杨恩

（大唐国际发电股份有限公司张家口发电厂 河北张家口 075133）

1 案例介绍

某火力发电厂300MW机组在进行检修过程中，发现机组汽轮机隔板静叶排气边出现了一条深度为4mm，长度为20mm，和叶片根部距离200mm的裂纹，该裂纹的出现已经对机组的安全运行造成了影响，为了保证机组的正常运行，需要对该裂纹进行处理。研究后决定在施工现场采取焊接的方式对汽轮机隔板静叶片裂纹进行修复。

2 静叶片出现裂纹的原因

（1）因维护不合理，导致异物击伤。在维护汽轮机组时，因为一些遗留的硬质异物随蒸汽进入到了汽轮通道，将叶片打伤。

（2）高温疲劳过载。由于静叶片材料工作的过程中所处的环境比较恶劣，需要同时承受振动、蒸汽激振力、湿蒸汽水滴冲蚀、高温等因素的影响。这些因素会导致叶片自身有一定的损伤或缺陷存在。根据叶片裂纹的具体形貌，判断叶片可能是因外力撞击后受温度交变应力的影响导致裂纹出现扩展。

3 分析叶片的焊机性质

静叶片的主要材质为1Crl3，属于马氏体不锈钢，淬硬性比较高，热影响区和焊缝焊接后的状态组织为硬脆的马氏体组织。会持续比较粗大的碳化物和铁素体，冷却速度过快，会在热影响区出现硬化的情况，产生比较大的马氏体，降低不锈钢的韧性和塑性。马氏体不锈钢具有导入性差的缺点，再加上组织转变过程中体积出现的变化，很有可能导致内应力过大，加剧冷裂倾向。所以，要控制热输入，防止出现冷裂纹。由于1Cr13不锈钢中含有比较多的Cr，很容易提升淬硬性，热影响区和焊缝属于脆且硬的马氏体，韧性不高，当焊接接头中焊缝中含有比较多的氢其或者焊接结构刚度比较大时，温度从高温下降至120～150℃时，静叶片极易出现冷裂纹。综合分析后，选用马氏体不锈钢焊条进行焊接施工。

4 静叶片裂纹修复工艺

4.1 清除缺陷

使用角向磨光机对坡口进行修理，然后进行探伤检查，保证裂纹全部被消除。挖除裂纹后，将坡口整理成V形，然后打磨干净坡口两侧10mm的范围，并利用丙酮对打磨好的位置进行清洗，将油污去掉。施工过程中，要避免挖穿裂纹，根部预留2mm的间隙，确保根部可以焊透[1]。为了降低焊接变形以及焊接应力，降低焊接填充金属量，需要保证坡口可以圆滑的进行过渡，坡口最后大小为30mm×10mm×7mm。打磨工作完成后，要使用专用的胶布对周围的叶片以及叶片的位置进行保护，避免出现碰伤的情况。

4.2 焊接施工方法

采用焊条电弧焊结的施工方法具有方便灵活、操作便利，焊接稳定等优点。所以，此次修复选用焊条电弧焊进行焊接施工。

4.3 选择焊接材料

为了确保修复静叶片后可以具有良好的导热性、高温强度以及良好的热膨胀性，按照叶片的材质选择不锈钢焊条进行焊接。本次施工使用G217焊条进行施工。化学成分如表1所示。

表1 G217焊条的化学组成成分（单位：%）

4.4 焊前预热

当在空气中对1Cr13系列马氏体不锈钢进行冷却时，会产生比较大的淬硬倾向。所以，在对这种钢进行焊接时，要重点注意脆化和冷裂纹方面的问题。为了避免焊接过程中出现冷裂纹和淬硬组织，在焊接施工前，要对50mm范围内的施焊区域进行预热。预热温度要控制在马氏体开始转变的温度以内，一般为200～250℃以内。进行预热时，选用氧乙炔火焰进行加热，火焰焰心和叶片表面要间隔10mm以上，并保证叶片各个位置温度具有良好的均匀性。在低温环境下加热到180℃后，采用保温棉进行包扎，使其温度降低到150℃。整个预热过程中使用红外测温仪实时对预热温度进行测量。

