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国内第一根采用电火花沉积堆焊修复的汽机转子

【字号 】 发布时间:2009-9-30 打印本页

 

 

大型发电机转子轴颈磨损区域的电火花堆焊修复


 

文章摘要:针对电厂大型发电机设备损坏后的修复,探讨了发电机转子密封段轴径磨损的焊补工艺,并采用电火花堆焊工艺现场修复,获得满意效果和成功经验。
关键词:
发电机 转子 轴径 磨损 电火花推焊 汽轮发电机

文章内容:北京精诚信电力技术开发有限公司人员摘要针对电厂大型发电机设备损坏后的修复,探讨了发电机转子密封段轴颈磨损的焊补工艺,力推电火花堆焊修复轴颈划伤、拉伤的工艺。99年哈汽轮机某企业与我所技术人员代荣山先生现场修复四川华能珞璜电厂轴颈拉伤,获得满意效果和成功经验。

    电力工业作为国民经济的基础产业,一直是国家发展的重点对象.近二十年是我国电力发展史上发展最快,成就最大的时期.截止到1998年,我国电力装机容量达到277289,全年发电量达11576亿千瓦小时,全国大型火力发电厂(装机容量100以上)已达68家.随着电厂数量的增加,单机容量和参数的不断提高,机组的维护,修复日趋复杂重要.作为汽轮发电机组心脏部件——发电机转子,因其运行精度高,运行速度快,制造成本高,一旦损坏,直接导致整个机组输出功率下降甚至瘫痪,成为电厂修复工作的重中之重.针对发电机转子轴颈常见的磨损缺陷,技术人员曾采用热喷涂,氩弧焊等多种工艺进行修复,但效果均不能令人满意.最近国外也有应用激光熔覆工艺修复发电机转子轴颈的报道,但因其昂贵的修复成本,在国内应用有一定困难.本文采用中国农业机械化科学研究院工艺所研制生产的DL一1400型电火花堆焊设备(简称)对磨损的发电机转子密封段轴颈现场修复,获得1

    1.发电机转子轴颈的磨损

    为了保证发电机转子的高速运行和冷却效果,转子轴颈(材料为35)与轴瓦(材料为哈氏台金)间采用了由氢气,油,水组成的三级密封层.运行中轴颈与轴瓦的间隙保持在0.075—0.125.如果轴颈发生了磨损或拉伤,密封层中的油压就难以维持均簿,氢气就会泄露,轴颈与轴瓦间的密封层被完全破坏,转子的高速运转受到阻碍,发电机组的输出功率降低,严重时可导致机组不能工作.

图1是转子轴颈磨损后的示意图.

图1轴颈磨损部位示意图焊接2000(12)27?

    2.电火花堆焊

    2.1电火花堆焊工艺原理电火花堆焊工艺是将电源存储的高能量电能,在电极与金属母材问瞬时高频释放,形成空气电离通道,使高合金电极与母材表面产生瞬间微区高温,高压的物理化学冶金过程;同时在微电场作用下,微区内离子态的电极材料熔渗,扩散到母材基体,形成冶金结合由于堆焊过程是在瞬间的高温一冷却中进行的,在狭窄的堆焊过渡区会得到超细奥氏体组织.另外,堆焊是在微区内快速进行,对母材的热输入量极低,焊层的残余应力小至可忽略不计.综上,电火花堆焊工艺有别于焊接,喷涂或元素渗入等工艺.简单地讲,是介于它们中间的工艺,是兼有焊接等工艺的一些特点,又有热输入量小,焊层与母材冶金结合等独特优点的工艺.在某些特殊要求应用上,电火花堆焊工艺弥补了其他工的不足.图2是电火花堆焊与其他工艺的关系示意图.图3,图4分别为电火花堆焊工作示意图和堆焊层的截面金相照片.

    2.2电火花堆焊设备电火花堆焊图2电火花堆焊电火花堆焊设备(一1400型)的输出功率为1400,焊接时采用氩气保护,作为阳极的自耗电极在电扳,保护气图3电火花堆焊示意图一图4堆焊层截面工件磨损部位以4700高速旋转移动,产生高频火花放电,形成的致密、均匀的堆焊层,厚度可达到2以上;通过调整火花放电频率,可以获得不同的焊层表面粗糙度.该设备可堆焊金属,合金,材料选择范围大,堆焊工艺过程简单,热输入量低(修复中的基体温度保持在60℃左右),基体不变形,不咬边;设备移动方便,适合于现场修复工作.

表1是电火花堆焊设备参数

表1电火花堆焊机参数表

3试验与分析

    3.1试样的制备

    根据转子轴颈的通用材料,选择35作为试样基体材料,.堆焊电极材料的选择是根据工厂要求:堆焊层硬度与基体一致,具有自润滑,自磨光,抗气蚀特性与高合金含量.我们选择规格为3.26.0的因康镍高合金棒作为堆焊电极,化学成分见表2.电火花堆焊设备选用中国农业机械化科学研究院工艺所生产的一1400型电火花堆焊机.表2试验用堆焊电极材料的基本化学成分。

    首先用砂纸,铜丝刷清除试样表面的氧化物.然后用丙酮溶液清洗试样表面油污.预处理后,将试样基体与电火花堆焊机的地线紧固连接,在试样表面堆焊,堆焊厚度为2mm.电火花堆焊后,用线切割方法获得堆焊层截面,并焊接20(12)制备金相试样.3.2试验分析图5是堆焊层截面金相照片(3000×),可知:①堆焊层无气,氧化物夹渣,裂纹等焊接缺陷;②堆焊层,母材过渡层的晶粒细小,无长大倾向;③堆焊层组织为极细小柱状晶结构,证明该堆焊层具有良好的耐腐蚀,耐磨损性能.图5堆焊层金相3000×图6是堆焊层,元素的能谱分析,经测量,电火花堆焊的热影响区厚度仅为".这不仅证明电火花堆焊可得到与母材良好冶金结合的堆焊层,还显示堆焊热影响区极窄,焊接残余应力可忽略不计.图7是堆焊层一热影响区一基体的显微硬度测定,可知堆焊层,热影响区的平均硬度与基体硬度220极其接近

    3.3分析结果

    试验证明:在35基体上,采用电火花堆焊工艺堆焊因康镍合金,堆焊层与母材冶金结合,无焊接缺陷.焊后热影响区极窄,堆焊层硬度与基体硬度相符.上述分析结果符合电站方面对电机转子轴颈修复的要求.

图6热影响区的测定

图7显微硬度测定

    4.现场修复

    4.1预处理 首先,将轴颈磨损部位的边缘锐角用锉锉钝,然后用砂纸或平锉清除待修复面的氧化层和疲劳层.使用铜丝刷或高压空气将铁屑清理干净后,用丙酮溶液清洗轴径表面油污.

    4.2电火花堆焊设备准备 由于电机转子体积巨大,重量达几十吨,拆装,运输困难,修复工作只能在现场进行将一1400型电火花堆焊机就近安置在轴径待修复处(以堆焊枪能够在磨损部位自由移动为最佳位置).确认220输入电源和工业用纯氩气气源与堆焊机的快速接头正确连接.将氩气流量设定在7/(气流过高,会导致保护失效,空气卷入影响堆焊质量),电极的伸出量应控制在2~3为宜,以保证堆焊过程中氩气的保护效果.

    4.3堆焊参照设备手册提供工艺


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