一种用于汽轮机末级叶片损伤件的振动熔覆修复工艺制造技术

本发明专利技术涉及汽轮机叶片修复技术领域。特指一种用于汽轮机末级叶片损伤件的振动熔覆修复工艺。本发明专利技术先对汽轮机末级叶片进行低温加热，对表面缺陷处或损伤部位进行预清洗及表面检测分析，然后根据检测结果选定合适的工艺参数，在振动时效处理辅助下对表面缺陷处或损伤部位进行激光熔覆。熔覆完成后，再对试样进行20～30分钟的振动时效处理，进一步消除构件的残余应力。本发明专利技术的方法能够有效修复汽轮机末级叶片表面缺陷或损伤部位，同时改善了熔覆层表面应力不均匀而导致的组织和性能分布不均等缺陷。

A vibration cladding repair process for damaged blades of last stage blades of steam turbines

The invention relates to the technical field of turbine blade repair. Especially, it refers to a vibration cladding repair process for damaged blades of last stage blades of steam turbines. The invention firstly heats the last stage blade of a steam turbine at low temperature, pre-cleans and inspects the surface of the defective or damaged parts, then selects the appropriate technological parameters according to the test results, and laser cladding is carried out on the surface defective or damaged parts assisted by vibration aging treatment. After the cladding is completed, the specimens are treated by vibration aging for 20-30 minutes to further eliminate the residual stress. The method of the invention can effectively repair the surface defects or damaged parts of the last stage blade of a steam turbine, and at the same time improves the defects of uneven distribution of microstructure and performance caused by uneven surface stress of the cladding layer.

