jī)組A級(jí)檢修，在解體檢查真空泵時(shí)發(fā)現(xiàn)葉輪根部有五六處汽蝕痕跡（見圖1），其中最大處長約120mm，最深處約10mm；葉輪存在七八處裂紋缺陷，幾處裂紋已經(jīng)穿透，如圖2所示。

該電廠5#機(jī)組真空泵生產(chǎn)廠家為納西姆工業(yè)（中國）有限公司，型號(hào)為NASH TC-II。真空泵葉輪的材質(zhì)為QT500-7，屬于球墨鑄鐵，其化學(xué)成分如表1所示，力學(xué)性能如表2所示。

QT500-7中的C與S、P雜質(zhì)元素含量較高，造成強(qiáng)度低、塑性差，在真空泵葉輪制造過程中可能會(huì)在內(nèi)部出現(xiàn)縮孔、疏松、沙眼等缺陷。一旦真空泵葉輪出現(xiàn)裂紋，若是采用更換的方式，會(huì)使成本增加。但采取焊接方法修復(fù)，在焊接修復(fù)過程中易形成白口組織及裂紋缺陷，這就要求制定效果更好的焊接修復(fù)方案，為此增加了修復(fù)難度。

圖1 葉輪根部汽蝕痕跡

圖2 葉輪穿透裂紋

表1 球墨鑄鐵QT500-7化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表2 球墨鑄鐵QT500-7力學(xué)性能

2. 缺陷原因分析

通過對(duì)本次檢修中真空泵葉輪產(chǎn)生的兩種缺陷進(jìn)行宏觀檢測(cè)，并根據(jù)真空泵具體運(yùn)行工況對(duì)缺陷產(chǎn)生原因進(jìn)行了分析。

（1）葉輪加強(qiáng)筋根部缺陷為汽蝕造成 當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，水被葉輪拋向四周，由于離心力作用，水形成了一個(gè)決定于泵腔形狀的近似于等厚度的封閉圓環(huán)。長期在這種工況下，葉輪表面受到局部的“水錘”現(xiàn)象，汽水撞擊葉輪，葉片受到反復(fù)高頻率、高負(fù)荷的撞擊作用力，葉輪所受、應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了它本身的疲勞強(qiáng)度，使得葉輪表面質(zhì)點(diǎn)由韌性轉(zhuǎn)為脆性，產(chǎn)生疲勞，使得金屬葉輪屈服點(diǎn)降低。當(dāng)汽水錘擊壓力大于屈服點(diǎn)時(shí)，金屬開始脫落，產(chǎn)生麻點(diǎn)，以致嚴(yán)重時(shí)形成孔洞；真空泵工作時(shí)，工作環(huán)境產(chǎn)生變化，實(shí)際工況與設(shè)計(jì)工況不符，同時(shí)真空泵設(shè)計(jì)有效汽蝕余量不足，均會(huì)在葉輪表面產(chǎn)生腐蝕孔洞?；谏鲜龇治觯陨蟽煞N情況均會(huì)造成汽蝕。

（2）葉輪穿透裂紋為表面鑄造缺陷造成 通過檢查，不僅發(fā)現(xiàn)葉輪表面存在多處鑄造氣孔及夾渣，而且表面粗糙，說明該葉輪的鑄造工藝較差。在運(yùn)行工況中，鑄造缺陷處在真空泵運(yùn)行中受到循環(huán)往復(fù)激振力的作用，在表面氣孔、夾渣多處因產(chǎn)生應(yīng)力集中而導(dǎo)致疲勞裂紋，最終形成穿透型裂紋。

真空泵一旦產(chǎn)生缺陷后，使得真空泵揚(yáng)程降低，性能急劇下降，同時(shí)振動(dòng)和噪聲增大，影響穩(wěn)定性。若不及時(shí)處理裂紋及腐蝕缺陷，對(duì)泵的安全運(yùn)行構(gòu)成威脅，甚至在后期運(yùn)行中缺陷范圍擴(kuò)大造成疲勞斷裂，嚴(yán)重時(shí)引發(fā)事故，因此需對(duì)真空泵進(jìn)行修復(fù)處理。

