CN114226937B - 一种汽轮机阀芯多孔滑动面的司太立合金的堆焊方法及修复***和修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阀芯多孔滑动面的司太立堆焊方法，包括如下步骤：预先将阀芯内孔待堆焊面分设成堵头区域和非堵头区域的步骤，其中堵头区域为待堆焊抽气孔区域，该堵头区域设置有堵头堵住抽气孔/排气孔，该堵头设置有大端和小端；对于堵头区域在进行司太立堆焊前，并使用与阀芯部件相同或耐高温氧化的焊材完成点焊固定牢固，角焊缝打磨圆滑过渡的步骤；在待堆焊面的堵头区域和非堵头区域进行司太立堆焊的步骤；司太立堆焊后，对堵头区域进行车削的步骤，其中车削该T型堵头大端，并使堵头大端露出清洗的轮廓。本发明可用于核电汽轮机、火电汽轮机、工业透平等机组阀芯部件的司太立表面堆焊或修复。

Description

一种汽轮机阀芯多孔滑动面的司太立合金的堆焊方法及修复 ***和修复方法

技术领域

本发明属于汽轮机阀门阀芯部件的司太立堆焊或修复的技术领域，涉及一种汽轮机阀芯多孔滑动面的司太立合金的堆焊方法及修复***，本发明适用用于核电汽轮机、火电汽轮机、工业透平等机组阀芯部件的司太立表面堆焊方法和修复***。

背景技术

目前，对于汽轮机参数越来越高的“三高”化（温度、压力、功率）发展趋势，阀芯部件承受的温度从560℃正在逐步上涨。而对材料的防护也从阀芯件摩擦副的氮化转向了更高层次的司太立合金表面改性，以提升阀芯件摩擦面的耐高温摩擦、抗氧化的性能。否则阀芯件将会出现大面积氧化而出现卡涩，危机汽轮机组的安全运行。

对于阀芯件的司太立堆焊，尤其是多孔部件的堆焊，通常是先堆焊完成司太立后，再进行缓慢钻孔并穿透司太立，使得除了孔及其附近少些区域外，都必须堆焊司太立。而由于司太立合金硬度很高，硬度HRC40以上，属于硬质合金，随后钻孔加工往往会导致司太立合金层的开裂，导致阀芯件报废。

现有技术中，CN102974917A公开了发明名称一种燃气轮机燃烧室司太立合金堆焊方法，其燃气轮机燃烧室司太立合金堆焊方法按以下步骤实现：一、使用体积百分含量为97％～100％乙醇水溶液对工件焊接区域进行清理；二、采用炉窑设备对工件加热至350～400℃并保持温度在此区间；三、以8～10L/min的流速通入氩气进行保护，然后使用直流氩弧焊机对工件进行焊接；其中，所述直流氩弧焊机选用Φ2.0铈钨极，焊接电流调至45～60A，所述焊接使用的焊材为司太立6号钴基硬质合金焊丝，焊接速度60～80mm/min，道间温度350～400℃；四、工件无裂纹焊接缺陷后，对其进行热处理；其中，所述热处理方法为：以150～200 ℃/时的升温速度，将工件升温至840～860℃，并保温2小时，再以100～150℃/时的降温速度，将工件降温至150℃以下，然后进行空冷即完成了燃气轮机燃烧室司太立合金的堆焊。但是上述发明所公开的司太立的堆焊方法不适合多孔的阀芯件的焊接及后续工艺处理。

目前，对于阀芯件的司太立堆焊，尤其是多孔部件的堆焊，存在着效率低、容易报废的技术问题。为此，需要开发出一种新的司太立的焊接方法，以提升阀芯件抗氧化、抗高温摩擦磨损性能。

发明内容

为解决司太立堆焊后的合金硬度高，钻孔加工往往会导致司太立合金层的开裂，导致阀芯件报废，以及焊接效率低的技术问题，本发明提供了一种新的汽轮机阀芯多孔滑动面的司太立合金的堆焊方法及修复***。

本发明所提供的第一种技术解决方案是：一种阀芯多孔滑动面的司太立堆焊方法，包括如下的步骤：

步骤A，预先将阀芯内孔待堆焊面分设成堵头区域和非堵头区域的步骤，其中堵头区域为待堆焊抽气孔或排气孔区域，该堵头区域设置有堵头堵住抽气孔或排气孔，该堵头设置有大端和小端；

