專利名稱：一種汽輪機(jī)末級(jí)葉片的不拆卸修復(fù)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽輪機(jī)末級(jí)葉片的修復(fù)工藝。
背景技術(shù)：
汽輪機(jī)末級(jí)葉片是電廠汽輪機(jī)組的最末級(jí)葉片，是長(zhǎng)度最長(zhǎng)、重量最大的一組。其重量在1kg～15kg之間(機(jī)組大小的不同，末級(jí)葉片的重量也就不同)。汽輪機(jī)的工作介質(zhì)是水蒸汽，當(dāng)氣流流到末級(jí)葉片時(shí)，水蒸汽中已含有一定量的液體水或水珠，這些水珠就會(huì)對(duì)高速旋轉(zhuǎn)(汽輪機(jī)組大小不同，轉(zhuǎn)數(shù)有1500rpm、3000rpm等幾個(gè)等級(jí))的末級(jí)葉片造成沖刷，使汽輪機(jī)末級(jí)葉片的強(qiáng)度、平衡狀態(tài)、工作效率和壽命等受到很大影響。由于汽輪機(jī)末級(jí)葉片長(zhǎng)度最長(zhǎng)、重量最重，因此所受的離心力也就最大，若不及時(shí)修理，甚至?xí)斐扇~片的斷裂，發(fā)生重大質(zhì)量事故。由于其工作環(huán)境的特點(diǎn)，因此需要汽輪機(jī)末級(jí)葉片整體要有較好的耐沖刷性能、良好的持久強(qiáng)度和較好的抗熱疲勞及斷裂性能。
但是，拆卸汽輪機(jī)的末級(jí)葉片是一項(xiàng)很復(fù)雜的工作，需要較長(zhǎng)的周期和特殊的工裝與工藝，而且還有很大的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。在某些特定的條件下，拆卸汽輪機(jī)末級(jí)葉片是不可能的。這樣，不拆卸對(duì)汽輪機(jī)的末級(jí)葉片進(jìn)行維修，其世紀(jì)的意義就十分重要了。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種修復(fù)不拆卸的汽輪機(jī)末級(jí)葉片的工藝本發(fā)明提供一種汽輪機(jī)末級(jí)葉片的不拆卸修復(fù)工藝，包括疲勞層清理、激光熔覆、鉗修復(fù)形、修復(fù)后檢測(cè)，其特征在于1)所述激光熔覆的工藝參數(shù)如下熔覆功率600～2000W；光斑直徑1～4mm；掃描速度2～10mm/s；每層熔覆厚度0.5～0.8mm；搭接率30～70％；熔覆后的尺寸比未損傷的基面高1～2mm；2)熔覆材料根據(jù)汽輪機(jī)末級(jí)葉片的材質(zhì)及硬度，選用與葉片相應(yīng)的金屬合金粉；3)熔覆設(shè)備YAG固體激光器，激光加工機(jī)及配套冷水機(jī)組，同步送粉器。
所述的大功率YAG固體激光器及配套冷水機(jī)組能夠產(chǎn)生2000w的激光，發(fā)光體為YAG(釔鋁石榴石)晶體，產(chǎn)生激光波長(zhǎng)只有1.06μm，容易被金屬吸收，而且能夠利用光纖進(jìn)行傳輸，在做激光熔覆過(guò)程中有很大的優(yōu)勢(shì)(相比氣體激光而言)，可以實(shí)現(xiàn)柔性加工。
所述的水冷系統(tǒng)是激光器工作過(guò)程中必不可少的附屬設(shè)備，它利用工作介質(zhì)氟利昂的揮發(fā)和壓縮液化提供冷水以帶走激光器產(chǎn)生的多余熱量，維持激光的持續(xù)發(fā)射。所述水冷機(jī)組提供冷卻水的水溫是可調(diào)、可控的。