3. 焊接修復(fù)方案

（1）球墨鑄鐵修復(fù)時(shí)存在的主要問題 球墨鑄鐵碳、硫及磷含量高，強(qiáng)度低，塑性差。在焊接修復(fù)球墨鑄鐵材料時(shí)，碳、硅元素等促進(jìn)石墨化元素大量燒損，且冷卻速度快，導(dǎo)致焊縫區(qū)域石墨化進(jìn)程來不及進(jìn)行而產(chǎn)生白口組織。在熱影響區(qū)及熔合線附近易產(chǎn)生馬氏體淬硬組織，導(dǎo)致該區(qū)域硬度高，后續(xù)加工難度增大。白口組織、馬氏體淬硬組織及焊接拘束應(yīng)力都是極易造成焊接裂紋的原因。

針對(duì)焊接修復(fù)球墨鑄鐵材料容易產(chǎn)生裂紋的問題，主要采取以下措施：①選用合適的焊接材料，如異質(zhì)焊條。②選用合適的焊接方法，如焊條電弧焊、氣焊及氣保焊等。③制定合理的焊接修復(fù)工藝和采取相關(guān)操作措施來保證修復(fù)質(zhì)量。

（2）本葉輪修復(fù)時(shí)方案的選擇 為保證在焊接修復(fù)時(shí)，避免出現(xiàn)白口組織、淬硬組織導(dǎo)致裂紋缺陷，同時(shí)保證焊接接頭的性能需求與母材匹配，選用美國產(chǎn)萬能M777B高強(qiáng)度焊條，其化學(xué)成分如表3所示，力學(xué)性能如表4所示。M777B是以鎳鐵合金為焊芯的鑄鐵焊條，該焊條操作方便以及焊后加工性能好，主要用于焊接及維修各種鑄鐵。還可用于鑄鐵和鋼的異種焊接，焊縫強(qiáng)度高、塑形好、具有抗裂性，常用于厚度較大的灰口鑄鐵及球墨鑄鐵的焊接，以及工程級(jí)純度鑄鐵的焊補(bǔ)。焊接時(shí)，交流直流均可采用。

焊接方法采用電弧冷焊，焊前不需預(yù)熱，這樣不僅解決了修復(fù)時(shí)難以預(yù)熱的問題，也簡化修復(fù)工藝。

焊前準(zhǔn)備：一是將葉輪表面清理干凈，用滲透方法檢測(cè)裂紋方向及裂紋長度；二是在裂紋末稍打止裂孔；三是用金屬旋轉(zhuǎn)電動(dòng)銼刀對(duì)裂紋進(jìn)行開挖，直到裂紋挖凈為止，最后形成X形坡口，如圖3所示。

焊接及焊后檢測(cè)：采用手工焊，焊條焊前經(jīng)150℃恒溫1h，烘焙后隨用隨取，保溫桶存放，焊接參數(shù)如表5所示。具體施焊工藝：一是采用短段、斷續(xù)焊小電流快速焊（焊后馬上用電錘在焊縫區(qū)域進(jìn)行去應(yīng)力錘擊）；二是焊接修復(fù)過程中嚴(yán)格控制層間溫度，層間溫度為100~150℃；三是修復(fù)結(jié)束對(duì)焊縫余高部分打磨至與葉輪表面齊平，并經(jīng)滲透檢驗(yàn)無裂紋即為修復(fù)合格，如圖4所示。

4. 結(jié)語

通過對(duì)5#機(jī)組真空泵葉輪裂紋處理，消除了電廠設(shè)備的重大隱患，運(yùn)行后泵體振動(dòng)明顯改善，真空泵運(yùn)行平穩(wěn)，抽吸能力強(qiáng)，泵電機(jī)電流正常，進(jìn)一步提高了設(shè)備的安全性。而更換一臺(tái)真空泵轉(zhuǎn)子需要花費(fèi)十余萬元，此次修復(fù)真空泵葉輪給電廠帶來了時(shí)間和經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)以后處理真空泵葉輪類似缺陷積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。

表3 萬能M777焊條的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表4 萬能M777焊條的力學(xué)性能

表5 焊接參數(shù)

圖3 挖補(bǔ)及制作坡口

圖4 修復(fù)完成