一種用電火花沉積結(jié)合焊接增強金屬水輪機轉(zhuǎn)輪葉片表面的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水力發(fā)電機械，特別是一種用電火花沉積結(jié)合焊接增強金屬水輪機轉(zhuǎn)輪葉片表面的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]水輪機是水力發(fā)電常用的重要設(shè)備，水力發(fā)電是電能的重要來源之一，特別是我國是世界上水力資源極為豐富的國家，水電已成為我國重點發(fā)展的可再生能源之一，水力可開發(fā)的電能力3.8億kw，年發(fā)電量1.9萬億kw.h，相當于11億噸原煤的發(fā)電量。我國河流特點之一是含沙量較大，年平均輸沙量1000萬t以上的河流有115條，直接入海泥沙總量達19.4億t。長江及其支流以沙粒硬度高為特點，黃河則以含沙量大為特征，目前已經(jīng)運行的100多座大中型水電站中，有嚴重泥沙磨損的約占40%，在黃河干支流上這一數(shù)值更是高達66.3%，黃河三門峽河段的年輸沙量近16億t，為世界之最，平均含沙量37.5kg/m3，均居各河流之首。據(jù)估計，我國有3000萬?4000萬kW裝機容量的各類水輪機存在比較嚴重的泥沙磨蝕問題。它是影響水電廠(站)安全運行的重大問題之一，也會使檢修周期延長，檢修工作量增加，機組運行效率降低，檢修成本提高，影響正常發(fā)電量。多泥沙河流上的水輪機運行時，往往泥沙磨損和空蝕同時存在(也有單獨存在之處)，而且互相促進，破壞疊加，大大加速了水輪機過流部件金屬表面的破壞進程，這種磨損和空蝕的聯(lián)合作用，通常稱為磨蝕破壞。雖然經(jīng)過幾代科技工作者和水電廠運行與檢修人員的共同研究與實踐，已經(jīng)取得了減緩水輪機磨蝕破壞的不少綜合治理成果，但綜觀全局，我國水輪機磨蝕問題還很嚴重，尚未取得突破性進展，許多問題還有待深入研究。
[0003]目前，制造水輪機轉(zhuǎn)輪的材料代表性的有普通碳鋼、低合金鋼、普通不銹鋼和高強度不銹鋼。國內(nèi)一般的水輪機轉(zhuǎn)輪通常為鑄鋼、(^5(:11合金鋼、1(^18則91^不銹鋼、ZG0Crl3Ni5Mo 不銹鋼、0Crl3Ni5Mo 不銹鋼、ZG0Crl6Ni5Mo 不銹鋼、ZG0Crl3Ni4Mo 不銹鋼、OOCr 13Ni 4Mo等不銹鋼等材料制成的。國內(nèi)外目前防止水輪機轉(zhuǎn)輪葉片磨損的主要方式是碳化鎢噴涂水輪機磨蝕防護、環(huán)氧金剛砂涂層防護、聚氨脂彈性涂層防護、抗磨焊條堆焊防護等。碳化鎢表面熱噴涂前處理一般采用噴砂，有環(huán)境污染，涂層加工困難，涂層與基體之間的結(jié)合屬于機械結(jié)合，涂層易疲勞剝落。環(huán)氧金剛砂砂漿涂層與水輪機轉(zhuǎn)輪葉片的結(jié)合方式也屬于機械結(jié)合，在強汽蝕區(qū)，如葉片進水邊背面、間隙空化帶、出水邊和中環(huán)中下部等處的防護材料基本脫落。聚氨脂彈性涂層防護中聚氨脂的抗磨性能雖然較好，但機械強度較差，易于被劃傷，一旦局部被劃傷，相鄰區(qū)域就會被撕裂;強空化區(qū)空化擊穿，使粘接層被破壞，造成涂層脫落。