本發(fā)明提供的汽輪機(jī)末級(jí)葉片的不拆卸修復(fù)工藝，所用激光加工機(jī)是固體光纖傳輸激光加工機(jī)，它由激光與光纖耦合部件31～33、光纖部件39、聚焦部件34和36、運(yùn)動(dòng)軸部件37及其控制系統(tǒng)38構(gòu)成。
所述的激光與光纖耦合部件由聚焦鏡、擴(kuò)束鏡、反射鏡及其支架組成。將激光器所產(chǎn)生的激光聚成直徑小于1毫米的平行光束，以垂直方向射入光纖端面。所有的鏡片支架要通入冷水以冷卻鏡片。
所述的光纖部件其特征是由傳輸光纖的光纖和其外部的保護(hù)層組成。光纖是由石英晶體拉制而成的，比較脆。本設(shè)備采用的是可以傳輸2000w以上功率激光的特種光纖。外部采用耐溫、隔熱的材料制成保護(hù)層。防止光纖損壞。同時(shí)，該組件可以以一定半徑彎曲實(shí)現(xiàn)對(duì)光線的柔性控制。
所述的聚焦部件由聚焦鏡、防護(hù)鏡片及其鏡筒組成，作用是將光纖傳輸過(guò)來(lái)的光聚焦以供使用。鏡筒內(nèi)部通冷水給鏡片冷卻。該聚焦鏡可以將光聚焦成直徑在1～4mm范圍內(nèi)的光點(diǎn)，該光點(diǎn)作用在實(shí)體上成為光斑。
所述的運(yùn)動(dòng)軸部件是指激光加工對(duì)光斑位置控制的機(jī)械部分。其特征在于共有三個(gè)形式相同、相互垂直的軸構(gòu)成，并安裝在底座上。能夠?qū)崿F(xiàn)光斑在空間曲面上運(yùn)動(dòng)。每個(gè)軸由絲杠和導(dǎo)軌組成，導(dǎo)軌控制運(yùn)動(dòng)方向，絲杠提供運(yùn)動(dòng)動(dòng)力。
所述的運(yùn)動(dòng)軸其特征在于，絲杠是與步進(jìn)電機(jī)連接的，將步進(jìn)電機(jī)的的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成光斑在相應(yīng)軸上的直線運(yùn)動(dòng)。兩軸同時(shí)運(yùn)動(dòng)構(gòu)成激光焦點(diǎn)平面的曲線運(yùn)動(dòng)；三軸同時(shí)運(yùn)動(dòng)構(gòu)成激光焦點(diǎn)的空間曲線運(yùn)動(dòng)。激光聚焦組件就固定在其一個(gè)軸的端部。
本發(fā)明提供的汽輪機(jī)末級(jí)葉片的不拆卸修復(fù)工藝，所用的同步送粉器，由可調(diào)速的控制電機(jī)來(lái)控制圓盤轉(zhuǎn)速進(jìn)而控制給粉量。重力作用使料斗中的粉末落在圓盤上，轉(zhuǎn)到刮板位置使被刮下，落在接料斗中。使用高壓的氮?dú)饣驓鍤庾鳛榉哿陷斔偷膭?dòng)力，通過(guò)軟管將粉末送至噴嘴，噴射到特定的位置。本設(shè)備將粉末噴射到光斑之內(nèi)，而且其位置與激光聚焦組件的位置相對(duì)固定，這樣就保證了送出粉料與光斑的同步性故稱為同步送粉器。
所述的控制系統(tǒng)是指對(duì)不僅電機(jī)動(dòng)作發(fā)出指令的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，本設(shè)備采用的是通用的四軸三聯(lián)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)空間曲面的加工?？梢灶A(yù)先定制程序等。
本發(fā)明提供的汽輪機(jī)末級(jí)葉片的不拆卸修復(fù)工藝，在疲勞層清理之前可以進(jìn)行形線樣板制作。利用樣片的尺寸及空間形線位置，用鍍鋅板手工制作出維修用尺寸和形線樣板，一般情況下一套樣板包括空間形線定位樣板和葉片形線與尺寸樣板。
