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氩弧焊在水轮机过流部件修复中的应用李晓强 汪彦龙 马力（甘肃电投河西水电检修维护部，甘肃 张掖 734000）摘要 气蚀是一种流体机械所特有，可使过流部件表面的光洁度降低，严重时局部被侵蚀成连片的、呈蜂窝状的孔洞，甚至变成海绵状态的现象。气蚀对水轮机的影响主要表现在：破坏过流面、引起机械能量特性变化、引起共振和噪声、增加机组检修频率。氩弧焊作为一种具有热量集中、成型良好的焊接方法，在水轮机过流部件修复中具有一定的优势。关键词：气蚀，过流部件，氩弧焊气蚀对固体部件表面的破坏产生的原理是非常复杂的，实验证明，气泡的行程、发展和溃灭所产生的水锤效应以每秒十万乃至二十万次的频率进行，使水轮机过流表面局部承受反复的冲击载荷。在反复的冲击载荷下，金属材料会产生疲劳破坏，这是产生气蚀现象的主要原因。其次，气泡在压缩时释放出一定的能量，同时，由于水击压力对金属表面的反复冲击而导致局部温度升高，这样气泡中所含的气体就会对金属表面起到氧化作用。另外，气泡在高温作用下会产生放电现象，即产生电化作用，从而使金属表面发生电解。因此，气蚀是由上述机械、化学、和电化作用共同产生的结果。气蚀存在于水泵、水轮机、阀门和闸阀、螺旋桨、航空发动机和清洗设备等。气蚀破坏可使过流部件表面的光洁度降低，严重时局部被侵蚀成连片的、呈蜂窝状的孔洞，甚至变成海绵状态；气蚀破坏可导致设备使用效率降低，甚至损坏，造成的后果和影响很大。本文以三道湾水电站3#机水轮机修复为例。 1.修复前概况 三道湾水电站3#水轮机型号：HL2052D-LJ-162，额定水头138.5m，最大水头154.83m，最小水头131.08m，活动导叶26片，额定流量18.40m/s，额定转速500r/min。2009年投入运行，2015年检修时，发现过流部件气蚀严重，活动导叶出水边、端面，顶盖抗磨环上出现大范围的气蚀现象，甚至在导水叶出水边出现了缺失现象（最大处8mm3mm），破环导水叶流线，严重影响机组稳定运行。决定对其经行修复处理。2. 修复工艺选择2.1手工焊条电弧焊 手工电弧焊能广泛应用，主要是它具有：工艺灵活，适用性强，对各种位置、常用钢种、不同厚度的工件都能适用。手工电弧焊的缺点：生产效率低，焊接质量受焊工水平的影响，劳动强度大，焊接时有一定的飞溅，电弧热量分散，易变形等。2.2钨极氩弧焊氩弧焊热量集中，从喷嘴中喷出的氩气有冷却作用，因此焊缝热影响区窄，焊件变形小。用氩气保护无熔渣，提高了工作效率，而且焊缝成形美观，质量好。 氩弧焊明弧操作，熔池可观性好，便于观察和操作，技术容易掌握，适合各种位置焊接。 气体保护工艺提供低氧冶金学清洁的焊缝金属，因此具有低的非金属夹杂物含量的优点。这就是气体保护焊接工艺-钨极惰性气体保护焊获得良好的冲击韧性的原因。综合考虑工作量、工作效率、施焊条件及现场实际情况，选用手工钨极氩弧焊进行修复。 3.修复过程 3.1过流部件的焊材特性导水叶材料：ZG06Cr13Ni4Mo（铬镍马氏体不锈钢铸件），高强度不锈钢，抗拉强度 b (MPa)：750，屈服强度 s (MPa)：550，硬度 ：217286HB。这种钢提供了良好的机械性能，特别是良好的冲击值、令人满意的机械加工性、焊接性和相当好的耐冲蚀和汽蚀性能。抗磨环材料：Q235（普通碳素结构钢），抗拉强度b（MPa）：375-460。3.2焊材的匹配选取根据现场工作实际情况、施焊部件材料，选取ER410NiMo，1.0mm焊丝、不锈钢1.2mm焊丝。焊前用无水酒精清擦，风干，用干净的容器陈放。 3.3焊接修复过程 3.3.1焊前准备：检查氩气气源是否足够，对施焊部件进行初步的清洁，出去表面油污等杂质、污物。3.3.2焊件的打磨：对于深度不超过2mm的气蚀区，用磨光机对气蚀部位及其周边20mm范围内进行打磨。打磨要求去除周边氧化层、污物，将气蚀区打磨至显出金属本色，无气蚀等其他缺陷存在；对于深度大于2mm的气蚀区，用气刨枪铲除，且大于95%的基体金属露出，在用磨光机处理。3.3.3气蚀部分的补焊：导水叶的焊接：选取ER410NiMo，1.0mm焊丝，焊接电流60A-75A，焊接速度0.3m/min，保护气体流量5-8L/min，为降低焊接变形的影响，采取短弧焊接，多层多道焊接的方法。控制焊接余高在1mm左右。为了减少残余应力，采取焊接完成一道打磨一道的办法。焊接过程平稳，电弧稳定，焊缝成形良好，由于氩弧焊焊接热量集中，特别是氩弧焊打底时热影响区要小得多，故焊接接头变形量小，残余应力也小。检测完成的焊件，未见变形。抗磨环的焊接：选取不锈钢1.2mm焊丝，焊接电流70A，焊接速度0.3m/min，保护气体流量5-8L/min，任然采取短弧焊接，多层多道焊接的方法。3.3.4焊后修复：焊接工作后，打磨工作面，用导叶模具对导叶流线经行核对检测；用细砂纸、油石打磨焊件表面，将表面粗糙度控制在Ra1.6。 4.气蚀部位修复前后对比资料1. 导叶修复前气蚀情况2.导叶修复后情况 3.顶盖抗磨板修复前气蚀情况4.顶盖抗磨板修复后情况5.导叶端面修复前气蚀情况6.导叶端面修复后情况 5.机组运行检验过流部分回装后静态试验：导水叶动作灵活无卡涩现象，多次动作后，未见划痕。机组试运行试验：机组运行稳定、可靠，振动、摆度值符合要求，无异常情况出现。进过一个汛期的满发、超发运行，在2015-2016年度检修时，未见异常，过流部分状况良好。6.机组健康状况和相应经济效益体现6.1采取新焊接工艺，提高工作效率氩弧焊在机组过流部分气蚀修复中与传统手工焊条电弧焊相比：焊接过程中无焊接飞溅，在完成气蚀部分堆焊的情况下，有效的保护了非施焊部位；工作现场不产生焊接烟尘，工作环境大大改善；无药皮垃圾产生，提高工作效率；氩气保护可隔绝空气中氧气、氮气、氢气等对电弧和熔池产生的不良影响，减少合金元素的烧损，以得到致密、质量高的焊接接头；氩弧焊的电弧燃烧稳定，热量集中，弧柱温度高，焊接生产效率高，热影响区窄，所焊的焊件应力、变形、裂纹倾向小。减少修复后期的处理工作。6.2修复后的经济效益体现在对三道湾3号水轮机过流部件汽蚀修