給洗輪機部件敷加抗蝕表面的方法

2023-05-21 11:41:41 2

專利名稱：給洗輪機部件敷加抗蝕表面的方法
技術領域：
本發明涉及為汽輪機碳鋼部件提供抗蝕表面的方法，更具體地說，涉及在壓力容器部件上敷以冶金接合的抗蝕合金而不致引起不可接受的變形的協同焊接變量。
如在核電站中所用的，汽輪機的某些部分採用由ASME P-1號碳鋼製成的壓力容器部件。這種材料不很抗蝕，但滿足選定的其它技術要求。在汽輪機運行時，穿過汽輪機的汽流通路常常出現諸如高速湍流狀態之類的不可預見的熱力-水流特性。而這會造成對這些碳鋼部件的侵蝕一腐蝕影響。長期的這種侵蝕-腐蝕作用會降低壓力容器部件的壁厚並形成粗糙表面。粗糙表面反過來會加劇侵蝕-腐蝕作用的影響並進一步增大汽流通路內的湍流。
為了把汽輪機中的侵蝕-腐蝕損壞減至最小，有必要加上對侵蝕一腐蝕過程有抗性的表面。由於粉未冶金方法製成的表面只是機械接合的並且會造成被腐蝕和被剝離的碎片落入汽輪機中，最好用冶金接合的保護合金。
典型情況下，敷加冶金接合表面靠的是採用各種焊料的常規電弧焊方法。但是，常規的焊接方法會在基體金屬內導致收縮應力。過多的熱輸入和溫度梯度，而這些常常會造成壓力容器部件不可接受的變形。這種變形使得無法形成所要求的對汽輪機運行而言是必要的金屬與金屬之間的蒸汽密封性能。因而，通常需要附加的打磨，切削和/或臨時的密封材料。
因此，需要有一種為汽輪機碳鋼部件加上抗蝕表面的方法。它應基本上滿足所有選定的技術要求，而應用時又不會造成基體金屬的明顯變形。還需要為壓力容器部件加上冶金接合的抗蝕表面，能夠經受侵蝕一腐蝕作用的惡劣氣氛。再就是需要有一種敷面操作方法。能夠實地應用而不用複雜的定位設備。
本發明提供了帶有抗蝕表面的汽輪機碳鋼部件和製作這些部件的方法。本發明的方法可製成有一可經受壓力蒸汽的第一表面的汽輪機碳鋼部件。在該表面上焊有含有重量百分比至少為12%的鉻的鋼材的第一焊料。焊料以每分鐘大約24～52英寸、61-132釐米的高焊接速度焊在汽輪機部件表面，標稱第一焊道厚度小於大約0.1英寸、0.25釐米。
為此，本發明提出了一種協同焊接變量和合金的新組合，能夠製成所需的冶金接合的抗蝕表面，而不會有顯著的基體金屬變形。此處介紹的焊接工藝包括半自動管狀焊絲電弧焊工藝(FCAW)，也被ASME稱作氣體保護金屬電極電弧焊(GMAW)，這使之可以焊接很長的連續焊縫，由於減少了有關的焊接加熱循環次數也就減小了變形。本發明特別選用了為快速焊接而設計的標準管狀焊絲來達到較高的移動速度以減小熱量輸入。尤其是採用一種奧氏體面心立方結構的高鉻焊絲，可形成具有高抗蝕性和足夠的抗屈強度的很有延展性的焊蠶或焊料。
本發明更具體的內容包括採用高速向下立式焊位來獲得可隨基體金屬本身變形的較薄而牢固的焊蠶形狀。因而可使蒸汽機外殼變形減至最小。
因而，本發明的一個目的就是提供一種將抗蝕表面冶金接合到汽輪機碳鋼部件上而不引起顯著變形的方法。
本發明的另一個目的是製成可顯著免除缺陷並適應底層碳鋼基體金屬膨脹和收縮的焊接的抗蝕表面。
考慮到這些和其它目的，隨著這裡所進行的說明本領域技術人員將明顯看出，本發明實質上具有如下所述的和更具體地在如所附權利要求中限定的部件和方法的新結構、組合、布局。
