СПОСОБ ПРИПАЙКИ СТЕЛЛИТОВОЙ НАКЛАДКИ НА ВХОДНУЮ КРОМКУ СТАЛЬНОЙ РАБОЧЕЙ ЛОПАТКИ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 2015 года по МПК B23K1/19 F01D5/28 

Область использования

Изобретение относится к области паротурбиностроения и предназначено для увеличения надежности работы и ресурса подверженных ударно-капельному воздействию рабочих лопаток последних (влажнопаровых) ступеней паровых турбин.

Уровень техники

Одним из распространенных видов защиты передней кромки рабочей лопатки влажнопаровых ступеней паровой турбины от ударного воздействия капельной влаги является установка защитных накладок из износостойкого материала, в частности стеллита, представляющего собой выпускаемый отечественной промышленностью твердый сплав на основе кобальта.

Известен принятый в качестве прототипа заявляемого изобретения способ припайки износостойкой стеллитовой накладки на входную кромку стальной лопатки влажнопаровой ступени паровой турбины с использованием тугоплавкого припоя, заключающийся в том, что порошок припоя в смеси с противоокислительным флюсом засыпают между очищенными контактными поверхностями указанных спаиваемых деталей, нагревают соединение до температуры плавления припоя и прижимают накладку к лопатке на время до отвердения припоя после отключения нагрева (Ремонт паровых турбин. / Молочек В.А. // Энергия. Москва, 1968, с.178 [1]). К недостаткам способа [1] следует отнести наличие не пропаянных участков на стыкуемых поверхностях, что приводит к уменьшению прочности их сцепления и, как следствие, к уменьшению надежности работы и ресурса лопатки.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является повышение надежности работы и ресурса рабочих лопаток влажнопаровых ступеней паровых турбин, а достигаемым техническим результатом - повышение прочности припайки стеллитовой накладки к стальной лопатке.

Решение указанной задачи и достижение указанного технического результата обеспечиваются тем, что при осуществлении способа припайки износостойкой стеллитовой накладки на входную кромку стальной лопатки влажнопаровой ступени паровой турбины с использованием тугоплавкого припоя, заключающегося в том, что порошок припоя в смеси с противоокислительным флюсом засыпают между очищенными контактными поверхностями указанных спаиваемых деталей, нагревают соединение до температуры плавления припоя и прижимают накладку к лопатке на время до отвердения припоя после отключения нагрева, согласно изобретению часть припоя предварительно наносят тонким слоем на обе спаиваемые поверхности методом электроискрового легирования (ЭИЛ) с использованием в качестве легирующего электрода прутка припоя. При этом толщина наносимого на каждую из спаиваемых поверхностей слоя припоя предпочтительно составляет (40…190) мкм, а электроискровое легирование предпочтительно осуществляют с величиной энергии единичного импульса (0,3…0,7) Дж и удельным временем легирования (0,5…1,0) мин/см². Процесс предварительного нанесения слоя припоя на стыкуемые поверхности указанных спаиваемых деталей предпочтительно производят в вакууме или в среде инертного газа.

Причинно-следственная связь между основными отличительными признаками изобретения и достигаемым техническим результатом состоит в том, что предварительное нанесение тонкого слоя припоя на стыкуемые поверхности стеллитовой накладки и стальной лопатки методом ЭИЛ позволяет надежно и прочно закрыть припоем всю контактную поверхность стыкуемых деталей без их излишнего перегрева, приводящего к термическим деформациям. Отсутствие не пропаянных участков приводит к повышению прочности сцепления защитной накладки с лопаткой, что и является достигаемым техническим результатом изобретения.

