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流道内钢板的修复和加固

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应用案例概述

采用移动式现场维修设备,对下环钢板进行激光熔覆,熔覆材料为钴基耐腐蚀耐磨材料。总熔覆面积为19.2平方米,平均熔覆层厚度为0.68毫米。熔覆过程中,采用两种方法测量熔覆区域及其附近区域的温度场。第一种方法是在熔覆区域附近安装温度芯片阵列,监测熔覆过程中该位置的最高温度,测量范围为70~100℃。第二种方法是使用红外热像仪,可同时测量熔覆区域及其附近区域的温度场,测量范围为-20~350℃。

流道内钢板的修复和加固

2017年2月至3月,葛洲坝电站9号机组转轮室下环钢板进行了激光熔覆修复和现场加固,取得了良好的效果和评价。该机组长期运行过程中,下环钢板因空蚀、磨损、冲蚀等多种因素的共同作用而减薄,表面还存在严重的冲蚀坑和局部缺陷。修复前的状态如图6所示。以往,如果发生严重的空蚀,则需要更换整块钢板或采用传统的手工表面处理方法进行修复。更换新钢板的总成本较高;手工表面处理的表面精度较差,人工工作量大,且过大的热量输入容易导致钢板变形形成空心鼓包。严重的空心鼓包会改变转轮体与叶片之间的间隙,甚至在运行过程中造成叶片损坏。

图 6 中的下环钢板场景

图 6 中的下环钢板场景

图 6 中的下环钢板场景

采用移动式现场维修设备,对下环钢板进行激光熔覆,熔覆材料为钴基耐腐蚀耐磨材料。总熔覆面积为19.2平方米,平均熔覆层厚度为0.68毫米。熔覆过程中,采用两种方法测量熔覆区域及其附近区域的温度场。第一种方法是在熔覆区域附近安装温度芯片阵列,监测熔覆过程中该位置的最高温度,测量范围为70~100℃。第二种方法是使用红外热像仪,可同时测量熔覆区域及其附近区域的温度场,测量范围为-20~350℃。

芯片阵列温度监测

激光熔覆完成后的红外测温热成像结果

温度芯片测量结果表明,钢板温度在熔覆区域外约30mm处最高可达100℃,且该温度仅在熔覆过程后期达到。热像仪测量结果与此基本一致。如图7右图所示,激光熔覆停止后立即进行的红外测温热像显示,峰值温度出现在激光熔覆的最后位置,且峰值温度不超过120℃。这主要是因为激光熔覆是一种局部高能快速成型工艺,整体热输入较小,不易引起大面积材料的整体温升。现场操作过程中,采用千分表进行变形测试,并结合三维激光扫描测量熔覆层的尺寸和变形情况。结果表明,未出现明显的热变形,也未出现空心现象,熔覆层厚度接近1mm。抛光后覆层钢板的表面粗糙度为 1.9~2.1μm,通过 PT 缺陷检测未发现缺陷(见图 8)。

图 8 流道内钢板激光熔覆涂层施工现场

2018年4月,昌电(检修厂)组织专家对9号机组下环钢板激光熔覆工程进行了验收评审,并在机组运行一年后对熔覆层进行了测试。所有指标均符合要求,流道室钢板激光熔覆技术被评价为一项可以推广应用的技术。

图 9:包层区域的整体 PT 缺陷检测结果显示无缺陷。