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國內第一根采用電火花沉積堆焊修復的汽機轉子

【字號 】 發布時間:2009/9/30 打印本頁

 

 

大型發電機轉子軸頸磨損區域的電火花堆焊修復


 

文章摘要:針對電廠大型發電機設備損壞后的修復,探討了發電機轉子密封段軸徑磨損的焊補工藝,并采用電火花堆焊工藝現場修復,獲得滿意效果和成功經驗。
關鍵詞:
發電機 轉子 軸徑 磨損 電火花推焊 汽輪發電機

文章內容:北京精誠信電力技術開發有限公司人員摘要針對電廠大型發電機設備損壞后的修復,探討了發電機轉子密封段軸頸磨損的焊補工藝,力推電火花堆焊修復軸頸劃傷、拉傷的工藝。99年哈汽輪機某企業與我所技術人員代榮山先生現場修復四川華能珞璜電廠軸頸拉傷,獲得滿意效果和成功經驗。

    電力工業作為國民經濟的基礎產業,一直是國家發展的重點對象.近二十年是我國電力發展史上發展最快,成就最大的時期.截止到1998年,我國電力裝機容量達到277289,全年發電量達11576億千瓦小時,全國大型火力發電廠(裝機容量100以上)已達68家.隨著電廠數量的增加,單機容量和參數的不斷提高,機組的維護,修復日趨復雜重要.作為汽輪發電機組心臟部件——發電機轉子,因其運行精度高,運行速度快,制造成本高,一旦損壞,直接導致整個機組輸出功率下降甚至癱瘓,成為電廠修復工作的重中之重.針對發電機轉子軸頸常見的磨損缺陷,技術人員曾采用熱噴涂,氬弧焊等多種工藝進行修復,但效果均不能令人滿意.最近國外也有應用激光熔覆工藝修復發電機轉子軸頸的報道,但因其昂貴的修復成本,在國內應用有一定困難.本文采用中國農業機械化科學研究院工藝所研制生產的DL一1400型電火花堆焊設備(簡稱)對磨損的發電機轉子密封段軸頸現場修復,獲得1

    1.發電機轉子軸頸的磨損

    為了保證發電機轉子的高速運行和冷卻效果,轉子軸頸(材料為35)與軸瓦(材料為哈氏臺金)間采用了由氫氣,油,水組成的三級密封層.運行中軸頸與軸瓦的間隙保持在0.075—0.125.如果軸頸發生了磨損或拉傷,密封層中的油壓就難以維持均簿,氫氣就會泄露,軸頸與軸瓦間的密封層被完全破壞,轉子的高速運轉受到阻礙,發電機組的輸出功率降低,嚴重時可導致機組不能工作.

圖1是轉子軸頸磨損后的示意圖.

圖1軸頸磨損部位示意圖焊接2000(12)27?

    2.電火花堆焊

    2.1電火花堆焊工藝原理電火花堆焊工藝是將電源存儲的高能量電能,在電極與金屬母材問瞬時高頻釋放,形成空氣電離通道,使高合金電極與母材表面產生瞬間微區高溫,高壓的物理化學冶金過程;同時在微電場作用下,微區內離子態的電極材料熔滲,擴散到母材基體,形成冶金結合由于堆焊過程是在瞬間的高溫一冷卻中進行的,在狹窄的堆焊過渡區會得到超細奧氏體組織.另外,堆焊是在微區內快速進行,對母材的熱輸入量極低,焊層的殘余應力小至可忽略不計.綜上,電火花堆焊工藝有別于焊接,噴涂或元素滲入等工藝.簡單地講,是介于它們中間的工藝,是兼有焊接等工藝的一些特點,又有熱輸入量小,焊層與母材冶金結合等獨特優點的工藝.在某些特殊要求應用上,電火花堆焊工藝彌補了其他工的不足.圖2是電火花堆焊與其他工藝的關系示意圖.圖3,圖4分別為電火花堆焊工作示意圖和堆焊層的截面金相照片.