4.4.1 控制层间温度

在进行焊接修复时，层间温度要控制在允许的最低预热温度值以上，并且不能大于制定工艺允许的层间温度最大值。一般控制在150～200℃之间。当预热温度小于预热温度规定的下限值时，不允许进行焊接作业，再次进行加热使层间温度达到要求后即可进行焊接作业。当层间温度的最高值大于200℃时，要对其进行冷却，待温度小于200℃以后才可以再次进行焊接。

4.4.2 焊接修复施工

在施焊之前，要先使用丙酮对叶片坡口以及叶片四周的水分、油渍、灰尘、锈迹等杂质进行清理。进行焊接时，使用SMAW焊接的方式进行焊接，焊条直径为2.5mm，使用多道多层焊接的方式进行施工，焊道的宽度要控制在焊接材料直径三倍以内，焊层厚度要小于焊接材料的直径。进行焊接作业时，焊条摆动幅度不宜过大，为了使焊渣和气孔可以顺利浮出，尽可能在焊道两侧停留时间长一些，收弧时要将弧坑填满，防止出现弧坑裂纹[2]。为了避免出现热裂纹，要使焊道保持凸起状，每完成一道焊接作业，对焊层表面进行检查，对可能出现的气孔、裂纹、凹陷、咬边等缺陷要进行清理，使用专门的工具清理焊道后，即可进行下一道焊层的施工。进行焊接时，焊接电流要控制在90～110A参数范围中，焊接电压要控制在23～28V之间.焊接要从叶片的底部向上使用金属进行填充，将焊接电流控制在80～100A，为了保证熔合效果，进行焊接时，电弧尽可能对叶片两侧的隔板进行灼烧。为了使焊丝可以将电弧挡住，降低电弧对不需要焊接部分造成的灼烧，在进行送丝的过程中，要从距离隔板比较远的一方送丝。

4.5 焊接后热处理

修复好补焊后，对叶片进行加热，温度达到250℃后，使用保温材料将叶片补焊区包裹好，降低冷却速度。焊接工作完成后，热处理工作要持续0.5h以上。对补焊接头两侧50～100mm的范围进行加热。

4.6 补焊工作完成后对焊缝进行修磨

完成补焊和焊后热处理工作后，使用气动打磨道具修磨静叶焊缝。一方面可以保证焊缝更好的进行过渡，防止应力过于集中，将焊缝有可能出现的焊接缺陷打磨掉。另一方面可以使叶片可以保持未进行焊接前的状态，使其叶片的整体结构保持原貌。

4.7 施焊完成后进行检查

使用角磨机磨平焊缝的余高，并进行抛光处理，然后对焊接区使用渗透的方法进行探伤检查，保证焊缝不存在咬边、未熔合、裂纹等问题。实践证明，该修复方法是有效的，汽轮机隔板静叶片经过三年的运行，没有出现问题。此次修复达到了要求，质量稳定性高。

5 结束语

综上所述，本文通过实际案例，对300MW机组汽轮隔板静叶裂纹出现的原因进行了分析，发现静叶片出现裂纹主要是因为出现的高温应力向两侧扩展造成的。需要采用焊接的方法修复叶片，在施工现场进行了预热、裂纹挖除、焊后热处理、补焊、焊后修磨等处理措施。经过五天的焊接施工，彻底解决了隔板静叶片裂纹问题，再次进行检测后没有再发现缺陷，证明使用G217焊条对1Cr13汽轮机隔板静叶片裂纹进行焊接修补是行得通的。完工后对焊缝进行无损检测证明这种修复静叶片的方法修复质量良好，具有较高的推广应用价值。

[1]祝晓燕，王彦惠.汽轮机叶片疲劳寿命与故障诊断研究的发展及现状[J].电力科学与工程，2000（02）：11～14.

[2]陈伯蠡.焊接工程缺欠分析与对策[M].北京：机械工业出版社，2006：58～121.

[3]邹增大.焊接材料、工艺及设备手册[M].北京：化学工业出版社，2001.