一种用于电站机组动设备转子增材修复的药芯焊丝及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种用于电站机组动设备转子增材修复的药芯焊丝及其制备方法与应用，为奥氏体不锈钢药芯焊丝，由外皮和外皮内填充的药芯粉末组成，所述药芯粉末成分组成按总质量百分比为100％计，包括以下组分：4％

【技术实现步骤摘要】
一种用于电站机组动设备转子增材修复的药芯焊丝及其制备方法与应用

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[0001]本专利技术涉及奥氏体不锈钢药芯焊丝及其制备方法与应用，具体涉及一种用于电站机组动设备转子增材修复的药芯焊丝及其制备方法与应用。

技术介绍
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[0002]电站机组中存在着众多的动设备，如汽轮机、发电机、各类电泵、汽泵、风机等，这类动设备都是电站机组的核心设备，其能否长久稳定运行关系着电站机组的安全运维，而转子又是维系这类动设备长期持久运行的关键部件。动设备转子的材质较为特殊，涉及多种材料成分：一般泵类转子为碳钢材质，而汽轮机、发电机转子为合金钢材质。转子轴径在轴瓦内长期高速旋转，表面会产生磨损、划伤甚至裂纹等缺陷，这已成为一个较为普遍的问题，特别是当存在缺油、断油、杂质等严苛工况时，更易出现损伤缺陷而停工检修。由于转子体积和重量普遍较大、价值高、制造难度大、周期长且运输不便，出现问题不仅会带来设备本身的损失，也会导致机组的非正常停运而产生巨大的经济损失。然而当前针对电站机组动设备转子在线修复上尚缺少系统性的研究整体修复技术水平较低，难以保障机组的安全运行和及时启停。现今对转子的修复材料多为Ni基异质材料，缺少物化性能与基材相同或接近且具有高耐磨、高韧性等特性的材料，不利于修复部位性能保持和提升；且多为手工修复，存在自动化程度低，质量不可靠，修复层寿命低。所以探寻适配度更高的修复材料及自动化程度高的修复方案刻不容缓。
[0003]奥氏体不锈钢以铬、镍为主要合金元素，其具有无磁、耐腐蚀性、耐高温性、易成型等特征，与合金钢材质的转子的物化性质接近。而冷金属过渡(CMT)电弧增材制造技术具有较低的热输入量、稳定的电弧和良好的成型性等优点，日益广泛应用于金属的增材制造。若采用奥氏体不锈钢为损伤转子的修复材料，而自动化程度高的CMT电弧增材制造技术为修复的方式，理论上可以解决目前动设备转子修复效果不佳的问题。
[0004]公开号为CN112899575A的专利公开了一种基于冷金属过渡电弧增材制造的奥氏体不锈钢丝材及工艺，属于增材制造
，丝材成分为：C：0.01％～0.03％，Si：0.40％～0.55％，Mn：1.5％～2.0％，Cr：18.5％～20.0％，Ni：9.0％～10.5％，Cu：0.05％～0.1％，Mo：0.01％～0.03％，Ti：0.20％～0.50％，P：0～0.02％，S：0～0.015％，余量为Fe及不可避免的杂质元素。丝材制造工艺：焊接电流为129A～160A，焊接电压为14V～18V，焊接速度为0.45m/min～0.70m/min，送丝速度为5.0m/min～7.0m/min，保护气体为Ar+0.5～2.0％CO2，气体流量为15～20L/min，层间温度≤150℃。适用于较复杂结构件的增材制造，沉积效率≥2.50kg/h，成形构件抗拉强度≥520MPa，断后伸长率≥40％，
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40℃冲击韧性≥120J。CN111992923A专利技术公开了一种金属型药芯焊丝，并采用该金属型药芯焊丝为原材料，基于电弧增材制造技术制备奥氏体不锈钢结构件，且成形薄壁结构件具有优良的力学性能。金属型药芯焊丝药芯合金成分按质量百分比由以下组分组成：硅铁8％；锰粉18％～22％；镍粉27％；铬粉26％；钼粉4％～8％；铜粉1％～3％；钛粉0.5％；铝粉0.2％；氧化镧0.5％；碳
化铌1％，其余为铁粉，以上组分的质量百分比之和为100％；增材制造得到的奥氏体不锈钢薄壁结构件成形美观，具有优良的力学性能。
[0005]目前已公布的有关电弧增材用奥氏体不锈钢焊丝及工艺主要是通过优化焊丝成分与增材工艺参数来改善材料的微观组织与性能，尚未有针对动设备转子特性的增材修复用丝材的研制及修复工艺的报道。因此，迫切需要一种能有效提高转子修复部位强度，延长修复层服役寿命的CMT电弧增材修复用奥氏体不锈钢药芯焊丝及其制备方法和应用。