    2.2電火花堆焊設備電火花堆焊圖2電火花堆焊電火花堆焊設備(一1400型)的輸出功率為1400,焊接時采用氬氣保護,作為陽極的自耗電極在電扳,保護氣圖3電火花堆焊示意圖一圖4堆焊層截面工件磨損部位以4700高速旋轉移動,產生高頻火花放電,形成的致密、均勻的堆焊層,厚度可達到2以上;通過調整火花放電頻率,可以獲得不同的焊層表面粗糙度.該設備可堆焊金屬,合金,材料選擇范圍大,堆焊工藝過程簡單,熱輸入量低(修復中的基體溫度保持在60℃左右),基體不變形,不咬邊;設備移動方便,適合于現場修復工作.

表1是電火花堆焊設備參數

表1電火花堆焊機參數表

3試驗與分析

    3.1試樣的制備

    根據轉子軸頸的通用材料,選擇35作為試樣基體材料,.堆焊電極材料的選擇是根據工廠要求:堆焊層硬度與基體一致,具有自潤滑,自磨光,抗氣蝕特性與高合金含量.我們選擇規格為3.26.0的因康鎳高合金棒作為堆焊電極,化學成分見表2.電火花堆焊設備選用中國農業機械化科學研究院工藝所生產的一1400型電火花堆焊機.表2試驗用堆焊電極材料的基本化學成分。

    首先用砂紙,銅絲刷清除試樣表面的氧化物.然后用丙酮溶液清洗試樣表面油污.預處理后,將試樣基體與電火花堆焊機的地線緊固連接,在試樣表面堆焊,堆焊厚度為2mm.電火花堆焊后,用線切割方法獲得堆焊層截面,并焊接20(12)制備金相試樣.3.2試驗分析圖5是堆焊層截面金相照片(3000×),可知:①堆焊層無氣,氧化物夾渣,裂紋等焊接缺陷;②堆焊層,母材過渡層的晶粒細小,無長大傾向;③堆焊層組織為極細小柱狀晶結構,證明該堆焊層具有良好的耐腐蝕,耐磨損性能.圖5堆焊層金相3000×圖6是堆焊層,元素的能譜分析,經測量,電火花堆焊的熱影響區厚度僅為".這不僅證明電火花堆焊可得到與母材良好冶金結合的堆焊層,還顯示堆焊熱影響區極窄,焊接殘余應力可忽略不計.圖7是堆焊層一熱影響區一基體的顯微硬度測定,可知堆焊層,熱影響區的平均硬度與基體硬度220極其接近

    3.3分析結果

    試驗證明:在35基體上,采用電火花堆焊工藝堆焊因康鎳合金,堆焊層與母材冶金結合,無焊接缺陷.焊后熱影響區極窄,堆焊層硬度與基體硬度相符.上述分析結果符合電站方面對電機轉子軸頸修復的要求.

圖6熱影響區的測定

圖7顯微硬度測定

    4.現場修復

    4.1預處理 首先,將軸頸磨損部位的邊緣銳角用銼銼鈍,然后用砂紙或平銼清除待修復面的氧化層和疲勞層.使用銅絲刷或高壓空氣將鐵屑清理干凈后,用丙酮溶液清洗軸徑表面油污.

    4.2電火花堆焊設備準備 由于電機轉子體積巨大,重量達幾十噸,拆裝,運輸困難,修復工作只能在現場進行將一1400型電火花堆焊機就近安置在軸徑待修復處(以堆焊槍能夠在磨損部位自由移動為最佳位置).確認220輸入電源和工業用純氬氣氣源與堆焊機的快速接頭正確連接.將氬氣流量設定在7/(氣流過高,會導致保護失效,空氣卷入影響堆焊質量),電極的伸出量應控制在2~3為宜,以保證堆焊過程中氬氣的保護效果.

    4.3堆焊參照設備手冊提供工藝


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