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風(fēng)機葉片堆焊工藝研究

瀏覽次數:3710發(fā)布日期:2010-03-08

摘 要:目的 提高風(fēng)機葉片的壽命。方法 為改變葉片表面耐磨性能,對其進(jìn)行強化處理。選擇了強化方法及材料,確定了工藝及措施,并運用于生產(chǎn)實(shí)際。結果 葉片壽命提高 4 倍左右,保證了風(fēng)機在一個(gè)大修期內不會(huì )因磨損而造成停機。結論 作者研究得出的堆焊技術(shù),經(jīng)生產(chǎn)實(shí)際檢驗,是切實(shí)可行的,可以推廣至同類(lèi)應用場(chǎng)合。
關(guān)鍵詞:風(fēng)機葉片;壽命;堆焊

 

引 言

鍋爐是火力發(fā)電的動(dòng)力源。排粉機、 引風(fēng)機(統稱(chēng)風(fēng)機)是鍋爐機組中的重要組成設備。排粉機用于輸送煤粉;引風(fēng)機用來(lái)抽吸煙氣,使其經(jīng)煙囪排煙。太原一電廠(chǎng) 1#~8# 鍋爐機組的風(fēng)機葉輪,在工作過(guò)程中,因轉速高(1 480 r/min 以上),且承受一定的風(fēng)壓,葉片會(huì )受到塵埃顆粒及煙氣的摩擦與腐蝕作用,一般運行 7 個(gè)月左右,就會(huì )發(fā)生葉片被沖刷磨穿現象,導致葉輪壽命下降,需要停機檢修。這會(huì )造成相應的鍋爐機組停止運行,不僅增加了工人維修的勞動(dòng)強度,加大了裝拆費用、 備品備件用量及相應費用,更為嚴重的是停機會(huì )影響發(fā)電量,造成嚴重的經(jīng)濟損失及社會(huì )影響。

如何提高風(fēng)機葉片的壽命(zui起碼在鍋爐的一個(gè)大修期內不發(fā)生磨損破壞),是迫切需要解決的一個(gè)重要問(wèn)題。作者根據風(fēng)機使用的工作條件,對葉片磨損原因進(jìn)行了分析,基于提高葉輪葉片壽命的需要,對葉片表面進(jìn)行強化處理。選擇了堆焊方法及堆焊材料,確定了堆焊工藝,并應用于生產(chǎn)實(shí)際,取得了令人滿(mǎn)意的效果。

1 風(fēng)機葉輪結構及技術(shù)要求

鍋爐機組的風(fēng)機規格一般不統一,葉輪直徑在 (1 600~2 000) mm 之間。作者以直徑 1 600 mm 的排粉機葉輪為例加以說(shuō)明。圖 1 為葉輪結構示意圖。


圖 1 葉輪結構示意圖
Fig.1 Scheme of the fan blade

對葉輪的技術(shù)要求:
(1) 后盤(pán)不平度≤0.5/100;
(2) 后盤(pán)外圓處端跳偏差≤4 mm;
(3) 圓盤(pán)外圓處徑跳偏差≤3 mm;
(4) 錐形前盤(pán)外圓處端跳偏差≤6 mm;
(5) 葉片出口工作面對后盤(pán)的不垂直度偏差≤1/100;
(6) 經(jīng)靜、 動(dòng)平衡校正。

2 葉片強化方法及材料的選擇

磨損是一種與材料表面狀態(tài)有關(guān)的現象。要提高葉輪的壽命,必須對葉片表面進(jìn)行強化,使其能經(jīng)受住磨損。

2.1 磨損原因分析

作者現場(chǎng)考察了已磨損葉片的表面狀況,發(fā)現磨損zui嚴重的部位已成豁口狀(局部磨穿),稍嚴重部位已磨成薄刃狀,其他部位的表面磨成一道道微細溝槽。根據現場(chǎng)工作條件,判定葉輪受到磨料磨損、 沖蝕磨損、 熱磨損等多重作用。其中,主要是受到磨料磨損,即微小的塵埃和煤灰等顆粒,在風(fēng)壓作用下,對高速運轉的葉片表面進(jìn)行了顯微切削,造成了葉片的磨損[1]。

