火力发电厂轴瓦的补焊工艺及无损检测

浅谈火力发电厂轴瓦的补焊工艺及无损检
测
汽轮机轴瓦运行中会出现局部脱落现象，整体更换价格昂贵，
常用局部补焊的方法进行修复。

汽轮机轴瓦在传统上常用渗透来检
验乌金复合层的复合情况，这种检验方式对于非开口性的脱层无法
检验，已越来越不适应我公司大功率、高参数机组轴瓦检验的要求。

利用渗透检验和超声波检验两种方法对轴瓦进行综合检测，不但具
有较高的检测灵敏度而且具有较高的发现缺陷的能力，可有效的保
证发电厂的安全运行，可广泛地用于汽轮机轴瓦缺陷的检测。

1、轴瓦的类型及应用
汽轮机轴承合金为巴氏合金，巴氏合金按化学成分分为两类，即锡基轴承合金和铅基轴承合金。

锡基轴承合金是以Sn为基础，加入少量Sb、Cu所组成的合金，典型的牌号为：ZChSnSb11-6，常用于浇注重载高速和抗蚀要求高的轴瓦，如汽轮机和发电机的主轴瓦；铅基轴承合金是以Pb为基础加入Sn、Sb、Cu等所组成的合金，典型的牌号为ZChPbSbl6—16—2，常用来制造低中载荷和低中速设备的轴承，如泵、风机、磨煤机和电动机的轴承衬。

大型轴承在使用过程中会经常碰到轴瓦瓦面合金损坏的情况，比如脱胎、裂纹、局部脱落或磨损以及腐蚀等，产生的原因较多，如制造时浇注质量问题、运行操作因素、检修安装方面的因素等,大型轴瓦价格昂贵，为减少经济损失，一般采取补焊修复的方式来解决该问题。

2、补焊修复工艺
2.1 修复方法的选择
轴瓦的修复有两种方法，即整体浇铸和局部补焊。

整体浇注的质量容易保证，但工艺复杂、技术要求高，需有浇注的专用设备、费用较高、工期相对较长。

局部补焊的工艺简单、费用低、工期短、工作量小、在现场可以直接实施，但补焊时温度较难掌握，易产生二次脱胎和其它质量问题。

从经济原则考虑，乌金轴瓦现场修复采用氧乙炔火焰进行局部补焊的方法。

2.2补焊工艺
2.2.1清理瓦胎
1)判断脱胎部位，然后用尖铲、錾子把脱胎部分彻底剔除；2)用钢丝刷将轴瓦的凹面清理干净，露出金属光泽；3)用热碱水(10％氢氧化钠或氢氧化钾)清洗数次，再用清水清洗；4)用氧乙炔火焰(氧化焰)把瓦面烧一遍，以清除残留在细孔的石墨和油垢，并用白布轻擦表面。

2.2.2挂锡
挂锡的目的是要增加轴承合金对瓦胎的附着力，使其紧密地结合在一起。

通常采用工艺性能好的锡铅合金焊锡作为挂锡材料。

1)把锡加工成直径4～6mm的条状；2)在瓦胎表面涂上一层盐酸，数分钟后用清水冲洗并用白布擦干净；3)用氧乙炔火焰(中性焰或轻微碳化焰)将瓦胎均匀加热到250～270℃，加热时，瓦胎要保持清洁；4)在加热中用锡条在瓦胎面上轻轻摩擦，锡条能熔化表示已达到挂锡所需要的温度；5)加热后，在瓦胎面上均匀地涂上一层氯化
锌溶液(ZnC1)，随即用细铜丝刷用力来回刷瓦面，一边刷一边加锡条，直到全部瓦面挂均匀为止；6)挂好锡的瓦胎表面应是发亮的暗银色，如果出现淡黄色或黑色的斑点，则说明挂锡质量不合格，必须返工，重新再挂；7)挂锡后，应及时补焊乌金，不可放置时间过长以免氧化。

2.2.3 补焊轴承合金准备
1)轴承合金的选择：轴承合金是一种摩擦系数和摩擦消耗功率都比较低的灰白色合金，铅基合金可塑性较差，所以一般采用可塑性较强的锡基合金作为堆焊材料；2)补焊前先用一角铁作为模具，把乌金熔化成 5～6mm的条状，以适合补焊时手持操作。

不允许将用过的轴承合金重新再用；3)为了防止堆焊时瓦体过热，导致整个乌金脱胎，补焊时，要控制好温度和选择好轴瓦的放置方向。

2.2.4轴承合金的补焊
1)轴承合金的补焊质量很大程度上取决于轴承合金补焊时的温度，温度过高会增加氧化，使晶粒粗大，合金不同比重的各种金属容易分离，造成组织不均匀；温度过低则结合性能不良。