【技术实现步骤摘要】
一种用于汽轮机末级叶片损伤件的振动熔覆修复工艺
本专利技术涉及汽轮机叶片修复
，特指一种在振动时效处理辅助下对叶片缺陷处或损伤部位进行激光熔覆的方法。本方法适用于汽轮机末级叶片的局部修复及强化处理。
技术介绍
汽轮机叶片常受高温、高压蒸汽的作用，工作中承受着较大的弯矩，高速运转中的动叶片还要承受很高的离心力；特别是末级叶片，由于工作在湿蒸汽区，蒸汽在运行中易凝结成小水滴，在高速运转中小水滴由于离心运动被高速甩向叶片末端并发生爆破，长期如此导致叶片表面出现裂纹，发展形成气蚀，从而造成灾难性的事故。汽轮机叶片通常采用马氏体或马氏体沉淀硬化不锈钢材料。传统的汽轮机末级叶片的修复方法有普通堆焊和氩弧焊两种，普通堆焊的方法会给叶片带来变形量大、硬度不足、易开裂等缺点，影响其工作性能。而氩弧焊由于其应力原因，也会导致叶片变形，存在很大的安全隐患。激光熔覆成型技术作为一种先进的再制造技术，近年来得到广泛推广和应用。激光熔覆技术是以预置或同步送粉的添料方式在基体表面上添置合金粉末，经高能量激光束照射使其和基体表面薄层同时熔化，快速凝固后形成稀释度极低，与基体成冶金结合的表面涂层，显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性的工艺方法，从而达到表面改性或修复的目的。与堆焊、喷涂等相比，激光熔覆具有稀释度小、组织致密、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多、粒度及含量变化大等特点。然而现有的激光熔覆技术虽然可以完成金属表面的缺陷或损伤修复，但熔覆层内会留有残余拉应力，使熔覆层内部应力分布不均匀，导致熔覆层内部组织和性能分布不均等缺陷，影响熔覆质量。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种用于汽轮机末级叶片损伤件的振动熔覆修复工艺，其特征在于：在振动时效处理辅助下对叶片表面缺陷处或损伤部位进行激光熔覆，金属在熔融状态下，振动可以细化晶粒，使表层结构致密化，从而使熔覆层的力学性能得到提高；在有温度场作用下，振动使热应力场梯度减小，故使最后的熔覆层残余应力得到降低或均化；同时由于振动使结晶过程中气泡、杂质等上浮、氢气被排除，熔覆层材料与基体过渡连接均匀，降低应力集中，提高熔覆质量，最后在熔覆完成后，再对试样进行20～30分钟的振动时效处理，进一步消除构件的残余应力，达到理想的修复效果，同时能够有效防止叶片变形与开裂，稳定叶片的尺寸与几何精度。上述的一种用于汽轮机末级叶片损伤件的振动熔覆修复工艺，其特征在于：所述汽轮机叶片的材料为马氏体或马氏体沉淀硬化不锈钢。具体步骤如下：(1)将待处理的叶片放入箱式热处理炉内预热1.5h，预热温度为150℃，去除叶片基体表面的水汽和油气；(2)对待处理的叶片表面缺陷区域或损伤部位进行预处理：先采用砂纸对叶片表面进行去铁锈处理，再用丙酮擦拭表面去油污；(3)对叶片表面进行检测分析，确定磨损部位及沟槽深度；(4)将激振器固定在待处理试样上，激振器通过电机电缆连接到控制器上；(5)将试样用橡胶垫支撑，并将传感器放置在叶片基体试样表面上，通过其底部的磁铁固定在试样上，传感器通过屏蔽电缆连接到控制器上；(6)通过控制器对传感器传来的信号进行处理和显示，监控试样振幅值，通过调整振动频率使其振幅值控制在20μm～50μm之间，并保持不变；(7)选取激光熔覆工艺参数，对缺陷处进行激光熔覆，采用氩气为保护气体；激光熔覆所采用的合金粉末由以下重量百分含量的组分组成：C：0.1～0.3％；Cr:13～17％；Ni：3～5％；Mo：0.5～1.5％；Mn：0.3～1％；Nb：0.15～0.35％；Cu：0～2％；Si：0.06～1.5％；B：0.3～1.2％；Fe：余量；将所述的合金粉末研磨至分散均匀且平均粒径小于1μm；激光器采用的是光纤激光器，处理的具体工艺参数为：激光功率为2000-2800W、扫描速度为500-1000mm/min、搭接率为30-60％、光斑直径为1-3mm、送粉速率为8～15g/min；激光熔覆采用多层熔覆，单层厚度控制在0.1～0.5mm之间，根据沟槽深度选择熔覆层数。(8)熔覆结束后，目视检查缺口位置填满即可，继续对试样进行振动时效处理，找出共振频率，取其幅值的1/3～1/2对应的频率振动20～30分钟，进一步消除构件的残余应力；(9)打磨熔覆层，并清理叶片表面，在修复部位进行检测，确认末级叶片表面缺陷或损伤部位修复完成。所述步骤(1)中，低温加热基体材料是为了的去除叶片表面的水汽和油气，提高修复效果。所述步骤(2)中，是将叶片上的灰尘、油污、锈蚀清除，保证待修复的叶片损伤件在激光熔覆过程中获得更好的修复效果。所述步骤(4)中激振器由一台直流电机带动一个可调偏心距的偏心转动机构组成，是振动时效工艺的激振源，它的作用是引起工件振动，给工件施加动应力。所述步骤(5)中，用橡胶垫支撑试样主要起隔振作用，减小振动系统的能量损失。所述步骤(6)中，在激光熔覆过程中，振动频率控制范围为30HZ～130HZ，共振与非共振状态均可。所述步骤(7)中，通过调整合金粉末中各元素的质量百分比含量，使合金粉末具有与叶片材料相近的密度和热膨胀系数，修复后结构力学性能同基体类似，且熔覆层具有更高的硬度和耐磨性。本专利技术的技术效果：本专利技术采用一种与汽轮机叶片材料热膨胀系数和密度相近的马氏体不锈钢零件用合金粉末对叶片损伤件进行激光熔覆，熔覆层与基体成冶金结合，显著改善基层表面的耐磨性、耐蚀性、耐热性及抗氧化性能，达到叶片损伤件表面修复的目的；同时，激光熔覆是在振动时效处理辅助下完成的，金属在熔融状态下，振动可以细化晶粒，使表层结构致密化，从而使熔覆层的力学性能得到提高；在有温度场作用下，振动使热应力场梯度减小，故使最后的熔覆层残余应力得到降低或均化；同时由于振动使结晶过程中气泡、杂质等上浮、氢气被排除，熔覆层材料与基体过渡连接均匀，降低应力集中，提高熔覆质量；最后在熔覆完成后，再对试样进行振动时效处理，进一步消除构件的残余应力，达到理想的修复效果，同时能够有效防止叶片变形与开裂，稳定叶片的尺寸与几何精度。附图说明图1为本专利技术的振动时效处理装置示意图。图中：1.试样，2.橡胶垫，3.激振器，4.电机电缆，5.传感器，6.屏蔽电缆，7.控制器。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，对本专利技术的技术方案做进一步详细说明。本实施例所采用的试样基体材料为2Cr13不锈钢，其几何尺寸为60mm×50mm×15mm。一种使用上述加工方法修复试样的实例，其步骤为：(1)将待处理试样放入箱式热处理炉内预热1.5h，预热温度为150℃，用以去除基体表面的水汽和油气。(2)对待处理的叶片表面缺陷区域或损伤部位进行预处理：采用砂纸对材料表面进行去铁锈处理，用丙酮擦拭材料表面去油污。(3)对试样表面进行检测分析，确定其中间部位有一道宽3mm，深2mm的沟槽。(4)将激振器3固定在待处理试样1上，激振器3通过电机电缆4连接到控制器7上；(5)将试样1用橡胶垫2支撑，并将传感器5放置在叶片基体试样表面上，通过底部的磁铁固定在试样上，传感器5通过屏蔽电缆6连接到控制器7上；(6)通过控制器7对传感器5传来的信号进行处理和显示，监控试样振幅值，调整振动频率为120HZ，使试样振幅控制在30μm，并保持不变；(7)确定激光熔覆工艺参本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于汽轮机末级叶片损伤件的振动熔覆修复工艺，其特征在于：在振动时效处理辅助下对叶片表面缺陷处或损伤部位进行激光熔覆，金属在熔融状态下，振动可以细化晶粒，使表层结构致密化，从而使熔覆层的力学性能得到提高；在有温度场作用下，振动使热应力场梯度减小，故使最后的熔覆层残余应力得到降低或均化；同时由于振动使结晶过程中气泡、杂质等上浮、氢气被排除，熔覆层材料与基体过渡连接均匀，降低应力集中，提高熔覆质量，最后在熔覆完成后，再对试样进行20～30分钟的振动时效处理，进一步消除构件的残余应力，达到理想的修复效果，同时能够有效防止叶片变形与开裂，稳定叶片的尺寸与几何精度。

