活動(dòng)導(dǎo)葉裂紋原因分析與處理工藝淺析

王煥河，泰 榮，張成華，田 凡，喬賀宏

（1.湖北白蓮河抽水蓄能有限公司，湖北 黃岡 438600；2.天津水科機(jī)電有限公司，天津 301900）

0 引言

抽水蓄能電站水泵水輪機(jī)活動(dòng)導(dǎo)葉是機(jī)組重要組成部分，其作用一是改變水流方向，形成有壓渦流，作用在轉(zhuǎn)輪變?yōu)檗D(zhuǎn)動(dòng)力矩。二是通過(guò)導(dǎo)葉之間的開(kāi)度調(diào)節(jié)進(jìn)入轉(zhuǎn)輪的流量，改變機(jī)組出力。所以，做好活動(dòng)導(dǎo)葉金屬技術(shù)監(jiān)督工作尤為重要，通過(guò)肉眼及其他金屬檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題要引起警覺(jué)，及時(shí)分析原因并妥善處理，避免遺留隱患造成后續(xù)故障擴(kuò)大和設(shè)備損壞事件。

1 故障現(xiàn)象

2021年4月，蓮蓄公司1號(hào)機(jī)組A級(jí)檢修期間，發(fā)現(xiàn)3號(hào)導(dǎo)葉大板負(fù)壓面存在裂紋，分布在兩個(gè)區(qū)域，一是大板負(fù)壓面中部位置，二是大板負(fù)壓面靠近中軸頸位置，如圖1。①、②號(hào)裂紋最大深度約為58 mm，③、④號(hào)裂紋最大深度約為50 mm，長(zhǎng)度分別為①號(hào)裂紋35 mm、②號(hào)裂紋30 mm、③號(hào)裂紋100 mm、④號(hào)裂紋15 mm。對(duì)中部位置的裂紋進(jìn)行局部鏟磨，目視可見(jiàn)清晰大裂紋，如圖2。

圖1 3號(hào)導(dǎo)葉裂紋分布

圖2 中間部位裂紋形態(tài)

2 原因分析

中間部位：通過(guò)MT探傷及一系列試驗(yàn)確定是由于不規(guī)范補(bǔ)焊引起的延遲冷裂紋；原因?yàn)檠a(bǔ)焊時(shí)預(yù)熱溫度不夠以及焊后沒(méi)有后熱導(dǎo)致焊縫內(nèi)的擴(kuò)散氫沒(méi)有及時(shí)排出，從而產(chǎn)生裂紋。

靠近中軸頸位置：根本原因?yàn)橛捎趯?dǎo)葉鑄造時(shí)存在較多夾渣和疏松缺陷，該處位置屬于高應(yīng)力區(qū)，在長(zhǎng)期的運(yùn)行過(guò)程中由于外部應(yīng)力的原因使這些鑄造缺陷處產(chǎn)生了疲勞裂紋并持續(xù)的發(fā)生擴(kuò)展，最終使得在該區(qū)域發(fā)現(xiàn)大量的細(xì)碎裂紋且?guī)讞l已擴(kuò)展大了幾十毫米甚至上百毫米的程度。

3 處理過(guò)程

（1）重新探傷，確定尺寸與位置，檢測(cè)方式為MT、UT、PT及相共振。

（2）氣刨加鏟磨去除缺陷，采用硬度儀測(cè)試硬度與母材對(duì)比，確認(rèn)大板處原奧氏體區(qū)域去除干凈，打磨坡口適合焊接，PT檢查確認(rèn)沒(méi)有缺陷后具備補(bǔ)焊條件。最終修補(bǔ)尺寸：靠近中軸頸位置長(zhǎng)寬約為210 mm×200 mm， 最深處為62 mm，向軸頭伸進(jìn)30 mm。中間部位區(qū)域邊緣長(zhǎng)寬約為250 mm×160 mm，最深處為52 mm。

（3）焊接修復(fù)

1）在活動(dòng)導(dǎo)葉大板兩側(cè)分別加固兩條支撐，用于控制焊接變形，如圖3；

圖3 支撐示意圖

2）焊前預(yù)熱，對(duì)焊接區(qū)域及周邊不小于100 mm的范圍內(nèi)進(jìn)行加熱，使焊接區(qū)域溫度不低于100℃；

3）補(bǔ)焊方法，使用氣保焊或手工電弧焊焊接，焊接參數(shù)參考表1，焊接坡口，焊縫采用多層多道焊，退步焊接的方法進(jìn)行補(bǔ)焊，焊道順導(dǎo)葉長(zhǎng)度方向焊接。每焊一道，清渣一次并錘擊效應(yīng)處理，每焊10～15 mm厚做一次振動(dòng)消應(yīng)，焊接過(guò)程中層間溫度≤200℃；