2.2 選擇強化方法

就一般情況而言,對工件表面進(jìn)行強化的方法有多種,如滲碳、 刷鍍及等離子噴涂等。針對風(fēng)機的使用工況及現場(chǎng)條件,可行的方法僅有氧乙炔噴焊及電弧堆焊。

在試板上分別進(jìn)行了氧乙炔噴焊與電弧堆焊的對比試驗。噴焊(噴涂后重溶)加熱速度慢、 加熱時(shí)間長(cháng),導致試件變形嚴重,但稀釋率較低;而電弧堆焊加熱時(shí)間短,試件變形較小,但稀釋率較高。因葉輪的形狀及剛度等原因,葉輪變形后校形較困難,加之在生產(chǎn)制造葉輪的過(guò)程中,葉輪本身已有一定的制造偏差,故為保證葉輪的尺寸及形位偏差這一基本要求,采用變形較小的電弧堆焊方法。

2.3 選擇材料

受磨料磨損的工件,一般選用碳化鎢或高鉻合金鑄鐵作為堆焊材料。但采用電弧堆焊的方法,會(huì )使碳化鎢原始顆粒大部分熔化,在堆焊層析出硬度并不算高的含鎢復合化合物,影響耐磨性的提高;而采用高鉻合金鑄鐵作為堆焊材料,可使堆焊層含有 Cr7C3 高硬相,且其價(jià)格比碳化鎢便宜[2,3]。作者分別選擇了牡丹江、 天津、 哈爾濱三個(gè)廠(chǎng)家生產(chǎn)的堆焊材料進(jìn)行了對比試驗,結果如表 1 所示。
表 1 堆焊材料對比試驗
序號 生產(chǎn)地 合金體系 堆焊后硬度 表面狀況
1# 牡丹江 Fe-Cr-B HRC>50 積瘤狀
2# 天 津 Cr-Ni-Si HRC43 平整
3# 哈爾濱 Fe-Cr-B HRC>50 平整


從表 1 可以看出,1# 材料堆焊后表面硬度高,但焊接工藝性能差,堆焊層表面呈“積瘤狀”、 不平滑;為避免在葉輪使用過(guò)程中,在“積瘤”處“掛灰”,破壞葉輪動(dòng)平衡,故不采用。2# 材料堆焊后,雖然表面成型較平滑,但其硬度較低,因其耐磨性較差,故也不采用。3# 材料無(wú)論在表面成型,還是在表面硬度方面均較好,故選其為堆焊材料。

3 堆焊工藝及結果

3.1 堆焊工藝

工藝是影響堆焊質(zhì)量的重要因素。根據對葉輪的要求,把堆焊葉片的工藝重點(diǎn)放在了降低稀釋率和減少焊后變形這兩個(gè)方面。

3.1.1 降低稀釋率

堆焊層的稀釋率,反映了堆焊層中母材熔入數量的百分比。葉輪母材一般為 Q235 或 16 Mn。母材熔化后對耐磨合金材料起稀釋作用,會(huì )降低堆焊層合金化的效果,影響耐磨性。

在保證母材與耐磨合金相互熔合的前提下,降低稀釋率就是減少母材熔化量。為此,在正式堆焊葉輪前,進(jìn)行了工藝試驗。作者分別采用不同規范參數對各組試件堆焊,然后比較各組的硬度值結果,選擇出較理想的工藝規范。

