一种激光修复的发电机、汽轮机转子轴及其修复方法

摘要

本发明提供一种激光修复的发电机、汽轮机转子轴，其基体表面形成有相互融合的、且具有与基体完全不同成分的合金覆层；基体与合金层相接的表面有微熔层0.05～0.1mm；合金覆层为镍基、钴基或铁基合金。本发明还提供一种所述发电机、汽轮机转子轴的激光修复方法，采用预置激光熔覆的方式，其工艺参数为：激光功率1200～2000W；光斑直径φ2～6mm；光斑移动速度2～20mm/s。本发明提供的激光修复的发电机、汽轮机转子轴及其修复方法的优点在于：其基体与激光熔铸层的结合强度不低于原基材的90％；熔铸层及其界面组织致密，晶粒细小，没有孔洞、夹渣、裂纹等缺陷；修复层表面有较高的蠕变极限、良好的持久强度和较好的抗热疲劳及断裂性能。

说明书

技术领域：

本发明涉及发电机、汽轮机转子轴及其修复方法。

背景技术：

汽轮机、发电机转子轴体积大、重量大，精度等级高、制作工艺复杂生产成本高、周期长。而且一旦在运行中出现问题其影响巨大。所以该类转子的设计均为无限寿命设计，即在正常的工艺条件下可连续运转使用20年以上。

转子轴一般的制造工艺有整锻式、套装式、组合式和焊接式。无论哪一种结构形式，其质量要求都是比较高的.由于在高温、高转速下工作，要求材料有较高的蠕变极限、良好的持久强度和较好的抗热疲劳及断裂性能.容量越大的机组，这些技术指标的要求就越强.

对于转子的制造过程从材料的冶炼、锻造、机加、热处理、动平衡等工序都有明确、严格的质量要求.所以一根转子轴的制造成本非常昂贵，制造周期也很长。因此，在运行中，转子一旦出现问题，其后果是非常严重的。如果重新制造，从工期到成本都是发电厂所无法承受的。因此，必须采取某种方式维修。

但是无论是电焊、氩弧焊、振动焊等各种热加工方式，都会不可避免的产生裂纹、热影响区组织相变、残余应力等有害的影响。

以前，一般有两种解决办法：1、电刷镀；2、将轴径车细，重新配瓦。这两种方法都有较大的缺陷。

将轴径车细的方法虽然暂时解决了问题，但却使轴径变细，强度降低，其危害是显而易见的。

电刷镀是近些年电厂较为常用的修复方法，也确实为电厂解决了一定的问题。但是，它的局限性是很大的。比如说它是利用置换原理将金属溶液中的金属附着在轴径表面，它的结合形式是物理结合，其结合强度是很低的。因此在实际使用中，出现刷镀层脱落的现象。一般电刷镀采用的是铜镀，它的结合强度较好，但表面硬度低，磨损的部位刷镀后继续磨损，因此使用寿命有降低。比如说，我们在淮阴电厂修复的密封瓦径就是原来电刷镀修复后又被磨损的位置。

发明内容：

本发明的目的是提供一种激光修复的发电机、汽轮机转子轴，其熔铸层与基体为冶金结合，结合强度不低于原基材的90％。

本发明提供一种激光修复的发电机、汽轮机转子轴，其特征在于：所述发电机、汽轮机转子轴的局部或全部基体表面形成有相互融合的、且具有与基体完全不同成分的合金覆层；基体与合金层相接的表面有微熔层，厚度为0.05～0.1mm；合金覆层为镍基、钴基或铁基合金。

本发明提供的激光修复的发电机、汽轮机转子轴，其合金覆层可由镍基合金底层、钴基合金面层构成；镍基合金的底层与基体浸润性好、结合强度高，而钴基合金的面层有较高的蠕变极限、良好的持久强度和较好的抗热疲劳及断裂性能.，以满足发电机、汽轮机转子轴的工作条件。