Подробное описание изобретения

Способ припайки износостойкой стеллитовой накладки на входную кромку стальной лопатки влажнопаровой ступени паровой турбины ниже подробно описан на примере ремонта стальной рабочей лопатки из хромистой коррозионностойкой стали 20X13-Ш, на переднюю кромку которой требовалось припаять взамен изношенной новую защитную накладку из стеллита марки ВЗК. Для пайки был использован порошок серебряного припоя ПСр-45 (ОСТ 2982). В состав припоя входят серебро - 45%, медь - 30% и цинк - 25% при допустимом содержании примесей не более 0,5%. Данный припой имеет температуру плавления (710…720)°C, т.е. наиболее низкую температуру из всех серебряных припоев, благодаря чему пайка не должна влиять на структуру материала лопатки. Это имеет большое значение для пайки особенно хромистых коррозионностойких сталей, так как такие стали при нагреве могут закаляться, и в них в зоне пайки могут образовываться трещины. При пайке использовался флюс марки ПВ209Х (ГОСТ 23176-78) состава: B - (12,3…13,3)%, F - (26,7…28,5)%, K - (33,5…36,4)%, остальное - (21,8-27,5)%. Стыкуемые поверхности лопатки и стеллитовой накладки перед пайкой тщательно зачищались. Предварительно с помощью портативной установки для ЭИЛ типа КГБ-2 разработки ОАО «ВТИ» с использованием в качестве легирующего электрода прутка припоя ПСр-45 диаметром 4 мм на стыкуемые поверхности наносился слой припоя толщиной в пределах (40…190) мкм при средней величине неровностей (шероховатости) в пределах (15…20) мкм. Величины энергии единичного импульса в пределах (0,3…0,7) Дж и удельного времени легирования (0,5…1,0) мин/см² выбирались из расчета получения 100% покрытия на формируемой поверхности и указанной степени шероховатости слоя. ЭИД осуществляли в среде подаваемого из баллона инертного газа (аргона). Созданные в процессе ЭИЛ слои припоя из сплава ПСр-45 имеют высокую прочность с подложкой как из хромистой нержавеющей стали (рабочая лопатка), так и из кобальтового стеллита (защитная накладка) за счет металлургического и диффузионного процессов при электроискровой обработке на глубину (5…10) мкм, что наряду со стопроцентной сплошностью припойного слоя обеспечивает высокую прочность паянного соединения. Технология самого процесса пайки не отличалась от традиционного. Между стыкуемыми облуженными поверхностями лопатки и защитной накладки засыпался порошок припоя в смеси с флюсом, включался индукционный нагрев до их расплавления, после чего осуществлялся прижим накладки к лопатке и отключался нагрев. После остывания соединения оно зачищалось от остатков припоя и флюса. Ремонт изношенных рабочих лопаток влажнопаровых ступеней паровой турбины описанным способом может производиться на остановленной турбине без разлопачивания ее ротора и даже без снятия крышки статора с проходом к ремонтируемым ступеням через турбинный конденсатор.

Изобретение может быть использовано при изготовлении рабочих лопаток влажнопаровых ступеней турбин. Износостойкую стеллитовую накладку припаивают на входную кромку стальной лопатки. При этом порошок тугоплавкого припоя в смеси с противоокислительным флюсом засыпают между очищенными контактными поверхностями указанных спаиваемых деталей, нагревают соединение до температуры плавления припоя и прижимают накладку к лопатке до отвердения припоя после отключения нагрева. Часть припоя предварительно наносят тонким слоем на обе спаиваемые поверхности методом электроискрового легирования с использованием в качестве легирующего электрода прутка припоя. Толщина наносимого на каждую из спаиваемых поверхностей слоя припоя составляет (40…190) мкм. Электроискровое легирование осуществляют с величиной энергии единичного импульса (0,3…0,7) Дж и удельным временем легирования (0,5…1,0) мин/см². Процесс предварительного нанесения слоя припоя на стыкуемые поверхности спаиваемых деталей предпочтительно производят в вакууме или в среде инертного газа. Способ обеспечивает увеличение надежности и ресурса рабочих лопаток влажнопаровых ступеней паровых турбин, подверженных ударно-капельному воздействию. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ припайки износостойкой стеллитовой накладки на входную кромку стальной лопатки влажнопаровой ступени паровой турбины с использованием тугоплавкого припоя, при котором засыпают порошок припоя в смеси с противоокислительным флюсом между очищенными контактными поверхностями указанных спаиваемых деталей, нагревают соединение до температуры плавления припоя и прижимают накладки к лопатке до отвердения припоя после отключения нагрева, отличающийся тем, что часть припоя предварительно наносят тонким слоем на обе спаиваемые поверхности методом электроискрового легирования с использованием в качестве легирующего электрода прутка припоя, причем толщина наносимого на каждую из спаиваемых поверхностей слоя припоя составляет (40…190) мкм, а электроискровое легирование осуществляют с величиной энергии единичного импульса (0,3…0,7) Дж и удельным временем легирования (0,5…1,0) мин/см².

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что предварительное нанесение слоя припоя на стыкуемые поверхности спаиваемых деталей производят в вакууме или в среде инертного газа.