一种船用汽轮机转子损伤修复方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于表面修复工程技术领域，具体涉及一种船用汽轮机转子表面损伤修复 方法，全方位延长其使用寿命。
【背景技术】
[0002] 近年来，在维修保障新装备的过程中发现，船用汽轮机转子汽封轴颈表面发生腐 蚀磨损、叶轮盘面出现冲蚀损伤的情形普遍存在，已成为维修保障的难点问题。例如船用 汽轮辅机转子，如凝水增压栗汽轮机转子、给水栗汽轮机转子和鼓风机汽轮机转子，其汽封 轴颈运动表面，因在服役过程中受到磨损、腐蚀、振动等因素影响，极易发生损伤，已成为维 修保障工作中的热点难点问题。汽轮机转子是汽轮辅机的关键部件，其价值昂贵，使用工 况苛刻(转速高，受饱和蒸汽侵蚀)，修复过程中对所制备的功能涂层有着特殊的要求，一方 面，涂层结合强度要高、耐磨性要好，另一方面，涂层要具备优良的耐腐蚀、抗饱和蒸汽冲损 性能；同时，还必须有效防止在修复过程中基体变形。
[0003] 基于这一情况，为提高汽封轴颈表面的耐磨耐蚀性能，生产厂家在新品制造时，对 汽封轴颈表面采取了电镀硬铬的强化处理措施。但经运行实践检验，电镀硬铬层难以满足 该工况要求。现有技术中也有许多采用激光熔覆技术对汽轮机转子汽封轴颈修复的研究成 果，例如申请号为200410021471. 7的发明专利申请"一种激光修复的发电机、汽轮机转子 轴及其修复方法"、申请号为201210351284. X的发明专利申请"十字轴的激光熔覆修复工 艺"、申请号为201310310313958. 1的发明专利申请"高速旋转机械轴的激光熔覆修复合金 粉末及修复方法"等，上述修复方案所采用的激光熔覆技术，均未提出如何解决汽轮机转子 汽封轴颈出现腐蚀深坑的问题，同时所采用的熔覆设备制备的涂层温度变化小，易产生温 度积聚，则为避免应力作用产生裂纹，熔覆层的厚度会有所限制，熔覆质量不稳定，效率也 较低。
[0004] 同样，船用滑油栗、燃油栗汽轮机转子在运行过程中，叶轮上、下盘面及平衡孔因 受到高压饱和蒸汽的冲蚀作用，出现了成片发散、层叠的冲蚀凹坑，导致转子平衡破坏，机 组振动加剧、稳定性下降，也成为维修保障"瓶颈"。目前对于汽轮机转子叶轮盘面局部损伤 可以采用焊补的方法进行修复，但焊补过程中局部会产生应力，严重时会产生变形，尤其是 对于叶轮盘面产生大面积损伤的转子，只能换新处理，尚未发现采用激光熔覆技术对叶轮 盘面修复的报道。
【发明内容】
[0005] 本发明提供一种船用汽轮机转子损伤修复方法，由该方法制备的涂层与基体能实 现冶金结合，恢复原有尺寸的同时，提高其耐磨抗腐蚀性能，适用于汽轮机转子上深度较大 的汽封轴颈腐蚀凹坑和叶轮盘面蒸汽冲蚀凹坑缺陷的修复，从而延长船用汽轮机转子的使 用寿命。
[0006] 为达到上述技术目的，本发明采用以下技术方案实现，一种船用汽轮机转子损伤 修复方法，包括下述步骤： (I) 采用电阻热能微弧堆焊技术对船用汽轮机转子工件的汽封轴颈表面及叶轮盘面损 伤缺陷(深度多0. 3_)进行修复，具体修复工艺如下： (II) 表面预处理：对工件损伤缺陷部位进行修整使其表面光顺，并去除油污。
[0007] (12)表面焊补：采用精密补焊机进行修复，精密补焊机工作模式选择为精密氩焊 的脉冲点焊状态，调整焊补电流和脉冲时间，并根据焊补电流调整氩气流量，保证气体通 畅，之后开始对工件损伤缺陷进行焊补，焊补过程预留加工余量； (13) 后加工：对焊补后的工件损伤缺陷表面进行修整，使其表面与工件基体尺寸一 致； (14) 检验：进行探伤检验，以检验焊补后的工件损伤缺陷部位是否存在裂纹、砂眼类明 显缺陷，若不存在，进行步骤（2)，若存在，去除裂纹、砂眼类缺陷后，返回步骤（12)至（14)。