技术实现思路
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[0006]本专利技术的目的是提供一种用于电站机组动设备转子增材修复的药芯焊丝及其制备方法与应用，通过在焊丝中引入微米级碳氮化钨铌钛固溶体，当焊丝用于增材修复时，基于细晶强化、固溶强化、析出强化和弥散强化的综合作用，实现了转子的有效修复，延长了修复层的服役寿命。
[0007]本专利技术是通过以下技术方案予以实现的：
[0008]一种用于电站机组动设备转子增材修复的药芯焊丝，为奥氏体不锈钢药芯焊丝，由外皮和外皮内填充的药芯粉末组成，其特征在于，外皮为316不锈钢钢带，药粉填充量为26％
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30％；药芯焊丝直径范围为1.2
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1.6mm，所述药芯粉末成分组成按总质量百分比为100％计，包括以下组分：4％
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6％硅铁，10％
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12％镍粉，20％
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22％铬粉，6％
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8％锰粉，5％
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8％钼粉，3％
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5％金红石，2％
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3.6％微米级碳氮化钨铌钛固溶体，余为铁粉。
[0009]所述转子为合金钢材质。
[0010]微米级碳氮化钨铌钛固溶体的平均粒径为3μm。
[0011]优选地，外皮宽度为14mm，厚度为0.7mm。
[0012]所述药芯焊丝的制备方法，包括如下步骤：
[0013]S1：按照所需比例称取目数高于60目的药芯粉末，然后置于V型混合机混合，混匀后置于管式炉中，在氩气保护下，于180℃
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240℃保温2
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3h；
[0014]S2：将清洗干燥后的316不锈钢钢带通过成型轧辊加工成U型槽，然后将S1所得到的混合粉末按照所需填充率加入到U型槽中，进一步轧成管状，再经多道拉拨后得到所需直径的药芯焊丝。
[0015]所述药芯焊丝的应用，包括以下步骤：采用药芯焊丝为修复材料，对转子的缺损部位进行超声波辅助CMT电弧增材修复；其中，CMT电弧增材修复的工艺参数为：焊接电流为130A～160A，焊接电压为24V～30V，焊接速度为4.0mm/s～5.5mm/s，保护气体为98％Ar+2％N2，气体流速为20L/min，层间温度控制在150℃以下；超声波频率为20
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80kHz。
[0016]本专利技术的有益效果如下：
[0017](1)当焊丝用于增材修复时，组成成分中的微米级碳氮化钨铌钛固溶体部分发生溶解，向熔池过渡氮元素，氮元素起到固溶强化作用，碳、氮、铌等元素可扩散至被修复的基体部位，并在修复界面附近析出纳米级碳氮化铌，可进一步抑制界面处疲劳裂纹的发生；而残余未完全溶解的碳氮化钨铌钛固溶体呈纳米尺寸，弥散分布于基体中，起到弥散强化作用。
[0018](2)增材修复过程产生高幅度残余压应力，有效提高动设备转子修复部位的疲劳抗力，而修复层中弥散分布的碳氮化钨铌钛及修复界面析出的碳氮化铌可进一步抑制疲劳
裂纹的萌生，降低疲劳裂纹的扩展速率，这些因素大幅度提高动设备转子增材修复区的疲劳寿命。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于电站机组动设备转子增材修复的药芯焊丝，为奥氏体不锈钢药芯焊丝，由外皮和外皮内填充的药芯粉末组成，其特征在于，外皮为316不锈钢钢带，药粉填充量为26％
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30％；药芯焊丝直径范围为1.2
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1.6mm，所述药芯粉末成分组成按总质量百分比为100％计，包括以下组分：4％
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6％硅铁，10％
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12％镍粉，20％
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22％铬粉，6％
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8％锰粉，5％
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8％钼粉，3％
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5％金红石，2％
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3.6％微米级碳氮化钨铌钛固溶体，余为铁粉。2.根据权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，所述转子为合金钢材质。3.根据权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，微米级碳氮化钨铌钛固溶体的平均粒径为3μm。4.根据权利要求1所述的药芯焊丝，其特征在于，外皮宽度...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵光辉，潘琳琳，黄锨航，刘俊建，易江龙，王家庆，刘明星，李勇，王严，
申请(专利权)人：广东省科学院中乌焊接研究所，
类型：发明
国别省市：