本發明可為汽輪機碳鋼部件加上抗蝕表面。這些部件有一可暴露於加壓蒸汽的表面。該表面焊有含成份的重量百分比至少為12%的鉻的鋼的焊料，它是以每分鐘大約24-52英寸、61-132釐米的速度沉積該表面上的，標稱第一焊料厚度小於大約0.1英寸、0.25釐米。
本發明還包括一種將抗蝕表面焊在汽輪機碳鋼部件上的方法，其中的步驟有製成含有重量百分比小於大約0.35%的碳並且其上面有一第一表面的汽輪機碳鋼部件。用管狀焊絲電弧焊將奧式體不鏽鋼在第一表面上焊成厚度小於大約0.1英寸、0.25釐米的第一焊料，這一管狀焊絲電弧步驟採用每分鐘大約48-52英寸，122-132釐米的焊接速度，用大約160-180安培的直流電，取向下立式焊位。
本發明還關係到一種汽輪機系統，其中包括基本上無變形的汽輪機碳鋼部件。它有一用以提供對加壓蒸汽的抗蝕性能的焊上的表面，該焊上的表面有一成份中有重量百分比至少約12%的鉻的不鏽鋼，最好是奧式體不鏽鋼如E309L型的小於大約0.15英寸、0.38釐米的雙層焊道焊料。
本發明可有效地應用於為汽輪機部件敷加抗蝕表面，為延緩或阻止基體金屬的進一步侵蝕而進行的基本金屬的修復，以及給高壓容器加上塗層等等。此發明證明能用於各種形狀的結構，包括平板焊道等。
在本發明優選的多數焊接工藝中，在焊接之前汽輪機碳鋼部件經過清洗。最好用砂盤磨光，拋光和其它金屬表面處理工藝來去除積垢、氧化物、鏽斑和其它表面汙跡。繼這些工藝之一後，最好用一種不含雜質主要由汽油構成的清洗劑(如用礦物酒精之後再用甲醇等)來擦拭表面。所有殘餘的機油、油脂、油漆痕跡或其它膜層都應用清潔、乾燥、不掉毛的棉布擦掉。
本發明的焊接步驟最好用管狀焊絲電弧焊方法來完成。儘管其次還可採用氣體保護鎢電極電弧焊、氣體保護金屬電極電弧焊和等離子焊接工藝。管狀焊絲電弧焊工藝使得有可能焊出很長的連續焊縫，採用這種工藝可通過減少焊接加熱循環次數來減小變形。這種焊接方法的最理想目標是在已經經受或將要經受蒸汽侵蝕/腐蝕破壞的汽輪機碳鋼如含有重量百分比小於0.35的碳的P-1型碳鋼部件表面覆上抗蝕焊接金屬。
所介紹的方法採用專門研製的快速覆蓋的FCAW焊料，採用130-220安培的直流。最好是145-180安培24-28伏特的反接直流，這樣可減小焊接熱應力和變形。減小變形的性能可依靠以高移動速度焊出的薄的焊縫。對單層焊道小於大約0.1英寸、0.25釐米、最好約為0.06英寸、0.15釐米，對雙層焊道小大約0.15英寸，0.38釐米，最好約為0.12英寸、0.30釐米。進入基體金屬的熱輸入要低。並且只要有可能就向下立焊。當取不同於向下立焊的位置焊接時，最好也要以高移動速度進行焊接。在需要焊上大量合金的情況下，如葉片環坡口或管道連接。應調整移動速度和焊絲直徑以採用多層焊道坡口焊方法。
參看下面的例子可對此發明有更深的了解，其中提供了每種焊接方法和接縫的焊接參數的大致最優範圍。
例1垂直向下敷面接縫焊接結構平板焊道襯底ASME P-1型基體金屬ASME P-1、SA515 GR.65、SA216 GR.WCB型焊接方法FCAW，窄焊道，單層厚度大約0.06英寸、0.15釐米，2層的多層焊道厚度0.12英寸、0.30釐米或更大，焊接移動速度大約48-52英寸，122-132釐米/分鐘，每個焊道覆蓋前一焊道大約30-50%。
