[發明專利]一種汽輪機葉片合金層的堆焊方法

有效

• 申請號: 201810072207.8
• 申請日: 2018-01-25
• 公開（公告）號: CN108396317B
• 公開（公告）日: 2020-03-10
• 發明（設計）人: 祁進坤;寇曉磊;趙鋼;王樹立;高悅民
• 申請（專利權）人: 河北五維航電科技股份有限公司
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;B22F9/08;C22C38/40;C22C30/00;B23K26/342
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

一種汽輪機葉片合金層的堆焊方法，屬于金屬材料領域。本發明采用水霧化或氣霧化工藝制備堆焊材料，堆焊主材料成分為35‐39wt％Ni，20‐25wt％Cr，0.5‐0.6wt％C，其余為Fe，篩取粒度為45‐75微米的主材料粉末與平均粒度為2‐3微米的W、Nb和Hf粉末進行球磨混合，得到最終的堆焊混合粉末，然后將堆焊混合粉末采用激光熔覆技術堆焊到葉片最易受蒸汽沖蝕的位置，堆焊完成后再對堆焊層表面進行機加工，使其滿足葉片的尺寸要求，并得到最終的帶有合金層的葉片。通過激光熔覆的方法，將合金粉末堆焊在葉片的表面，界面結合更好，并且對葉片基體性能的損傷小，在提高葉片抗水蝕性能的同時，葉片本身的性能也不會降低。

技術領域

本發明屬于金屬材料領域，涉及一種汽輪機葉片合金層的堆焊方法。

背景技術

蒸汽在汽輪機內做功伴隨著壓力和溫度的降低，體積的膨脹，由于最后一級的蒸汽壓力最低，所需的容積流量也最高，因此末級葉片是汽輪機各級葉片中最長的一級，承受最大的離心力載荷和由此產生的應力。汽輪機低壓部分葉片工作在含有水滴的濕蒸汽中，在水滴的作用下葉片產生水蝕，特別是低壓末級葉片，由于蒸汽濕度大，且圓周速度又高，使葉片極易遭到水蝕。一般情況下。葉片發生水蝕的區域為頂部進汽邊和根部出汽邊，葉片的水蝕會導致葉片出現蜂窩狀組織，嚴重者使葉片進出汽邊緣呈現鋸齒狀，形成很多細小的裂紋。這些部位很容易產生應力集中，抗疲勞強度降低，水蝕發展到一定程度還會改變葉片的振動特性，導致機組發生強烈振動等惡性事故。目前提高動葉片抗水蝕能力所采取的方法有兩種：一是對末級葉片局部進行高頻淬硬、火焰淬硬等，這些方法盡管能夠改善葉片的抗水蝕性能，但同時都伴隨著葉片部分疲勞強度性能的損失；二是將末級葉片局部通過釬焊的方法鑲嵌鈷基司太立合金片，該方法能夠改善葉片的抗水蝕性能，對葉片的疲勞性能影響也不大，但是存在工藝復雜，司太立合金片制備成本高，葉片與鑲嵌的司太立合金片之間易開裂等問題。因此如何通過簡單的工藝能夠提高葉片的抗水蝕性能，同時對葉片本身的性能無影響，是目前汽輪機行業面臨的主要問題。

發明內容

本發明設計了一種鐵基合金粉末用來改善末級葉片的抗水蝕性能，其設計思路是以氣霧化的Fe‐35‐39wt％Ni‐20‐25wt％Cr‐0.5‐0.6wt％C合金粉末為基礎，通過與適量的W、Nb和Hf粉末混合，采用激光熔覆的辦法，將混合粉末堆焊到局部葉片的表面。在堆焊的過程中，W、Nb和Hf將與合金粉末中的C發生反應，形成WC、NbC和HfC碳化物，這些碳化物在凝固過程中將彌散分布在Fe‐Ni‐Cr基體中，一方面可以強化基體，提高基體的硬度和耐磨性能，從而提高抗水蒸汽沖擊性能，同時基體含有大量的Ni和Cr，本身具有很高的抗水蝕性能。此外，采用激光熔覆的方法，由于能量主要集中在葉片的表面，對內部的性能組織損傷小，因而對葉片的抗疲勞性能影響較小。因此采用本發明設計的合金粉末堆焊到葉片的表面，可以顯著改善葉片的抗水蝕性能，同時葉片本身仍然保持原有的抗疲勞性能，更為重要的是所發明的合金粉末為鐵基粉末，無鈷元素，不但降低成本，也節省了國內的鈷資源。

一種汽輪機葉片合金層的堆焊方法，其特征在于，采用水霧化或氣霧化工藝制備堆焊材料，堆焊主材料成分為35‐39wt％Ni，20‐25wt％Cr，0.5‐0.6wt％C，其余為Fe，篩取粒度為45‐75微米主材料粉末與平均粒度為2‐3微米的W、Nb和Hf粉末進行球磨混合，得到最終的堆焊混合粉末，然后將堆焊混合粉末采用激光熔覆技術堆焊到葉片最易受蒸汽沖蝕的位置，堆焊完成后再對堆焊層表面進行機加工，使其滿足葉片的尺寸要求，并得到最終的帶有合金層的葉片。

進一步地，所述W、Nb粉末的含量分別為堆焊混合粉末重量的1‐2％，W和Nb的比例為1：1，而Hf粉末為堆焊混合粉末重量的0.3‐0.5％，

進一步地，所述球磨混合時轉速為250‐300轉/分，球磨時間30分鐘，球磨球料重量比為(5‐8)：1。