【技术特征摘要】
1.一种用于汽轮机末级叶片损伤件的振动熔覆修复工艺，其特征在于：在振动时效处理辅助下对叶片表面缺陷处或损伤部位进行激光熔覆，金属在熔融状态下，振动可以细化晶粒，使表层结构致密化，从而使熔覆层的力学性能得到提高；在有温度场作用下，振动使热应力场梯度减小，故使最后的熔覆层残余应力得到降低或均化；同时由于振动使结晶过程中气泡、杂质等上浮、氢气被排除，熔覆层材料与基体过渡连接均匀，降低应力集中，提高熔覆质量，最后在熔覆完成后，再对试样进行20～30分钟的振动时效处理，进一步消除构件的残余应力，达到理想的修复效果，同时能够有效防止叶片变形与开裂，稳定叶片的尺寸与几何精度。2.根据权利要求1所述的一种用于汽轮机末级叶片损伤件的振动熔覆修复工艺，其特征在于，所述汽轮机末级叶片的材料为马氏体或马氏体沉淀硬化不锈钢。3.根据权利要求1所述的一种用于汽轮机末级叶片损伤件的振动熔覆修复工艺，其特征在于，具体步骤如下：(1)对叶片进行低温加热，去除叶片基体表面的水汽和油气；(2)对待处理的叶片表面缺陷区域或损伤部位进行预处理；(3)对叶片表面进行检测分析，确定磨损部位及沟槽深度；(4)将激振器固定在待处理试样上，激振器通过电机电缆连接到控制器上；(5)将试样用橡胶垫支撑，并将传感器放置在叶片基体试样表面上，通过底部的磁铁固定在试样上，传感器通过屏蔽电缆连接到控制器上；(6)通过控制器对传感器传来的信号进行处理和显示，监控试样振幅值，通过调整振动频率使其振幅值控制在20μm～50μm之间，并保持不变；(7)选取激光熔覆工艺参数，对缺陷处进行激光熔覆，采用氩气为保护气体；激光熔覆所采用的合金粉末由以下重量百分含量的组分组成：C：0.1～0.3％；Cr:13～17％；Ni：3～5％；Mo：0.5～1.5％；Mn：0.3～1％；Nb：0.15～0.35％；Cu：0～2％；Si：0.06～1.5％；B：0.3～1.2％；Fe：余量；...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗开玉，尹叶芳，鲁金忠，王长雨，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32