本發(fā)明提供的汽輪機(jī)末級(jí)葉片的不拆卸修復(fù)工藝，在所述形線樣板制作之前可以進(jìn)行修復(fù)前檢測(cè)，即維修后要達(dá)到的各組數(shù)據(jù)的檢測(cè)。廠家維修的汽輪機(jī)末級(jí)葉片都會(huì)有一個(gè)或幾個(gè)樣片，如果沒(méi)有樣片，廠家會(huì)規(guī)定以損傷量最小的一片葉片作為維修樣片，檢測(cè)的目的就是將維修后要達(dá)到的各組數(shù)據(jù)(主要指尺寸)檢測(cè)出來(lái)，作為維修的依據(jù)。如廠家無(wú)法提供葉片成分，則還要進(jìn)行材質(zhì)成分的化驗(yàn)分析。
本發(fā)明提供的汽輪機(jī)末級(jí)葉片的不拆卸修復(fù)工藝，其疲勞層清理是利用手工打磨的方法，主要包括角磨和直磨，對(duì)損傷軸面進(jìn)行機(jī)械清理。
本發(fā)明提供的汽輪機(jī)末級(jí)葉片的不拆卸修復(fù)工藝，其優(yōu)點(diǎn)在于降低維修費(fèi)用、節(jié)約維修時(shí)間，操作簡(jiǎn)便、規(guī)范性強(qiáng)；激光熔鑄層與基體的結(jié)合強(qiáng)度不低于原基材的90％；基體熱影響區(qū)極小，一般為0.1～0.2mm；熔鑄層及其界面組織致密，晶粒細(xì)小，沒(méi)有孔洞、夾渣、裂紋等缺陷；葉片無(wú)熱變形；汽輪機(jī)末級(jí)葉片的修復(fù)層表面有較高的耐沖刷性能、良好的持久強(qiáng)度和較好的抗熱疲勞及斷裂性能，以滿足汽輪機(jī)末級(jí)葉片的工作條件；
采用光纖傳輸高能量的激光，對(duì)葉片的空間擺放位置沒(méi)有限制；利用同步送粉器，可以實(shí)現(xiàn)各種曲面上的熔覆加工；激光熔鑄技術(shù)可控性好，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。


圖1為汽輪機(jī)末級(jí)葉片的不拆卸修復(fù)工藝用熔覆設(shè)備的連接示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1汽輪機(jī)末級(jí)葉片的不拆卸修復(fù)工藝，包括修復(fù)前檢測(cè)、形線樣板制作、疲勞層清理(主要包括角磨和直磨，對(duì)損傷軸面進(jìn)行機(jī)械清理)、激光熔覆、鉗修復(fù)形、修復(fù)后檢測(cè)1)激光熔覆的工藝參數(shù)如下熔覆功率600～2000W；光斑直徑1～4mm；掃描速度2～10mm/s；每層熔覆厚度0.5～0.8mm；搭接率30～70％；熔覆后的尺寸比未損傷的基面高1～2mm；2)熔覆材料根據(jù)汽輪機(jī)末級(jí)葉片的材質(zhì)及硬度，選用與葉片相應(yīng)的金屬合金粉；3)熔覆設(shè)備YAG固體激光器2，激光加工機(jī)3及配套冷水機(jī)組1，同步送粉器4。熔覆設(shè)備的連接如圖1所示。
大功率YAG固體激光器及配套冷水機(jī)組能夠產(chǎn)生2000w的激光，發(fā)光體為YAG(釔鋁石榴石)晶體，產(chǎn)生激光波長(zhǎng)只有1.06μm，容易被金屬吸收，而且能夠利用光纖進(jìn)行傳輸，在做激光熔覆過(guò)程中有很大的優(yōu)勢(shì)(相比氣體激光而言)，可以實(shí)現(xiàn)柔性加工。