表1 焊接參數(shù)

4）缺陷位置補(bǔ)焊后焊縫表面焊接一層回火焊道，注意回火焊道不要接觸母材。每邊留出1～2 mm的量，回火焊道將在最終修復(fù)后鏟磨、拋光去除；

5）焊后需要后熱200℃，2 h再保溫緩冷。

（4）焊后鏟磨，焊接后鏟磨活動(dòng)導(dǎo)葉型線，平滑過(guò)渡。

（5）48 h后進(jìn)行NDT檢查，檢測(cè)結(jié)果正常，焊接質(zhì)量通過(guò)驗(yàn)收。

（6）激光檢測(cè)活動(dòng)導(dǎo)葉同軸度，如圖4示意。具體數(shù)據(jù)如圖5，以ac(下軸頸、中軸頸)為基準(zhǔn)，b(上軸頸)是7.28 mm，d(上端軸)是9.12 mm，最大變形量9.12/2為4.56 mm。

圖4 同軸度檢測(cè)示意圖

圖5 同軸度檢測(cè)示意圖

（7）調(diào)形。采用兩種方式調(diào)形，一是背面（正壓面）開(kāi)槽焊接糾正，二是火焰調(diào)形。

背面開(kāi)槽焊接，共進(jìn)行兩次開(kāi)槽焊接，開(kāi)槽位置如圖5，第一次開(kāi)槽尺寸為300 mm×30 mm×35 mm深，第二次開(kāi)槽尺寸為480 mm×50 mm×60 mm深，開(kāi)槽焊接工藝與裂紋補(bǔ)焊工藝一致。兩次開(kāi)槽焊接后同軸度檢測(cè)結(jié)果為：以ac(下軸頸和中軸頸)為基準(zhǔn)，b(上軸頸)是0.46 mm，d(上端軸)是0.62 mm，最大變形量0.62/2為0.31 mm。

火焰調(diào)形。按照?qǐng)D6箭頭指向位置進(jìn)行火焰矯形，矯形前A，B，C三個(gè)位置架百分表對(duì)調(diào)形尺寸進(jìn)行監(jiān)控，按照百分表監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。火焰矯形并控制溫度不超過(guò)700℃，調(diào)形后對(duì)工件保溫緩冷。

共進(jìn)行4次火焰調(diào)形，每次火焰調(diào)形后都會(huì)對(duì)同軸度進(jìn)行復(fù)測(cè)，最后一次同軸度檢測(cè)結(jié)果為：以ac(下軸頸和中軸頸)為基準(zhǔn)，b(上軸頸)是0.12 mm，d(上端軸)是0.12 mm，最大變形量0.12/2為0.06 mm。滿足預(yù)期，符合驗(yàn)收條件。

（8）機(jī)加工。將導(dǎo)葉架設(shè)于鏜床且按軸頭找正，測(cè)量中軸徑、下軸徑處同軸度誤差小于0.02 mm，上軸徑跳動(dòng)0.05 mm，符合激光檢驗(yàn)的同軸數(shù)據(jù)。測(cè)量出水邊密封面最大間隙-0.23 mm，進(jìn)水邊最大間隙-0.12 mm。為了減小工地修磨的范圍，采用進(jìn)水邊完全修平，出水邊僅修正大部分方案，修正部位去除0.13 mm。

（9）裝配數(shù)據(jù)復(fù)測(cè)。大板型線，大板高度，軸頸外徑復(fù)測(cè)，數(shù)據(jù)合格，滿足裝配要求。

圖6 開(kāi)槽位置

圖7 火焰調(diào)形示意圖

4 總結(jié)

（1）生產(chǎn)單位應(yīng)在事故備件定額清單內(nèi)增加活動(dòng)導(dǎo)葉項(xiàng)目。

（2）加強(qiáng)金屬監(jiān)督檢測(cè)力度，對(duì)高應(yīng)力區(qū)及其他重點(diǎn)部位增加檢查手段，將問(wèn)題提前暴露，同時(shí)做好預(yù)控措施，防止缺陷擴(kuò)大造成破壞。

（3）機(jī)組大修工期內(nèi)應(yīng)提前策劃金屬監(jiān)督項(xiàng)目開(kāi)展與實(shí)施，為不可預(yù)知的重大缺陷處理預(yù)留充分時(shí)間，保證檢修工期可控。

（4）建議生產(chǎn)單位組織“回頭看”行動(dòng)，翻閱機(jī)組重要金屬部件生產(chǎn)制造資料，對(duì)制造缺陷返修記錄進(jìn)行重點(diǎn)跟蹤和關(guān)注，同時(shí)建議基建單位加強(qiáng)設(shè)備督造監(jiān)管。