电站汽轮机转子叶片损伤修复工艺探究.docx

电站汽轮机转子叶片损伤修复工艺探究 摘要：本文以某热电公司#1机组汽轮机转子叶片修复为例，结合汽轮机转子的服役特性，对叶片损伤的类型进行分类，对不同损伤程度的叶片采用多梯度工艺进行修复及防护处理对修前准备，焊接及打磨工艺、修复质量验收等具体工艺实施进行详细阐述，为汽轮机叶片机械损伤修复工艺提供实践样例依据关键词：汽轮机叶片，焊接修复、热处理、线型修复电站汽轮机叶片服役环境具有高温、高转速、固体颗粒杂物冲击等特点，受力情况较为复杂，在长期运行过程中叶片损伤是叶片常发的缺陷该缺陷的存在势必会影响整个机组热力系统的安全、可靠运行，如发现叶片损伤均要采取有效措施进行处理常规采取叶片更换及叶片修复两种方式，叶片更换实施风险较小，但施工工期长，人力、物力投入较大，且往往要重新转子动平衡叶片修复在工期、人力、物力投入方面具有明显优势，但技术难度较大，专业性较强对于叶片修复施工来讲，修复质量及工艺要求是修复工作的关键本文以某热电公司#1机组叶片损伤修复为实例，进行汽轮机叶片机械损伤修复工艺的探讨，该公司在2019年#1机组检修期间，发现1号汽轮机低压转子转子末1-3级叶片存在不同程度的机械损伤，结合损伤形式，大体分为：1. 严重损伤叶片：缺口及变形界限在长度在35mm以上。

中度损伤叶片：缺口及变形界限在长度在20mm-35mm之间轻微损伤叶片：缺口及变形界限长度小于20mm如若叶片机械损伤界限长度沿叶片横向存在较长的贯通裂纹，则不具备修复条件一、修复前工作准备及工作量确定该公司#1汽轮机低压转子动叶片材质为0Cr17Ni4Cu4Nb（最新标准05Cr17Ni4Cu4Nb，相当于美国的17-4PH钢马氏体沉淀硬化不锈钢，是我国300 MW~1000 MW火电机组及核电机组汽轮机低压转子动叶片的主要用材之一），结合无损检测及核查，损伤叶片数量约38片详细情况如下：（1）末1级叶片共有15片存在机械损伤，其中5片损伤较为严重，最大的损伤面积为6015（mm）2）末2级、末3级共有23片存在机械损伤，其中8个叶片损伤较为严重，最大损伤面积为2525（mm）；部分进汽侧机械损伤使叶片开裂；为消除该公司#1机组汽轮低压转子叶片缺陷，保证叶片的强度和气动特性达到设计要求，根据检修实际和现场结构情况，主要修复工作内容包括：（1）#1机组汽轮机低压转子动叶片的相关资料收集；（2）#1汽轮机存在损伤的末1、末2、末3级叶片修复前检验；（3）缺陷清理及坡口制备；（4）对13片严重损伤的叶片采用同材质+焊后热处理修复工艺，对叶片基体缺陷部位进行焊接修复处理。

5）对13片中度损伤的叶片采用异种钢焊接修复工艺，对叶片基体缺陷部位进行焊接修复处理；（6）对12片轻度损伤的叶片采用机械打磨的方式进行圆滑过渡，防止裂纹萌生；（7）对叶片焊接修复部位进行型线恢复；（8）对叶片焊接修复、打磨部位进行质量检验二、修复工艺选择及实施因该机组叶片损伤程度差别较大，焊接质量要求很高需采用多梯度工艺进行修复及防护处理汽轮机叶片一般处于振动、蒸汽、固体颗粒冲刷的复杂应力状态下，加之腐蚀性的工作环境，往往产生应力腐蚀、疲劳破坏等多种失效型式因此要求焊接接头在保证强度的同时，具有一定的塑韧性，综合性能要求很高同时，因汽轮机叶片形状多为变截面设计，型线复杂，为保证修复前后基本不改变叶片的气动特性（热力特性）、振动特性，修复中要求精确控制焊接热输入量，防止叶片变形对1号汽轮机低压转子动叶片的相关材质、损坏型式、损坏部位、损坏原因以及损坏程度进行现场勘查、分析完成焊接工艺及方案审定，根据叶片的实际损伤部位、范围及缺陷类型，严重损伤叶片采用与17-4PH钢马氏体沉淀硬化不锈钢材质匹配的TPRI-H1焊丝中度损伤叶片采用Ni基奥氏体异种钢叶片焊接专用TPRI-H4焊丝损伤部位打磨消除前，应首先对叶片的材质状态进行检验分析，对损伤情况进行复检。