水冷系統(tǒng)是激光器工作過(guò)程中必不可少的附屬設(shè)備，它利用工作介質(zhì)氟利昂的揮發(fā)和壓縮液化提供冷水以帶走激光器產(chǎn)生的多余熱量，維持激光的持續(xù)發(fā)射。水冷機(jī)組提供冷卻水的水溫是可調(diào)、可控的。
激光加工機(jī)是固體光纖傳輸激光加工機(jī)，它由激光與光纖耦合部件、光纖部件39、聚焦部件、運(yùn)動(dòng)軸部件37及其控制系統(tǒng)38構(gòu)成。
激光與光纖耦合部件由聚焦鏡31、擴(kuò)束鏡32、反射鏡33及其支架組成。將激光器所產(chǎn)生的激光聚成直徑小于1毫米的平行光束，以垂直方向射入光纖39端面。所有的鏡片支架要通入冷水以冷卻鏡片。
光纖部件39其特征是由傳輸光纖的光纖和其外部的保護(hù)層組成。光纖是由石英晶體拉制而成的，比較脆。本設(shè)備采用的是可以傳輸2000w以上功率激光的特種光纖。外部采用耐溫、隔熱的材料制成保護(hù)層。防止光纖損壞。同時(shí)，該組件可以以一定半徑彎曲實(shí)現(xiàn)對(duì)光線的柔性控制。
聚焦部件由聚焦鏡34、防護(hù)鏡片36及其鏡筒組成，作用是將光纖傳輸過(guò)來(lái)的光聚焦以供使用。鏡筒內(nèi)部通冷水給鏡片冷卻。該聚焦鏡可以將光聚焦成直徑在1～4mm范圍內(nèi)的光點(diǎn)，該光點(diǎn)作用在實(shí)體上成為光斑。
運(yùn)動(dòng)軸部件37是指激光加工對(duì)光斑位置控制的機(jī)械部分。其特征在于共有三個(gè)形式相同、相互垂直的軸構(gòu)成，并安裝在底座上。能夠?qū)崿F(xiàn)光斑在空間曲面上運(yùn)動(dòng)。每個(gè)軸由絲杠和導(dǎo)軌組成，導(dǎo)軌控制運(yùn)動(dòng)方向，絲杠提供運(yùn)動(dòng)動(dòng)力。
運(yùn)動(dòng)軸絲杠是與步進(jìn)電機(jī)連接的，將步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成光斑在相應(yīng)軸上的直線運(yùn)動(dòng)。兩軸同時(shí)運(yùn)動(dòng)構(gòu)成激光焦點(diǎn)平面的曲線運(yùn)動(dòng)；三軸同時(shí)運(yùn)動(dòng)構(gòu)成激光焦點(diǎn)的空間曲線運(yùn)動(dòng)。激光聚焦組件就固定在其一個(gè)軸的端部。
同步送粉器4，由可調(diào)速的控制電機(jī)43來(lái)控制圓盤42轉(zhuǎn)速進(jìn)而控制給粉量。重力作用使料斗41中的粉末落在圓盤42上，轉(zhuǎn)到刮板44位置使被刮下，落在接料斗45中。使用高壓的氮?dú)饣驓鍤?6作為粉料輸送的動(dòng)力，通過(guò)軟管47將粉末送至激光加工機(jī)上的噴嘴35，噴射到特定的位置。本設(shè)備將粉末噴射到光斑之內(nèi)，而且其位置與激光聚焦組件的位置相對(duì)固定，這樣就保證了送出粉料與光斑的同步性。
本設(shè)備采用的是通用的四軸三聯(lián)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)38，可以實(shí)現(xiàn)空間曲面的加工?？梢灶A(yù)先定制程序等。
權(quán)利要求
