中型水轮机不锈钢活动导叶缺陷修复

中型水轮机不锈钢活动导叶缺陷修复

摘要：不锈钢活动导叶常由于裂纹、疏松、变形等问题进行返修，由于导叶结构、材料、质量要求等因素，造成该类铸件修复时间长、成本高。文章针对不锈钢活动导叶最难修复的三类缺陷探讨经济有效的修复工艺方法，同时满足质量与生产进度要求。

关键词：不锈钢活动导叶；铸件；缺陷

1 引言

不锈钢活动导叶是水轮发电机导水机构重要部件，通常为马氏体不锈钢整铸成型，质量要求高。随着铸件尺寸及重量的增大，出现重大缺陷返修的机率增高。虽然该类铸件可用焊接方法进行修复，但铸件从本质上与型材存在较大差异，因此铸件修复过程中应充分考虑母材的特点，综合各种因素，从而制定出最合理的修复方案，满足质量与进度要求。

2 中型不锈钢活动导叶特点

不锈钢整铸活动导叶通常为板-杆连接结构（见示意图），中间板体由下至上逐渐增厚，两端分别连接长、短圆轴，长短轴直径与板体厚度相差较大。中型不锈钢导叶总长约4000mm，轴径约500mm，重量约5吨。铸造时高飞板体与长轴中部设置冒口进行补缩，冒口需进行热割去除。

3 不锈钢活动导叶常见的三类缺陷

3.1 裂纹：铸件本体、本体与冒口之间壁厚相差悬殊，易在冒口侧及导叶轴颈处出现长而粗的裂纹。

3.2 缩松：实际生产过程中，当铸件钢水不足或冒口设计不当时，冒口下或轴颈处易出现缩松缺陷。通常肉眼不可见，但无损检测时不合格。

3.3 变形：导叶为长形板杆结构，随着总长的增加，极易产生出现挠曲变形，即板体或长轴出现局部缺肉无加工量。铸件凝固过程中不均衡的热胀冷缩；热割冒口；热处理摆放等因素均是造成铸件变形的原因。

4 修复工作前的准备工作

修复前应进行以下工作，为制定恰当的修复方案作准备：查阅图纸和铸造工艺、查阅铸件过程记录、查阅铸件理化性能及无损探伤报告、现场查看缺陷形状出现位置等，仔细分析缺陷的成因，预测缺陷的严重程度。

5 裂纹及缩松松缺陷的修复

5.1 缺陷的清除

裂纹及缩松类缺陷宜用挖补法进行修复。在实际修复过程中，清除缺陷往往占用50%以上的周期，需进行多次重复性工作。因此，如何进行清缺是影响整个修复进度的关键。缺陷清除应遵循尽量一次清除到位、减少焊补量、凹坑形状满足焊接操作要求的原则。以碳弧气刨、气割加砂轮打磨三种方式最为常见。若采用吹刨或气割去除缺陷，则需再用砂轮将凹坑打磨光滑，用渗透或磁粉探伤进行检测确认所有缺陷均已清除干净。

5.1.1 裂纹缺陷清除

砂轮打磨是清除裂纹的最好方式，不易造成裂纹延展，但劳动强度高、效率低，打磨的最大深度有限，适合短浅裂纹清除。而活动导叶的裂纹多数发生在应力集中的轴颈或截面变化大的冒口补贴

两侧，长且粗，深度较深。宜采用碳弧气刨在预热状态下进行吹除，吹除方向应与延伸方向相反。在实际生产中发现，大型裂纹，特别是裂纹倾向较大马氏体不锈钢铸件，若只是在预热状态下用碳弧气刨进行吹除，虽然在吹刨过程中目测已吹清，但在冷却过程中多次出现再次开裂并延伸扩展的现象。造成这种现象的原因有多种，如：铸件热处理不足有残余应力，铸件在下序加工过程中形成切削应力等。此类铸件返修时应先进行一次消除应力热处理将有利于裂纹的去除，减少铲挖量，提高处理效率。

5.1.2 缩松缺陷的清除

当铸件无损检测及综合其它因素判定有缩松缺陷时，根据铸件凝固原理，该缺陷多位于铸件芯部，深度较深。实际生产过程中，曾批量在板体补贴位置出现大面积缩松缺陷，渗透探伤显示为数量较多的冰花状缺陷，经反复吹刨、打磨均不能有效地清除缺陷。经反复论证及计算后，采用气割将板体缺陷区域全部切除，根据导叶板体线型另外制作镶块进行组焊，并采取相应的手段保证导叶板体型线及组焊质量。此方法工作量较大，但在处理批量性缺陷时仍不失为有效方法。

5.2 缺陷的修复

因清除缺陷出现的凹坑一般采用手工电弧焊或熔化极氩弧焊进

行补焊。

5.2.1 防变形措施

当缺陷发生在板体中间、长轴轴颈处，采用碳弧气刨、气割等方式去除时，均应在缺陷清理前于板体或板体与长轴之间焊防变形筋，直到消除应力热处理后去除。

5.2.2 焊前预热

不锈钢焊前应进行100℃以上的预热，可减小冷却速度和焊接应力，防止铸件变形及焊缝热裂纹。

5.2.3 焊材选择

水轮机活动导叶通常耐汽蚀和抗磨性能较好的高强马氏体不锈钢。为保证焊缝强度及使用要求，应选用与母材同类型的焊接材料。

5.2.4 焊接工艺参数

焊接工艺参数根据缺陷类型、大小、凹坑所在位置、焊接位置、焊接材料等来确定。在安全操作的前提下，应尽量采用平焊位，方便操作及观察。根据该材料的wps选择电流、电压、速度、层间温度等保证焊缝内在质量。

5.2.5 补焊过程中质量控制

补焊过程中，焊缝区域应保持在预热温度以上，除第一层及最末一层焊缝外，均应逐层锤击。若补焊面积较大、深度较深并处于应力集中区，则应在焊至总量一半时做进行一次消除应力热处理。5.2.6 焊后热处理

属于重大缺陷的焊补结束后降温至100℃左右进行消除应力热处

理，最高温度应比全过程热处理回火段最高温度略低，不改变铸件母材的力学性能。

5.2.7焊后无损探伤检测

热处理之后在热状态下采用碳弧气刨吹平焊缝，去除防变形筋。冷却至室温后采用砂轮打磨，按图纸标准进行无损探伤检测，保证补焊合格。

6 导叶变形的修复

导叶发生变形时应首先考虑使用冷校形法，如使用油压机进行校正，适合板体位置发生的变形。若长轴发生变形则可用火焰局部加热进行校形，加热部位应在长轴变形的起点，即在板体与长轴相贯处、长轴轴颈处进行加热，利用不均匀的热胀冷缩校形。最后再采用补焊的方法对局部小量缺肉进行校正。

7 结束语

综上所述，若要同时满足生产周期和质量要求，经济高效地修复导叶应：

7.1 做好修复前的各种准备工作，收集理化性能、加工状态、质量要求、铸造过程等相关信息。

7.2 根据缺陷类型、呈现的状态及所在部位，选择最有效的缺陷清除方式，缺陷清除工作的质量与效率，是整个缺陷修复工作的关键。

7.3 注意采取防变形措施。

7.4 同材质焊材保证铸件的使用要求，充分使用无损检测及消除