步骤B,对于堵头区域在进行司太立堆焊前，并使用与阀芯部件相同或耐高温氧化的焊材完成点焊固定牢固，角焊缝打磨圆滑过渡的步骤；

步骤C，在待堆焊面的堵头区域和非堵头区域进行司太立堆焊的步骤；

步骤D，司太立堆焊后，对堵头区域进行车削的步骤，其中车削该T型堵头大端，并使堵头大端露出清洗的轮廓。

进一步地，为了更好地进行司太立堆焊，其中，步骤A中设置的堵头为T型和/或球形堵头，该堵头设置有大端的高于待堆焊面一定尺寸，堵头小端的直径小于抽排气孔直径。

进一步地，为了保证阀芯内孔的司太立堆焊性能和提高焊接效率，堵头区域进行司太立堆焊的步骤还包括如下的步骤C1和D1:

步骤C1，该步骤是让该堵头高于堆焊表面一定的尺寸，当焊接电弧移动至该堵头时，电弧弧长变短，而此时操作机***会依据电弧弧长自动调整焊枪高度以满足能继续焊接，此时堆焊后堵头部位是一个球形面，该球面凸出；

步骤D1,该步骤D1为：使用这种操作焊接完成整个内孔司太立后，上车床车削该球面，就会完整的去掉该堵头处的硬质司太立合金而露出堵头大端的清晰轮廓，而该轮廓大于排气孔或抽气孔的大小，这样就完整的保证了加工该孔的过程中不会导致司太立堆焊层开裂。

进一步地，为了保证阀芯内孔的司太立堆焊性能和提高焊接效率，堵头区域进行司太立堆焊的步骤，还包括如下的步骤C2：

其中，步骤C2：操作员手工立即关闭焊接电流，不进行焊接;当工件旋转并转过该堵头时，操作员手工起弧再继续进行司太立堆焊焊接;这样在堵头位置躲避了硬质的司太立焊接层。

进一步地，阀芯内孔的司太立堆焊方法可以使用在汽轮机阀门阀芯部件的司太立堆焊或修复；另外，还可用于核电汽轮机、火电汽轮机、工业透平等机组阀芯部件（新品会旧件）的司太立表面堆焊，以提升阀芯件抗氧化、抗高温摩擦磨损性能。

进一步地，在步骤C2，紧接着进行步骤E，其中步骤E为堵头大端的钻孔步骤。

进一步地，所述的堵头具体为T型，堵头大端右侧L右大于左端L左，堵头边缘高度h＞堆焊厚度δ，H高度由工艺确定，堵头大端的表面为球面；堵头小端的直径小于抽/排气孔直径，堵头数量依据孔的数量制备若干。

同时，本发明的技术解决方案还提供了一种修复***和修复工艺，其中，该修复***包括：带弧压调节功能的粉末等离子堆焊设备、专用堵头（T型和/或球形堵头）、氩弧焊机、电动打磨工具及PT检测试剂。

其中修复***能够完成如下的一种修复工艺或方法，具体如下：

1）堵头准备；

2）阀芯部件检测；

3）装焊堵头；同时，将堵头装入孔后，并完成堵头固定角焊缝焊接后，打磨至圆滑过渡；

4）PT检测：对堵头焊缝进行PT检测，无缺陷显示；

5）焊接：将工件装夹至操作变位机上，进行预热。打开弧压调节器并确认其正常。当预热温度满足工艺要求后，启动焊机进行焊接，走螺旋线焊接程序；

6）热处理：焊接完成后立即将工件装入炉内进行相应热处理；

7）PT检测：热处理后进行PT检测，确认堆焊层完好；

8）加工：装夹至车床，调整转速，少量进刀完成加工，当加工内孔面司太立层至δ+0.3时，进行PT自检；

9）无缺陷即转入钻孔加工工序。

同时，本发明的技术解决方案也提供了另外一种修复工艺或方法，该方法为不开（或不带有）弧压调节器的粉末等离子焊机、堵头、工件及打磨工具，具体如下：

1）堵头准备：依据阀碟准备好堵头，堵头H依据工艺确定，L左和L右尺寸依据工艺要求确定；后按照堵头加工工艺制备与阀芯件同材质的堵头若干；

2）阀芯部件检测：清理堵头装配部位区域，并PT检测堵头装配部位无缺陷显示；

3）装焊堵头：由于排气孔是倾斜与堆焊内孔面相交，因此堵头安装如实施例二图所示；本次由于在堵头上不焊接司太立，因此堵头只需点焊固定（也可以圆周封焊）；焊接材料使用耐高温氧化用焊接材料。操作人员通过目视来判断熄弧和起弧的时机；即使时机稍稍把握不准，也不会影响到将抽气孔边沿烧塌陷；