1.一種汽輪機(jī)末級(jí)葉片的不拆卸修復(fù)工藝，包括疲勞層清理、激光熔覆、鉗修復(fù)形、修復(fù)后檢測(cè)，其特征在于1)所述激光熔覆的工藝參數(shù)如下熔覆功率600～2000W；光斑直徑1～4mm；掃描速度2～10mm/s；每層熔覆厚度0.5～0.8mm；搭接率30～70％；熔覆后的尺寸比未損傷的基面高1～2mm；2)熔覆材料根據(jù)汽輪機(jī)末級(jí)葉片的材質(zhì)及硬度，選用與葉片相應(yīng)的金屬合金粉；3)熔覆設(shè)備YAG固體激光器，激光加工機(jī)及配套冷水機(jī)組，同步送粉器。
2.按照權(quán)利要求1所述的汽輪機(jī)末級(jí)葉片的不拆卸修復(fù)工藝，其特征在于所述激光加工機(jī)是固體光纖傳輸激光加工機(jī)，它由激光與光纖耦合部件(31～33)、光纖部件(39)、聚焦部件(34、36)、運(yùn)動(dòng)軸部件(37)及其控制系統(tǒng)(38)構(gòu)成，激光與光纖耦合部件(31～33)與激光器連接，光纖部件(39)連接激光與光纖耦合部件(31～33)和聚焦部件(34、36)，聚焦部件(34、36)置于運(yùn)動(dòng)軸部件(37)上，運(yùn)動(dòng)軸部件(37)由控制系統(tǒng)(38)控制。
3.按照權(quán)利要求1所述的汽輪機(jī)末級(jí)葉片的不拆卸修復(fù)工藝，其特征在于所述疲勞層清理之前進(jìn)行形線樣板制作。
4.按照權(quán)利要求2所述的汽輪機(jī)末級(jí)葉片的不拆卸修復(fù)工藝，其特征在于所述形線樣板制作包括空間形線定位樣板制作和葉片形線與尺寸樣板制作。
5.按照權(quán)利要求2所述的汽輪機(jī)末級(jí)葉片的不拆卸修復(fù)工藝，其特征在于所述形線樣板制作之前進(jìn)行修復(fù)前檢測(cè)，即維修后要達(dá)到的各組數(shù)據(jù)的檢測(cè)。
6.按照權(quán)利要求1所述的汽輪機(jī)末級(jí)葉片的不拆卸修復(fù)工藝，其特征在于所述疲勞層清理是利用手工打磨的方法，主要包括角磨和直磨，對(duì)損傷軸面進(jìn)行機(jī)械清理。
全文摘要
本發(fā)明提供一種汽輪機(jī)末級(jí)葉片的不拆卸修復(fù)工藝，包括疲勞層清理、激光熔覆、鉗修復(fù)形、修復(fù)后檢測(cè)；熔覆功率為600～2000W，光斑直徑為1～4mm，掃描速度為2～10mm/s，每層熔覆厚度0.5～0.8mm，搭接率為30～70％，熔覆后的尺寸比基面高1～2mm；根據(jù)汽輪機(jī)末級(jí)葉片的材質(zhì)及硬度，選用相應(yīng)的金屬合金粉；采用YAG固體激光器，激光加工機(jī)及配套冷水機(jī)組，同步送粉器。其優(yōu)點(diǎn)在于維修費(fèi)用低、維修時(shí)間短，操作簡(jiǎn)便、規(guī)范性強(qiáng)；修復(fù)的葉片滿足汽輪機(jī)末級(jí)葉片的工作條件；對(duì)葉片的空間擺放位置沒(méi)有限制；利用同步送粉器，可以實(shí)現(xiàn)曲面上的熔覆加工；激光熔鑄技術(shù)可控性好，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。
文檔編號(hào)B23K26/06GK1990158SQ20051013087
公開(kāi)日2007年7月4日 申請(qǐng)日期2005年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月26日
發(fā)明者張靜波, 陳江, 趙越 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)大陸激光技術(shù)有限公司