[0008] (2)采用激光熔覆技术分别在船用汽轮机转子工件汽封轴颈表面和叶轮盘面制备 耐磨抗腐蚀防护涂层，激光熔覆设备选择为固体激光器，具体制备工艺如下： (21) 熔覆层制备：选择熔覆材料，固体激光器开机并预燃成功后调整固体激光器的透 镜与工件之间的距离为160~180mm、激光束与工件法线的夹角为15° ~30°，同时调整保护 气体方向和流量，之后固体激光器开始进行熔覆层制备；熔覆过程中保证激光束光斑叠加 量为30%~50%，所形成的各熔池中心均应有凹陷小孔，熔覆过程预留加工余量； (22) 后加工：对熔覆后的工件表面进行加工至要求尺寸和精度； (23) 检验：进行探伤检验，以检验熔覆部位是否存在裂纹、砂眼类明显缺陷，若不存在， 激光熔覆过程完成，在工件汽封轴颈表面和叶轮盘面形成耐磨抗腐蚀防护涂层；若存在，去 除裂纹、砂眼类缺陷后，返回步骤（21)至（23)。
[0009] 在本发明的技术方案中，还包括如下附加技术特征： 在步骤（12)中，精密补焊机的焊补电流为80~130A，脉冲时间为80~140ms，当焊补电流 为80~100A时，氩气流量为4~6L/min，当焊补电流为100~130A时，氩气流量为5~9L/min。
[0010] 精密补焊机所用堆焊材料为ER308焊丝，其直径为0. 8~1. 2mm。
[0011] 步骤（2)中，在汽轮机转子汽封轴颈表面制备的耐磨抗腐蚀防护涂层为采用激光 熔覆镍基合金粉末Ni60A制备的Ni60A涂层，按重量百分比，所述镍基合金粉末Ni60A中各 组分含量：C 为 0· 5-L 1%、Si 为 3. 5-5. 5%、B 为 3. 0-4. 5%、Cr 为 15-20%、Fe 彡 5. 0%，其余 为Ni ;在汽轮机转子叶轮盘面制备的耐磨抗腐蚀防护涂层包括采用激光熔覆铁基合金粉 末43X制备的43X涂层，按重量百分比，所述铁基合金粉末43X中各组分含量：Mo为1. 4%、 Mn 为 0. 6%、Cr 为 15%、Ni 为 4. 3%、Si 为 1. 3%、B 为 0. 8%、其余为 Fe。
[0012] 在汽轮机转子叶轮盘面制备的耐磨抗腐蚀防护涂层还包括在制备43X涂层之后 激光熔覆镍基合金粉末IN625制备的IN625涂层，按重量百分比，镍基合金粉末IN625中各 组分含量：C 彡 0· 03%、M〇 为 8-10%、Fe 彡 I. 5%、Mn 为 0· 2-0. 5%、Cr 为 20-23%、Si 为 0· 3-0. 5%、 Nb 为 3. 15-3. 85%、其余为 Ni。
[0013] 所述镍基合金粉末Ni60A的粒径为45~106 μ m，所述铁基合金粉末43X的粒径为 53~150 μπι，所述镍基合金粉末IN625的粒径为53~150 μπι。
[0014] 所述固体激光器为YAG固体激光器，其工作电流为280~320Α，脉宽为3. 0~3. 2ms， 频率为6~10Hz，送粉量为5~10g/min。
[0015] 在步骤（14)与步骤（2)之间还包括有对焊补后的船用汽轮机转子汽封轴颈和叶 轮盘面进行形状修整及非熔覆表面保护的步骤。
[0016] 与现有技术相比，本发明具有以下优点和积极效果： 1、 采用本发明一种船用汽轮机转子损伤修复方法对船用汽轮机转子汽封轴颈和叶轮 盘面上深度较大(深度多0. 3mm)的腐蚀凹坑、冲蚀凹坑等损伤缺陷进行修复时，首先采用电 阻热能微弧堆焊技术对损伤缺陷进行焊补，焊补后的汽轮机转子进行修整之后采用固体激 光器利用激光熔覆技术在其表面制备耐磨抗腐蚀防护涂层，然后经后加工达到汽轮机转子 汽封轴颈和叶轮盘面的要求尺寸。采用电阻热能微弧堆焊技术和激光熔覆技术制备出的功 能涂层，外观均匀、组织致密，熔覆层与基材之间形成冶金结合，且稀释率低，有效解决了汽 轮机转子汽封轴颈易磨损、叶轮盘面易遭受蒸汽冲蚀的难题； 2、 不仅可以将汽轮机转子关键易损部位尺寸还原，而且修复之后的汽封轴颈和叶轮盘 面耐磨性能远超过基体，大大延长了船用汽轮机转子的使用寿命，经实践得知，采用本发明 修复方法对船用汽轮机转子进行修复，其使用寿命可延长5倍以上； 3、 激光熔覆时采用固体激光器，固体激光器发射的脉冲激光，只在每一激光光斑点处 陆续形成熔池，则下一个熔池形成时，前一熔池已经得到了冷却，进而可以实现涂层的快速 加热和快速冷却，不会产生温度积聚，利于应力释放，避免裂纹产生，从而涂层厚度可层层 叠加，工件温度能够控制在80°C以下，避免影响工件的热处理性能。
【附图说明】
[0017] 图I (a)为激光熔覆Ni60A涂层的金相组织照片； 图I (b)为激光熔覆Ni60A涂层的扫描电镜照