百万核电机组转子动叶片关键工序的缺陷分析

2018-02-01刘帅东

发电设备 2018年1期

刘帅东

(黑龙江惠泽电力科技有限公司，哈尔滨 150030)

动叶片的作用是将蒸汽的动能和部分热能由动叶组成的环形叶栅汽道内转换为转子的机械能[1]。动叶片采用ISB(枞树型叶根、整圈围带叶片)结构，具有更好的阻尼特性，可降低由于离心力引起的静应力及振动应力。为保证安全的需要，每片叶片上的凸台拉筋和围带之间都留有合理的安装间隙，运行时由于离心力的作用首先拉筋先接触，然后接触围带，这样就大大增大了叶片阻尼，降低了振动应力。在动叶顶部装有弹性汽封，这样可以减少顶部的漏气损失，提高机组的通流效率。

笔者通过动叶片发生的一系列质量案例，阐述了动叶片制造过程钎焊、无损探伤、测频、预装配等问题。依据图纸、标准和工艺规程等技术文件，在QA和QC人员的配合下，采用有效的试验方法进行验证，最终达到了质量提升的预期成果，也为后续百万核电常规岛设备国内制造及缺陷处理提供了借鉴和参考。

1 动叶片的组成及制造流程

动叶片主要有叶根、内径向面、汽道、内弧、出汽道、进汽边、叶冠、背弧、背平面组成。动叶片整体结构见图1，动叶片制造的关键工序流程见图2。

图1 动叶片整体结构图

图2 动叶片制造关键工序流程图

2 焊接缺陷分析及处理

合金片焊接工序是产品制造的关键工序，一旦出现问题，后序处理非常困难，只有严格进行过程控制，才能有效保证产品的质量。

2.1 动叶片钎焊合金片焊缝渗透探伤缺陷问题

对制造厂钎焊合金片焊缝进行焊后PT探伤检查，发现第十级反向动叶(共120片)中一片存在超标缺陷，该缺陷位置为入口端(F区)，缺陷尺寸为d=2.5 mm(见图3)。

图3 动叶入口端圆形缺陷显示

2.1.1 原因分析

由于此叶片为柔性叶片，在机械加工的钎焊合金片过程中叶片变形较大；另外此叶片为制造厂初次加工，又经过动平衡，所以不可避免导致个别动叶出现超标缺陷。

2.1.2 处理措施

为避免叶片的单个缺陷超标的发生，采取以下处理措施：

(1) 要求司太立合金片的长度方向和宽度方向与叶片合金片槽尽可能接近金属间贴合，保证贴合间隙小于0.1 mm，并记录；修磨与R角位置配合的位置，用塞尺测量间隙b和d值，直到b<0.4 mm、d<0.1 mm，但其累计长度不得大于司太立合金片总长度的1/5,保证其贴合度。

(2) 对PT探伤不合格的叶片，消缺补焊，补焊后探伤检查应符合要求，然后对叶片进行校形处理，校形合格后的叶片放置一个月再使用综合量具复查变形叶片的情况。若放置前后影响不大，则同意使用，对不合格的进行退片重新焊接，且叶片的退片重焊总数不应该超过三次，直至最后合格。

2.2 动叶片钎焊合金焊缝射线探伤缺陷问题

对制造厂钎焊合金片焊缝进行焊后RT复探检查，发现叶片根部存在点状不连续。具体缺陷见图4。

图4 动叶片合金片部位焊缝RT底片

2.2.1 原因分析

(1) 通过对RT底片从缺陷形态上分析超标缺陷显示零星点状不连续，缺陷显示呈不规则状，属于单个缺陷尺寸超标，排除由高频钎焊引起的。从缺陷位置分析，RT探伤超标缺陷集中出现在司太立合金片沿底部向上的位置，该位置钎焊层结合面积在80%以上，结合面积满足标准要求。

(2) 由于结构原因，司太立合金根部钎焊后需要填充大量的银焊料，对该区域需要进行较长时间的加热，同时标准要求司太立合金片根部不允许存在线性缺陷，清除根部线性也需重复补焊。补焊时若加热范围大、加热时间长会引起钎焊层的破坏、局部钎料熔化，破坏了原合金与叶片本体钎焊缝的局部形貌，在RT探伤底片上出现超标显示。

2.2.2 处理措施

根据汽轮机司太立合金高频焊接工艺要求，调整并使用专业的感应线圈，使钎焊温度在长度方向上均匀，同时设置好焊接温度、加热、保温时间[2]。若进行缺陷补焊需要进行预热后马上进行火焰手工补焊，避免加热不够造成合金焊缝出现疏松小孔及结合不良等问题。叶片合金片焊接完成后需增加喷丸处理工艺，改善残余应力状态[3]。