[发明专利]烟气轮机损伤叶片激光仿形修复工艺

说明书

本发明涉及石油化工领域中，所采用的机械设备的一种维修方法。

烟汽轮机转子动叶片、定子静叶片在高温、具有腐蚀性强的环境下，高速运转，长时间工作发生严重损伤。炼油厂的烟汽轮机一、二级动叶片和静叶片及导向叶片，工作温度600～700℃，转速5000～6500转/分，单个动叶片承受10000多公斤的径向剪切力，并长时间不间断的遭受无机化合物、催化剂粒子的冲刷；在一、二级动叶片、静叶片叶尖部及叶根部产生严重冲蚀，最严重处深10～15mm，长度50～60mm，进、排气边严重磨损减薄，叶片榫齿头部有严重磨损，最严重处深8～13mm，严重地降低了叶片的强度指标和使用寿命；由于叶片采用GH738(GH864)高温特种合金制造，采用常规的热熔焊方法修补，造成热应力损伤和变形，并使叶片基体材料金相组织变粗大、疏松，易产生裂纹，降低使用寿命。

本发明的目的，是针对常规技术无法修复此类损伤叶片的难题，研究了一种激光熔铸仿形快速修复的工艺方法，利用高能量激光束加热面积小的特性，实现叶片损伤区仿形再造，恢复叶片原有几何尺寸形态和技术指标要求，达到原有叶片的使用性能，并延长使用寿命。

烟气轮机损伤叶片激光仿形修复工艺，包括修复前预处理、熔铸、无损检测和涂层等多道工序，其特征是：

a)激光束通过智能化机械手，以X、Y、Z、U、V五个方向，在直角坐标系范围内，按照修复叶片空间曲面形状，实现全方位自动化仿形扫描，也可以采用数控激光加工机，实行X、Y、Z方向人工仿形扫描；

b)激光束功率密度为10⁶～10⁹w/cm²，气体CO₂激光使用功率为2000～3000w，固体YAG激光使用功率为500～1000w，扫描速度10～50mm/s，也可以实行定点激光快速辐照，圆形或椭圆形激光束扫描范围为10～80mm²。

为提高修复部件表面抗蚀性和冲刷能力，应采用等离子机在叶片表面喷涂Co-Cr-W涂层0.15～0.25mm；燃气轮机、汽轮机、风机和水轮机等同类设备损伤叶片，均可适用本工艺复原维修。

本发明的积极效果是：操作自动化、智能化，修复速度快，任何空间形状及不同材质的叶片均可仿形修复；激光熔铸层与叶片基体实现冶金结合，结合强度达到原基体材料90％以上；叶片损伤区基体材料在激光熔铸过程中仅表面微熔，微熔层为0.05～0.1mm，基体热影响区极小，温升不超过80℃，无热变形；熔铸层与基体均无粗大铸造组织，晶体细小、无孔洞、无裂纹、无夹杂等缺陷；且叶片强度及抗恶劣工况环境侵蚀能力更高，连续使用周期超过原设计的12000小时，具有显著的经济价值和社会效益。

实施例1

石化公司炼油厂催化裂化装置系统能量回收机组中，YLH-6000C型烟汽轮机转子工作温度640～670℃，转速为5824转/分，动叶片材质为GH864特种合金，经过近6万小时运行，转子一、二级动叶片尖部有4～8mm严重冲刷磨损，排气边有局部减薄，叶片榫头部有冲刷磨损；二级导叶片外环挡板有10～15mm严重冲刷磨损，排气边减薄。采用修复准备，激光仿形熔铸修复，形状磨修，缺陷修补和抛光，修复后喷涂耐磨涂层及转子动平衡试验一整套激光仿形熔铸修复工艺过程，进行叶片修复再造。

CO₂激光器发出的激光束，通过智能化机械手，以X、Y、Z、U、V五个方向，立体全方位仿形扫描，扫描功率为2000～2500W，自动化同步送料，激光束扫描速度为20mm/s，使用熔铸材料与叶片材质相近的特制Ni基合金；涂层采用Co-Cr-W材料，层厚为0.2mm。修复后的烟汽轮机叶片在原工况环境中使用，已经达到17000小时，超过原设计能力指标。