試驗時(shí),把試件分成 6 組,每組 3 塊試板,試板尺寸為 120 mm×50 mm×6 mm;材質(zhì)與葉輪相同,均為 Q235;耐磨合金粉塊尺寸為 90 mm×30 mm× 3 mm;使用 AX1-500 直流弧焊機,采用直流正接(正接較反接熔深淺);用直徑 10 mm 碳精棒作電極(電極直徑大,可減小電流密度);特制加長(cháng)焊把(減少碳弧對人體的烘烤)。每塊試板上堆焊一塊耐磨合金粉塊,堆焊層硬度值按每組試件平均值記錄。試驗結果如表 2 所示。
表 2 工藝規范對堆焊層硬度的影響
試件組 電流I/A 電壓 U/V 焊接時(shí)間 硬度(HRC)
1 280~300 25~30 2′15″ 54
2 300~320 25~30 1′50″ 58
3 330~350 25~30 1′30″ 61
4 360~380 25~30 1′20″ 53
5 400~420 25~30 1′05″ 58
6 430~450 25~30 58″ 56


作者認為:采用第 3 試件組的工藝規范效果。

為減少母材熔化量,應注意使堆焊電流減小、 電壓降低、 堆焊速度加快;但堆焊電流過(guò)小,會(huì )使耐磨合金粉塊不易熔化,導致堆焊速度減慢。欲使堆焊速度加快,又需加大堆焊電流。這一矛盾只有通過(guò)試驗才能找到*組合。

焊工操作時(shí)需注意以下兩點(diǎn):

(1) 電弧擺動(dòng)幅度盡量小,以剛超出粉塊邊緣為宜,但不可咬邊;
(2) 采用坡度為 5°~10° 的下坡焊,使熔池流動(dòng)方向與施焊方向一致。

3.1.2 控制葉輪變形量

堆焊后的葉輪,在驗收時(shí)不僅需作靜、動(dòng)平衡試驗,還需各表面的尺寸、 形狀及位置滿(mǎn)足偏差要求。由于堆焊會(huì )使葉輪受熱不均勻,產(chǎn)生焊接應力,導致焊接變形等,故還需采取適當工藝措施,才能把葉輪變形控制在公差范圍內[4,5]。

在堆焊時(shí)采取了以下工藝措施:

(1) 保證焊接順序

在每一葉片上堆焊完一塊粉塊后,轉動(dòng)葉輪,在對稱(chēng)葉片相應位置,堆焊另一粉塊,順序如圖 2 所示。如此循環(huán)往復,直至把各葉片堆焊完畢。以此順序堆焊,可使葉輪前、 后盤(pán)均勻收縮,并可避免熱應力過(guò)于集中,減少焊接變形。

圖 2 堆焊粉塊順序示意圖

(2) 錘擊焊縫

葉輪變形是由于堆焊層在冷卻過(guò)程中發(fā)生縱向、 橫向收縮造成的。每堆焊完一粉塊,用小錘輕擊,延展堆焊層,可補償部分收縮量,減少變形。

(3) 減少線(xiàn)能量

減小線(xiàn)能量能使葉片受到的熱輸入量減少,熱應力變小。這與降低稀釋率的要求是一致的。

3.2 結 果

采用上述工藝措施,對葉輪進(jìn)行堆焊。焊后檢查,葉輪變形量在技術(shù)要求范圍內,并用便攜式硬度計對各葉片堆焊層進(jìn)行抽查,測得各點(diǎn) HRC>56。
電廠(chǎng)運行表明,堆焊后的風(fēng)機葉片壽命提高 4 倍左右,避免了葉輪在鍋爐的一個(gè)大修期內,因葉片磨損而造成更換或修理,保證了機組的正常工作,取得了良好的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。

4 結 論

經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)考驗,該堆焊技術(shù)是切實(shí)可行的,可以大大提高風(fēng)機葉片的使用壽命,該技術(shù)適用于承受磨料磨損的其他工件。

丁京濱(1955-),男,工程師.從事專(zhuān)業(yè):材料成型加工.
丁京濱(華北工學(xué)院 材料工程系,山西 太原 030051)
曹海燕(太原理工大學(xué),山西 太原 030024)
張保富(太原一電廠(chǎng),山西 太原 030024)

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