[0004]表面堆焊耐磨材料是目前水輪機轉(zhuǎn)輪磨損修補的主要方式，但是堆焊修補的焊條的硬度強度不夠高、耐磨性能差、使用壽命短。因此，如何更好的對水輪機轉(zhuǎn)輪葉片表面進行處理是本領(lǐng)域技術(shù)人員一直在研究解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述情況，為克服現(xiàn)有技術(shù)之缺陷，本發(fā)明之目的就是提供一種用電火花沉積結(jié)合焊接增強金屬水輪機轉(zhuǎn)輪葉片表面的方法，對金屬水輪機轉(zhuǎn)輪葉片進行電火花沉積結(jié)合焊接處理，可有效解決水輪機轉(zhuǎn)輪葉片的表面的硬度、耐磨性、耐腐蝕性和耐沖擊性等性能，延長金屬水輪機轉(zhuǎn)輪的使用壽命的問題。
[0006]本發(fā)明解決的技術(shù)方案是，用熔化極氣體保護電弧焊(MAG)把馬氏體不銹鋼氣體保護焊絲熔焊在水輪機轉(zhuǎn)輪葉片表面上，形成合金涂層，然后在焊接涂層的基礎(chǔ)上再用電火花沉積WC-Co陶瓷硬質(zhì)合金，制備出電火花沉積結(jié)合焊接的復合涂層，步驟是:
(1)、對水輪機轉(zhuǎn)輪進行處理，清除油污、銹斑和氧化物，用熔化極氣體保護焊設(shè)備把把馬氏體不銹鋼焊絲焊接在水輪機轉(zhuǎn)輪葉片表面，焊接時，電流為220?250A，電弧電壓30?38V，焊接速度15?35cm/min，電源極性為直流反接，焊絲直徑1-1.2mm，焊絲伸出長12?20mm，采用氬氣與二氧化碳混合氣體保護，氬氣與二氧化碳的體積比為95:5(即體積百分比為:氬氣95%、二氧化碳5%)，氣體流15?25L/min，水輪機轉(zhuǎn)輪焊接區(qū)預熱溫度100?120°C;
(2)、在水輪機轉(zhuǎn)輪葉片焊接層用砂片進行表面拋光打磨，使表面平整，無裂紋，無氣孔、無沙眼；
(3)、用電火花沉積設(shè)備將連地線的夾子與作為陰極的水輪機轉(zhuǎn)輪連接，將亞微米WC-Co陶瓷硬質(zhì)合金電極棒作為陽極固定在沉積槍的夾頭上，對拋光打磨的水輪機轉(zhuǎn)輪葉片進行電火花沉積，沉積槍夾持的電極采用旋轉(zhuǎn)方式，沉積時沉積槍轉(zhuǎn)速為2400r/min，輸出功率為3800?40001，輸出電壓為180?200￥，放電頻率為1800?2000!12，沉積速率為0.5?2min/cm2，電極的伸長度為2?4mm，在氬氣保護下，氬氣流量7?9L/min，電極棒與水輪機轉(zhuǎn)輪葉片表面呈傾斜狀進行電火花沉積，把亞微米WC-Co陶瓷硬質(zhì)合金材料熔融在水輪機轉(zhuǎn)輪葉片焊接后的表面上，往復多次成厚度1-Smm細致均勻白亮的電火花沉積焊接復合涂層，焊接和電火花沉積中25000°C的高溫使復合涂層與水輪機轉(zhuǎn)輪葉片基體產(chǎn)生冶金結(jié)合，構(gòu)成牢固結(jié)合不會脫落的一個整體；
所述的亞微米WC-Co陶瓷硬質(zhì)合金電極棒是由重量百分計的:WC 90-94%,Co 6-10%為材料制成。
[0007]本發(fā)明方法簡單，易操作，形成的電火花沉積結(jié)合焊接復合涂層與基體結(jié)合牢固，涂層厚度大，使處理后的葉片表面硬度高、致密性好、耐磨性能好，使用壽命長;復合涂層即發(fā)揮了氬弧焊焊接不銹鋼焊絲的成本價格低廉、涂層厚度大等優(yōu)勢，又發(fā)揮了電火花沉積陶瓷硬質(zhì)合金的硬度強度高、耐磨性能優(yōu)異的綜合特點，經(jīng)濟效益巨大。
【具體實施方式】