位置垂直向下，焊槍向後，與移動方向相反，大約20°。
焊料AWS A 5.22類E309 LT-1型，直徑0.045英寸，0.11釐米。
保護氣體，75%氬/25%二氧化碳(±10%)，每小時35-45立方英尺，990-1273立方分米。
預熱60°F.15.6℃(最低)，135°F、57.2℃(最高，焊道處)電流+極性DCRP，電極為正。
安培數160-180伏特數24-28
例Ⅱ仰面位置敷面焊接結構平板焊縫襯底ASME P-1型基體金屬ASME SA515 GR.65型、P-1型。
焊接方法FCAW，窄焊道，單層厚大約0.06英寸、0.15釐米，多層焊道厚大約0.12英寸、0.30釐米，如需要可更大，焊接移動速度大約25-35英寸、63.5-88.9釐米/分鐘，每個焊道覆蓋前一焊道大約30-50%。
位置仰面，焊槍向後，沿移動方向，大約20°。
焊絲AWS A 5.22類E309LT-1型，直徑0.045英寸、0.11釐米。
預熱60°F、15.6℃(最低)，300°F、148.9℃(最高，焊道處)電流+極性DCRP，電極為正安培數145～155伏特數26-28例Ⅲ水平位置敷面焊接結構平板焊縫襯底ASME P-1型基體金屬ASME P-1型、SA515 GR、65型、SA216GR、WCB型。
焊接方法FCAW，窄焊道，單層厚大約0.06英寸、0.15釐米，2層的多層焊道厚大約0.12英寸、0.30釐米。如需要可更大，焊接移動速度大約25-35英寸、63.5-88.9釐米/分鐘，每個焊道覆蓋前一焊道大約30-50%。
位置水平。焊槍向後，沿移動方向，大約20°。
焊絲AWS A5.22類E309LT-1型，直徑0.045英寸、0.11釐米。
保護氣體75%氬/25%二氧化碳(±10%)，每小時35-45立方英尺，990-1273立方分米。
電流+極性DCRP，電極為正。
安培數145-155伏特數26-28例1V地面位置敷面焊接結構平板焊縫襯底ASME P-1型基體金屬ASME P-1型、SA515 GR、65型、SA216GR，WCB型。
焊接方法FCAW，窄焊道，單層厚大約0.06英寸、0.15釐米，2層的多層焊道厚大約0.12英寸、0.30釐米。如需要可更大，焊接移動速度大約25-35英寸、63.5-88.9釐米/分鐘，每個焊道覆蓋前一焊道大約30-50%。
位置地面位置，焊槍向後，沿移動方向，大約20°。
焊絲AWS A5.22類E309LT-1型。直徑0.045英寸、0.11釐米。
保護氣體75%氬/25%二氧化碳(±10%)。每小時35-45立方英尺，990-1273立方分米。
電流+極性DCRP，電極為正。
安培數145-155伏特數26-28還建議採用間斷焊接方法來減小熱輸入並控制變形。一種優選的方法是焊出相鄰的不多於2條的焊道，而後向左或向右移動大約6英寸、15.24釐米並再焊出不多於兩條的新的焊道，來回焊接直到完全遍及所需區域。
繼焊接之後，應通過用去垢錘敲擊或其它機械方法去除焊渣和藥皮，而後用鋼絲刷清理去除氧化物、浮皮，鏽斑和焊接煙跡。用於這一目的鋼絲刷最好有清潔而無汙染的不鏽鋼絲。