本发明提供的激光修复的发电机、汽轮机转子轴，其镍基合金的成分为，重量百分比，Cr15～30、Mo2～6、W2～10、余量为Ni。

本发明提供的激光修复的发电机、汽轮机转子轴，所述镍基合金中还可以含有Al、Ti、C、N、B、Si、Nd、Cu之一种或多种，重量百分含量低于5。

本发明提供的激光修复的发电机、汽轮机转子轴，其钴基合金的成分为，重量百分比，Cr15～30、W2～6、C0.1～1.0余量为Co。

本发明提供的激光修复的发电机、汽轮机转子轴，所述钴基合金中还可以含有Al、Ti、N、B、Si、Nd、Cu之一种或多种，重量百分含量低于5。

本发明提供的激光修复的发电机、汽轮机转子轴，其铁基合金的成分为，重量百分比，Cr15～30、Mo3～5、Ni3～6余量为Fe。

本发明提供的激光修复的发电机、汽轮机转子轴，所述铁基合金中含有Al、Ti、C、N、B、Si、Nd、Cu之一种或多种，重量百分含量低于5。

本发明还提供一种所述发电机、汽轮机转子轴的激光修复方法，采用预置激光熔覆的方式，其特征在于激光工艺参数为：

激光功率1200～2000W；

光斑直径φ2～6mm；

光斑移动速度2～20mm/s。

本发明提供的发电机、汽轮机转子轴及其激光修复方法的优点在于：

发电机、汽轮机转子轴的激光熔铸层与基体为冶金结合，结合强度不低于原基材的90％；

发电机、汽轮机转子轴的基体材料在激光加工过程中工件表面微熔，微熔层为0.05～0.1mm，基体热影响区极小，一般为0.1～0.2mm；

发电机、汽轮机转子轴的熔铸层与基体均无粗大的铸造组织，熔铸层及其界面组织致密，晶粒细小，没有孔洞、夹渣、裂纹等缺陷；

激光加工过程中发电机、汽轮机转子轴的基体温度不超过80℃，激光加工后发电机、汽轮机转子轴无热变形；

激光熔铸技术可控性好，易实现自动化控制；

发电机、汽轮机转子轴的修复层表面有较高的蠕变极限、良好的持久强度和较好的抗热疲劳及断裂性能.，以满足发电机、汽轮机转子轴的工作条件。

具体实施方式：

实施例1 200MW汽轮机中低压转子轴

转子重量约20吨，长度为6m，最大回转直径(末级叶片)2.4m，转子轴材质为25Cr2Ni4MoV，主轴颈直径尺寸φ300mm，损伤宽度250mm，最大损伤深度为1mm以上。经机加去除疲劳层；用重量百分比含量为：Cr20、Mo4、W3.5、余量Ni的合金粉和重量百分比为：Cr20、W4、C0.5、余量Co的合金粉分别激光熔覆修复，激光熔覆的工艺参数为：激光功率1500W，光斑直径φ4mm，光斑移动速度10mm/s；再机加复形，经验收合格。经过各种测试，其硬度指标达到原轴硬度要求的HB240～260，无损探伤检测没有孔洞、夹渣、裂纹等缺陷。金相分析结果，熔覆层组织为致密的奥氏体组织。经1年多时间的运转，没有脱落、起皮等不良现象产生，运转正常。

实施例2 300MW发电机转子轴

转子重量约40吨，长度为7m，转子轴材质为30CrNiMo，主轴颈直径尺寸φ450mm，损伤宽度80mm，最大损伤深度为1mm以上。经机加去除疲劳层；用重量百分比含量为：Cr20、Mo4、W5、Al0.8、C0.2、余量Ni的合金粉和重量百分比为：Cr20、W4、C0.1、Nd0.3余量Co的合金粉共同激光熔覆修复，激光熔覆的工艺参数为：激光功率1800W，光斑直径φ4mm，光斑移动速度5mm/s；再机加复形。经验收合格。经过各种测试，其硬度指标达到原轴硬度要求的HB260～280，无损探伤检测没有孔洞、夹渣、裂纹等缺陷。金相分析结果，熔覆层组织为致密的奥氏体组织。经1年多时间的运转，没有脱落、起皮等不良现象产生，运转正常。

实施例3 50MW发电机转子轴

转子重量26吨，长度为6m，转子轴材质为34Cr2Ni4MoV，气封轴颈直径尺寸φ420mm，损伤宽度50mm，最大损伤深度为0.8mm。经机加去除疲劳层；用重量百分比含量为：Cr25、Mo4、W5、B0.5、余量Ni的合金粉和重量百分比为：Cr25、W4、C0.2、N0.1、余量Co的合金粉共同激光熔覆修复，激光熔覆的工艺参数为：激光功率1200W，光斑直径φ4mm，光斑移动速度8mm/s；再机加复形。经验收合格。经过测试，其硬度指标达到原轴硬度要求的HB260～300，无损探伤检测没有孔洞、夹渣、裂纹等缺陷。金相分析结果，熔覆层组织为致密的奥氏体组织。经3年多时间的运转，没有脱落、起皮等不良现象产生，运转正常。

实施例4 300MW汽轮机低压转子轴

转子重量约45吨，长度为8m，最大回转直径(末级叶片)3.7m，转子轴材质为34Cr2Ni4MoV，主轴颈直径尺寸φ480mm，损伤宽度480mm，最大损伤深度为2mm以上。经机加去除疲劳层；用重量百分比含量为：Cr25、Mo8、W2、Ti3.5余量Ni的合金粉和重量百分比为：Cr20、W8、C0.1、Si0.4、余量Co的合金粉分别激光熔覆修复，激光熔覆的工艺参数为：激光功率2000W，光斑直径φ4mm，光斑移动速度15mm/s；再机加复形。经验收合格。经过各种测试，其硬度指标达到原轴硬度要求的HB260～280，无损探伤检测没有孔洞、夹渣、裂纹等缺陷。金相分析结果，熔覆层组织为致密的奥氏体组织。经2年多时间的运转，没有脱落、起皮等不良现象产生，运转正常。

实施例5  电厂锅炉给水泵轴

给水泵转子重量约2吨，长度为3m，最大回转直径(末级叶片)0.8m，转子轴材质为40Cr，主轴颈直径尺寸φ140mm，损伤宽度100mm，最大损伤深度为2mm以上。经机加去除疲劳层；用重量百分比，Cr18、Mo3、Ni4余量为Fe的合金粉末熔覆，激光熔覆的工艺参数为：激光功率1800W，光斑直径φ4mm，光斑移动速度16mm/s；再机加复形。经验收合格。经过各种测试，其硬度指标达到原主轴径硬度要求的HB260～280，无损探伤检测没有孔洞、夹渣、裂纹等缺陷。经2年多时间的运转，没有脱落、起皮等不良现象产生，运转正常。