[0008]以下結(jié)合實施例對本發(fā)明的【具體實施方式】作詳細說明。
[0009]本發(fā)明在具體實施中，可由以下實施例給出。
[0010]實施例1
本發(fā)明在具體實施中，是由以下步驟實現(xiàn)的:
(I)、對水輪機轉(zhuǎn)輪進行處理，清除油污、銹斑和氧化物，用熔化極氣體保護焊設(shè)備把把馬氏體不銹鋼焊絲焊接在水輪機轉(zhuǎn)輪葉片表面，焊接時，電流為230?240A，電弧電壓32?36V，焊接速度20?30cm/min，電源極性為直流反接，焊絲直徑1.1-1.2mm，焊絲伸出長15?18_，采用氬氣與二氧化碳混合氣體保護，氬氣與二氧化碳的體積比為95:5(即體積百分比為:氬氣95%、二氧化碳5%)，氣體流18?23L/min，水輪機轉(zhuǎn)輪焊接區(qū)預熱溫度105?115°C ;
(2)、在水輪機轉(zhuǎn)輪葉片焊接層用砂片進行表面拋光打磨，使表面平整，無裂紋，無氣孔、無沙眼；
(3)、用電火花沉積設(shè)備將連地線的夾子與作為陰極的水輪機轉(zhuǎn)輪連接，將亞微米WC-Co陶瓷硬質(zhì)合金電極棒作為陽極固定在沉積槍的夾頭上，對拋光打磨的水輪機轉(zhuǎn)輪葉片進行電火花沉積，沉積槍夾持的電極采用旋轉(zhuǎn)方式，沉積時沉積槍轉(zhuǎn)速為2400r/min，輸出功率為3850?3950W，輸出電壓為185?195V，放電頻率為1850?1950HZ，沉積速率為I?1.5min/cm2，電極的伸長度為2.5?3.5mm，在氬氣保護下，氬氣流量7.5?8.5L/min，電極棒與水輪機轉(zhuǎn)輪葉片表面呈傾斜狀進行電火花沉積，把亞微米WC-Co陶瓷硬質(zhì)合金材料熔融在水輪機轉(zhuǎn)輪葉片焊接后的表面上，往復多次成厚度3_6mm細致均勻白亮的電火花沉積焊接復合涂層，焊接和電火花沉積中25000°C的高溫使復合涂層與水輪機轉(zhuǎn)輪葉片基體產(chǎn)生冶金結(jié)合，構(gòu)成牢固結(jié)合不會脫落的一個整體；
所述的亞微米WC-Co陶瓷硬質(zhì)合金電極棒是由重量百分計的:WC 91-93%,Co 7_9%為材料制成。
[0011]實施例2
本發(fā)明在具體實施中，可由以下步驟實現(xiàn)的:
(1)、對水輪機轉(zhuǎn)輪進行處理，清除油污、銹斑和氧化物，用熔化極氣體保護焊設(shè)備把把馬氏體不銹鋼焊絲焊接在水輪機轉(zhuǎn)輪葉片表面，焊接時，電流為235A，電弧電壓34V，焊接速度25cm/min，電源極性為直流反接，焊絲直徑1.2mm，焊絲伸出長16mm，采用氬氣與二氧化碳混合氣體保護，氬氣與二氧化碳的體積比為95:5，氣體流20L/min，水輪機轉(zhuǎn)輪焊接區(qū)預熱溫度110°C;
(2)、在水輪機轉(zhuǎn)輪葉片焊接層用砂片進行表面拋光打磨，使表面平整，無裂紋，無氣孔、無沙眼；
(3)、用電火花沉積設(shè)備將連地線的夾子與作為陰極的水輪機轉(zhuǎn)輪連接，將亞微米WC-Co陶瓷硬質(zhì)合金電極棒作為陽極固定在沉積槍的夾頭上，對拋光打磨的水輪機轉(zhuǎn)輪葉片進行電火花沉積，沉積槍夾持的電極采用旋轉(zhuǎn)方式，沉積時沉積槍轉(zhuǎn)速為2400r/min，輸出功率為3900W，輸出電壓為190V，放電頻率為1900HZ，沉積速率為1.5min/cm2，電極的伸長度為3mm，在氬氣保護下，氬氣流量