2)堆焊时，先加热挂锡后的瓦面，并用乌金条摩擦，乌金熔化并能与锡熔在一起即可填加乌金，同时向前移动。

第一遍不宜太厚，以后用同样方法堆焊，直到厚度符合要求为止。

补焊温度以能熔化轴承合金为准(乌金的熔点为240°C左右)，焊接速度要快，一定要控制温度，切忌过热。

施焊中，既要保证堆焊区新旧合金熔合，又要保证非堆焊区温度不超过100％，防止发生脱胎和其他问题。

特别是比较小的
轴瓦一定要控制好温度，防止变形过大而无法使用。

3)为了防止瓦
体变形，应采用多层多道补焊。

补焊顺序见图示。

4)补焊轴瓦合金每一层每一道都要清理，用白布轻擦干净。

5)堆焊时一定要使弧坑填满、缓慢收弧，以免产生气孔及裂纹。

6)补焊轴承合金要留够加工余量，最后一层焊道要比轴瓦原始表面略高，并注意在焊道与原始表面交界处避免咬边和未熔合等缺陷。

2.2.5 焊后处理
采用刮削方法恢复其原始尺寸，使修复后的轴瓦达到设计要求。

3 无损检测工艺
3.1 渗透检测
渗透检测只能检验表面开口性缺陷。

所以对轴瓦进行渗透检测是检测轴瓦的乌金复合层表面裂纹、气孔等缺陷，以及轴瓦的乌金复合层与基体的接合面的熔合情况。

检测面为乌金瓦表面和侧面乌金复合层与基体的接合面处。

3.2 检测准备
3.2.1 轴瓦的表面光精、平整，不需修磨,完全符合渗透检验要求，但轴瓦表面通常有防护油层，进行渗透检验时必须清洗干净。

3.2.2 在汽轮机安装现场，取水不便，且对环境污染较大，而
且轴瓦检测工作量也不是太大，因此采用溶剂去除型着色探伤法喷罐式探伤剂较为适宜，其检验灵敏度完全可以保证检验质量。

3.3 检测实施
3.3.1 在检验工作前，先用铝合金试块或镀铬试块对渗透探伤剂和检测工艺进行检验。

3.3.2依照预清洗一施加渗透剂一清除表面多余渗透剂一施加显像剂一观察与评定的工作程序对轴瓦进行检测。

3.3.3 若轴瓦乌金复合层有开口性脱层缺陷存在，则接合线处将有明显的显示痕迹产生，可根据显示痕迹的颜色深浅大概判定为缺陷深度太小。

较深的脱层在擦去显示痕迹后再施加显像剂，仍然还可得到较为明显的显示迹痕，显示迹痕的长度即为开口性缺陷的长度。

3.4 超声波检测
3.4.1 轴瓦乌金复合层脱层缺陷是在乌金与基体结合面上平行于乌金表面的平面型缺陷。

由超声波检测原理可知，在进行超声波检测时应尽量使超声波垂直于缺陷表面，这时缺陷回波最高，检验灵敏度、准确率最好，目前常用的超声波探伤方法是纵波直探头法和双晶直探头法,检测面为乌金瓦表面。

3.4.2检测仪选用A型脉冲反射式超声波探伤仪。

由于脱层缺陷平行于乌金检测面，检测时选用纵波直探头。

双晶纵波直探头盲区小，检测灵敏度高，但其探测厚度有限，所以检测探头可选用单直探头探测轴瓦。

由于轴瓦乌金复合层质软易被较
硬物体划伤，宜选用软保护膜探头检验。

3.4.3晶片尺寸选定
由于支持轴承轴瓦的检测筒为弧形，曲率较大，为减小耦合损失，提高探伤耦合性能，要选用小晶片探头；另一方面，小晶片探头近场区小，盲区小，有利于轴瓦探测。

实践证明选用中10mm的探头较为适宜。

3.4.4 检测频率选择
检测频率高，则灵敏度和分辩力也高，并且指向性好。

但频率高时，近场区长度大，会造成盲区大，对探测不利。

所以在能保证探测灵敏度的前提下，要尽量选用较低的检测频率。

实践证明选用2．5～5MHz的检测频率较为适宜。

3.4.5 检测灵敏度的调节
轴瓦检测时，人工缺陷试块的制作较为复杂困难。

所以在轴瓦检测中，常利用轴瓦底波来调节检测灵敏度，如下图(a)所示。

单直探头探测以轴瓦底波等于满幅度的80再增益20dB作为检测灵敏度。

3.4.6 检测实施
依据检测程序对轴瓦进行100％的扫查，相邻两次扫查应有至少10％的重复扫查重叠区。

对于脱层缺陷的面积围使用6dB法(半波高度法)进行测定。

若有下列波型显示，则有脱层缺陷存在：①若无轴瓦底波，只有缺陷波多次相连，则该区域为完全脱层。

②若缺陷波多次相连，轴瓦底波下降，则该区域为不完全脱层。

4 结束语
4.1 渗透检测主要是检验轴瓦乌金复合层边缘开口性脱层缺陷、轴瓦乌金表面裂纹、气孔等缺陷，这也是制造和补焊轴瓦时最易产生的缺陷。

4.2超声波检测则是发现较深的边缘脱层和部脱层缺陷，其灵敏度高、准确性好，并且可以确定脱层的缺陷大小，但由于侧壁衍射等因素的影响，无法对轴瓦边缘的浅层缺陷进行准确的探测。

4.3在实际工作中，利用渗透检验和超声波检验的综合检验可全面地检测轴瓦质量，确保设备安全运行。