4）PT检测：对堵头焊缝进行PT检测，无缺陷显示；

5）焊接：将工件装夹至操作变位机上，进行预热。打开弧压调节器并确认其正常。当预热温度满足工艺要求后，启动焊机进行焊接，走螺旋线焊接程序；

6）热处理：焊接完成后立即将工件装入炉内进行相应热处理；

7）PT检测：热处理后进行PT检测，确认堆焊层完好；

8）取堵头：打磨焊缝去掉堵头。

本发明的有益效果是：

1.通过预先设置两个区域，即堵头区域和非堵头区域，并使用合理的堵头，如一种新型T型堵头，引入自动化堆焊方法，轻松解决了多孔面堆焊司太立质量差、合格率低的问题。

2.本发明也提升了开孔的便利性，大大缩短了对机床的占用时间。否则在司太立上面钻孔会极大的增加机床的作业量（进刀量很小，转速高，钻孔效率很低），尤其批量产出该类阀芯件时，对缓解机床压力具有重要意义。

3.本发明为后续返修件升级堆焊、新的多孔面阀芯件的设计提供了可靠支持。

附图说明

图1是多孔内圆面堆焊原理示意图；

图2是阀芯件及堵头结构示意图；

图3是图2的A-A剖视图；

图中标号：1—抽气孔（排气孔），2—T型堵头，3—堵头固定角焊缝，4—堆焊层，5—待堆焊面。

具体实施方式

本发明公开的一种阀芯司太立堆焊方法是基于先开孔后堵孔的工艺，先比直接开孔后手工焊接、直接焊接后再开孔的工艺，具有更高的可靠性。

参见图1、图2、图3

本发明的一种阀芯多孔滑动面的司太立堆焊方法，包括

如下的步骤：

步骤A，预先将阀芯内孔待堆焊面5分设成堵头区域和非堵头区域的步骤，其中堵头区域为待堆焊抽气孔1（或排气孔）区域，该堵头区域设置有堵头2堵住抽气孔或排气孔，该堵头2设置有大端和小端；

步骤B,对于堵头区域在进行司太立堆焊前，并使用与阀芯部件相同或耐高温氧化的焊材完成点焊固定牢固，角焊缝3打磨圆滑过渡的步骤；

步骤C，在待堆焊面5的堵头区域和非堵头区域进行司太立堆焊的步骤；

步骤D，司太立堆焊后，对堵头区域进行车削的步骤，其中车削该T型堵头2大端，并使堵头2大端露出清洗的轮廓。

为了更好地进行司太立堆焊，其中，步骤A中设置的堵头2为T型和/或球形堵头，该堵头2设置有大端的高于待堆焊面5一定尺寸，堵头2小端的直径小于抽/排气孔1直径。

为了保证阀芯内孔的司太立堆焊性能和提高焊接效率，堵头区域进行司太立堆焊的步骤还包括如下的步骤C1和D1:

步骤C1，该步骤是让该堵头2高于堆焊表面5一定的尺寸，当焊接电弧移动至该堵头2时，电弧弧长变短，而此时操作机***会依据电弧弧长自动调整焊枪高度以满足能继续焊接，此时堆焊后堵头部位是一个球形面，该球面凸出；

步骤D1,该步骤使用这种操作焊接完成整个内孔司太立后，上车床车削该球面，就会完整的去掉该堵头处的硬质司太立合金而露出堵头大端的清晰轮廓，而该轮廓大于排气孔1（或抽气孔）的大小，这样就完整的保证了加工该孔的过程中不会导致司太立堆焊层4开裂。

为了保证阀芯内孔的司太立堆焊性能和提高焊接效率，堵头区域进行司太立堆焊的步骤，还包括如下的步骤C2：

步骤C2：操作员手工立即关闭焊接电流，不进行焊接;当工件旋转并转过该堵头2时，操作员手工起弧再继续进行司太立堆焊焊接；这样在堵头位置躲避了硬质的司太立焊接层。

阀芯内孔的司太立堆焊方法可以使用在汽轮机阀门阀芯部件的司太立堆焊或修复；另外，还可用于核电汽轮机、火电汽轮机、工业透平等机组阀芯部件（新品会旧件）的司太立表面堆焊，以提升阀芯件抗氧化、抗高温摩擦磨损性能。

在步骤C2，紧接着进行步骤E，其中步骤E为堵头大端的钻孔步骤。

所述的堵头2具体为T型，堵头2大端右侧L右大于左端L左，堵头2边缘高度h＞堆焊厚度δ，H高度由工艺确定，堵头2大端的表面为球面；堵头2小端的直径小于抽/排气孔1直径，堵头数量依据孔的数量制备若干。