用上面介紹的方法焊上的抗蝕焊接金屬敷面不僅僅是可強化表面的也不僅僅是耐腐蝕的焊接貼面。據信它可以其更好的機械性能包括更高的抗蝕性來取代基體金屬。優選合金E309L的技術性能，特性及相對抗蝕性能遠超過碳鋼的，因而它是優選合金。
從上面內容可以看出。此發明提供了為汽輪機碳鋼部件加上抗蝕表面的新方法，可減小變形並避免機械加工或臨時密封處理。儘管各種實施例已得以描述，這是為了說明之用，並不限制此發明。對於熟悉本行業的人顯而易見的各種改動都在所附權利要求說明的此項發明的範圍之內。
權利要求
1.一種為其上有一第一表面的汽輪機碳鋼部件提供抗蝕表面的方法；其特徵在於含有重量百分比至少為12的鉻的第一鋼質焊料以每分鐘61-132釐米(24-52英寸)的焊接速度焊在所述第一表面上，所述焊料具有小於0.25釐米(0.1英寸)的標稱第一焊道厚度。
2.根據權利要求1所述方法，其特徵在於所述焊接步驟包括管狀焊絲電弧焊。
3.根據權利要求2所述方法，其特徵在於所述管狀焊絲電弧焊步驟是用130-220安培直流電來進行的。
4.根據權利要求2所述方法，其特徵在於所述管狀焊絲電弧焊工藝使用145-180安培的反接直流電。
5.根據權利要求3所述方法，其特徵在於所述管狀焊絲電弧焊步驟採用24-28伏特電壓。
6.根據權利要求4所述方法，其特徵在於所述管狀焊絲電弧焊步驟來用具有大約0.11釐米(0.045英寸)的外徑的電極。
7.根據權利要求6所述方法，其特徵在於所述焊料具有大約0.15釐米(0.06英寸)的標稱第一焊道厚度。
8.根據權利要求2所述方法，其特徵在於第二焊料置於所述第一焊料的一部分之上，達到大約0.30釐米(0.12英寸)的總厚度。
9.根據權利要求8所述方法，其特徵在於所述第二焊料焊在所述第一焊料表面積的大約30-50%上。
10.根據權利要求6所述方法，其特徵在於沿與焊接移動方向相反的方向並從所述表面翹起大約20°地使用焊槍。
11.根據權利要求10所述方法，其特徵在於焊上的一對焊道距第二對焊道大約15.2釐米(6英寸)。
12.根據權利要求1所述方法，其特徵在於所述鋼材由奧氏體不鏽鋼製成。
13.根據權利要求6所述方法，其特徵在於採用含有氬和二氧化碳的保護氣體。
14.根據權利要求2所述方法，其特徵在於採用每分鐘122-132釐米(48-52英寸)的焊接速度、160-180安培，取向下立焊行進方式。
15.根據權利要求2所述方法，其特徵在於取仰面位置時採用每分鐘63.5-88.9釐米(25-30英寸)的焊接速度，145-155安培。
16.根據權利要求2所述方法，其特徵在於取地面位置時採用每分鐘63.5-88.9釐米(25-30英寸)的焊接速度，145-155安培。
全文摘要
此發明提出為汽輪機碳鋼部件提供抗蝕表面的方法，這些方法包括以每分鐘24-52英寸的焊接速度將含有重量百分比至少為12的鉻的鋼質焊料焊在汽輪機碳鋼部件上，標稱第一焊道厚度小於大約0.1英寸。介紹了用於垂直向下、仰面、水平和地面敷面位置的優選管狀焊絲電弧焊(FCAW)方法。
文檔編號F01D25/00GK1049701SQ9010671
公開日1991年3月6日 申請日期1990年8月6日 優先權日1989年8月7日
發明者詹姆斯·C·杜米爾, 薩木爾·D·雷諾爾茲 申請人:西屋電氣公司