检验项目包括：（1）外观检查（2）硬度检测（3）叶片型线记录2.1严重损伤叶片缺陷治理方案对于损伤严重的13片末级叶片采用同材质焊接+热处理的修复方案1）焊接修复方法严重损伤部位焊接方法采用GTAW（钨极气体保护焊），单面焊接双面成型工艺2）焊接修复工艺 缺陷清理（1）采用汽轮机叶片专用打磨工具，按照宏观检查过程中划定的修复范围，对叶片损伤部位进行打磨，露出金属光泽；（2）用丙酮清洗干净缺陷区域，去除油、锈等污物；（3）用放大镜检查清理后的部位是否还存在缺陷，若有缺陷需清除后再进入下道工序 预热焊前预热按照DL/T 869-2012、DL/T 1325工艺规程执行，焊前预热温度为150-200℃，层间温度控制在200-250℃，采用氧乙炔火焰加热，接触式测温仪测温 焊接再成型采用与05Cr17Ni4Cu4Nb匹配的同材质焊材、手工钨极氩弧焊的焊接方法，在叶片坡口处进行堆焊修复最终焊接形状满足叶片型线的修复要求表1同种钢配套焊材的焊接工艺参数焊接层数焊接方法填充金属极性焊接电流/A焊接速度/mm.min-1预热温度℃层间温度℃型号规格（mm）1GTAWTPRI-H1Φ1.6DC+30～50100～140100～150≤150 焊后热处理（1）焊接后应及时将叶片包敷缓冷，待焊缝中心温度降至100C左右时立即进行焊后热处理；（2）焊后热处理需采用成熟的专用感应焊后热处理装置；（3）加热过程中需布置热电偶进行温度监控，热处理恒温温度初步控制在600~610C，保温0.5小时（具体焊后热处理温度要参考叶片硬度的检验结果最终确定）；（4）加热宽度为焊缝覆盖焊缝后两侧各加30mm；（5）热处理达到保温时间后拆除加热器和保温装置，缓冷。

2.2中度损伤叶片的修复工艺对于中度损伤的13片叶片采用异种钢焊接免热处理的方法进行处理1）焊接修复方法中度损伤叶片的损伤部位焊接方法采用GTAW（钨极气体保护焊），单面焊接双面成型工艺2）焊接修复工艺完成损伤部位检查及清理后，采用Ni基奥氏体焊材、手工钨极氩弧焊的焊接方法，在叶片坡口处进行堆焊修复，要求焊道薄窄，焊缝金属呈金黄色泽焊接过程中，应严格执行焊接工艺规范，采用分段、分道、交叉焊接，控制焊接变形最终焊接形状满足叶片型线的修复要求表2异种钢焊接工艺参数焊接层数焊接方法填充金属极性焊接电流/A焊接速度/mm.min-1预热温度℃层间温度℃型号规格（mm）1GTAWTPRI-H4Φ1.6DC+30～50100～140100～150≤1502.3 轻度损伤叶片的缺陷治理按照叶片清理程序对于12片轻微损伤的叶片进行清理，采用机械打磨的方式对叶片轻微损伤进行圆滑过渡完成修复，此修复工艺较为简单，可控性较强，不多做阐述三、焊接修复后质量检验及线型修复按照既定修复及焊接工艺完成叶片修复后进行质量检验及叶片线型修复： 焊后自检焊接完成后应及时清理焊缝表面的飞溅，对于超标的外观缺陷进行打磨或补焊，补焊工艺与正式焊接工艺相同，焊工自检合格后，可通知检测技术人员进行外观检验。

焊后检验应按正式焊接一致的工艺进行修复，返修次数不超过两次 焊接质量检验（1）按标准NB/T 47013-2015，对补焊区域进行表面渗透探伤，若发现超标缺陷，消缺处理后应按工艺要求进行返修；（2）按DL/T 884-2004标准要求，对补焊区域进行硬度测试、超声波检测、现场金相组织检验 质量标准焊接质量应符合DL/T 869、DL/T 1325、DL/T 438、NB/T 47013等相关标准要求，工程质量保证修复部位在机组正常工况下3年内不出现因焊接修复出现的开裂等缺陷 线型修复因汽轮机叶片形状多为变截面设计，型线复杂，为保证修复前后基本不改变叶片的气动特性（热力特性）、振动特性，焊接修复后应该根据修前叶片型线记录进行叶片型线的修复：（1）粗磨采用气动修磨工具对堆焊部位进行粗磨，磨出叶片大致型线；（2）细磨采用专用修磨工具，用旋转锉细磨堆焊区域，使叶片型线接近与原始状态；（3）精磨采用专用修磨工具，用细砂轮精磨堆焊区域，并不断测量叶片型线进行修正，直至完全恢复叶片型线4）抛光采用抛光头对叶片修磨部位进行抛光处理，消除叶片表面划痕参考文献：[1]葛兆祥，石学军.300MW汽轮机低压缸末级叶片水蚀整级焊接修复[J]电力工程技术.2002.065-全文完-。