实施例1，参见附图1：

一种司太立堆焊的修复方法：

新产品阀芯件堆焊（抽排气孔在待堆焊司太立的大内孔周围均布，并与阀芯堆焊的大内孔倾斜相交）方法包括预先加工好T型堵头2，堵头2具体为T型，堵头2大端右侧L右大于左端L左，堵头2边缘高度h＞堆焊厚度δ，H高度由工艺确定，堵头2大端的表面为球面，见图1所示。堵头2小端的直径小于抽排气孔1直径，堵头数量依据孔的数量制备。

本发明所述的修复***有：带弧压调节功能的粉末等离子堆焊设备、专用堵头（T型和/或球形堵头）、氩弧焊机、电动打磨工具、PT检测试剂等。

修复工艺为：

1）堵头准备：采用与阀芯件同材质的材料加工堵头。堵头2为T型，堵头大端右侧L右大于左端L左，堵头边缘高度h＞堆焊厚度δ，H高度由工艺确定，堵头大端的表面为球面，堵头小端的直径小于抽/排气孔1直径，堵头2数量依据孔1的数量制备。

2）阀芯部件检测：清理堵头装配部位区域，并PT检测堵头装配部位无缺陷显示。

3）装焊堵头：由于排气孔1是倾斜与堆焊内孔面相交，因此堵头2安装如图1所示：

将堵头2装入孔后，并完成堵头固定角焊缝3焊接后，打磨至圆滑过渡。焊材使用耐高温氧化用焊材。

4）PT检测：对堵头焊缝进行PT检测，无缺陷显示。

5）焊接：将工件装夹至操作变位机上，进行预热。打开弧压调节器并确认其正常。当预热温度满足工艺要求后，启动焊机进行焊接，走螺旋线焊接程序。

6）热处理：焊接完成后立即将工件装入炉内进行相应热处理。

7）PT检测：热处理后进行PT检测，确认堆焊层4完好。

8）加工：装夹至车床，调整转速，少量进刀完成加工，当加工内孔面司太立层至δ+0.3时，进行PT自检。无缺陷即转入钻孔加工工序

实施例2，参见图2、图3：

另外一种司太立堆焊的修复方法：

不开(或不带有)弧压调节器的粉末等离子焊机、堵头、工件、打磨工具等。

1）堵头准备：依据阀碟准备好堵头1，堵头H依据工艺确定，L左和L右尺寸依据工艺要求确定。后按照堵头加工工艺制备与阀芯件同材质的堵头若干。阀芯件结构示意图为图2、图3。

2）阀芯部件检测：清理堵头装配部位区域，并PT检测堵头装配部位无缺陷显示。

3）装焊堵头2：由于排气孔1是倾斜与堆焊内孔面相交，因此堵头2安装如图2、图3、所示。本次由于在堵头2上不焊接司太立，因此堵头2只需点焊固定（也可以圆周封焊）。焊接材料使用耐高温氧化用焊接材料。操作人员通过目视来判断熄弧和起弧的时机。即使时机稍稍把握不准，也不会影响到将抽气孔1边沿烧塌陷。

4）PT检测：对堵头焊缝进行PT检测，无缺陷显示。

5）焊接：将工件装夹至操作变位机上，进行预热。打开弧压调节器并确认其正常。当预热温度满足工艺要求后，启动焊机进行焊接，走螺旋线焊接程序。

6）热处理：焊接完成后立即将工件装入炉内进行相应热处理。

7）PT检测：热处理后进行PT检测，确认堆焊层4完好。

8）取堵头：打磨焊缝去掉堵头。如进行了堵头1的圆周封焊，直接装夹至钻床，调钻掉堵头材料即可。

Claims (1)

1.一种阀芯多孔滑动面的司太立堆焊方法，其特征是包括如下的步骤：

步骤A，预先将阀芯内孔待堆焊面分设成堵头区域和非堵头区域的步骤，其中堵头区域为待堆焊抽气孔或排气孔区域，该堵头区域设置有堵头堵住抽气孔或排气孔，该堵头设置有大端和小端；所述堵头具体为T型，堵头大端右侧L右大于左端L左，堵头边缘高度h＞堆焊厚度δ，H高度由工艺确定，堵头大端的表面为球面；堵头小端的直径小于抽排气孔直径，堵头数量依据孔的数量制备若干；

步骤B,对于堵头区域在进行司太立堆焊前，并使用与阀芯部件相同或耐高温氧化的焊材完成点焊固定牢固，角焊缝打磨圆滑过渡的步骤；

步骤C，在待堆焊面的堵头区域和非堵头区域进行司太立堆焊的步骤；

步骤D，司太立堆焊后，对堵头区域进行车削的步骤，其中车削该堵头大端，并使堵头大端露出清晰的轮廓。