激光熔覆技术在发电机转子上应用

1、激光熔覆技术在发电机转子上的应用激光熔覆技术在发电机转子上的应用2010.82010.8摘要摘要 前言前言 设备简介设备简介 问题的发现问题的发现 激光熔覆技术激光熔覆技术 修前测量修前测量 激光熔覆实施激光熔覆实施 转轴修复部位加工转轴修复部位加工 结束语结束语 前前 言言发电机转子是重要的大型转轴部件，在其上面实施检修工作必须非常谨慎，国华盘电公司在一号发电机转子集电环更换过程中，为解决发电机转子集电环下轴颈尺寸小的问题，经过认真研究、试验、测量及实施，成功的使用激光熔覆技术在现场对发电机转子转轴进行了修补。 设设 备备 简简 介介天津国华盘山发电有限责任公司（下称国华盘电）在装两台汽轮发

2、电机组，均为俄罗斯产品，发电机型号为TBB-500-2EY3，500 MW，出口电压20kV，额定电流17kA，YY接法，转速3000 r/min，水氢氢冷却方式，1号发电机于1992年出厂，1995年12月投运，2号发电机于1993年出厂，1996年5月投运。 发电机转子集电环共有内外两只，集电环下为均流环，均流环与转轴通过云母片绝缘，集电环云母绝缘粘结在转子轴上，拆下后，不能重复使用，在两个集电环中间为风扇，发电机运行过程中，起到为集电环及电刷冷却作用。 设设 备备 简简 介介设设 备备 简简 介介转子轴云母绝缘套筒均流环集电环转子集电环剖面图问题的发现问题的发现 国华盘电公司一号发电机转

3、子集电环自投产以来已经过多次车削，集电环已经没有加工裕量，国华盘电公司在一号机组A级检修中，对发电机转子集电环进行更换，在发电机转子集电环拆下后，对发电机转子轴颈进行尺寸测量，发现发电机转子内集电环下轴颈尺寸为256.88mm，风扇环轴颈为257.02mm，内集电环下轴颈较风扇环轴颈尺寸小。 问题的发现问题的发现 内环极轴颈为256.88mm，风扇环轴颈为257.02mm，原俄制集电环下绝缘结构为云母制品，本次检修更换集电环决定使用环氧玻璃布制成的成型绝缘套筒，套筒所用材料的线胀系数为0.8，计算涨量为0.20mm，更换整体式绝缘套筒在紧力配合上存在问题，绝缘套筒不能经过风扇环轴颈而到达位置。

4、 激光熔覆技术是材料表面改性技术的一种重要方法，他是利用高能密度的激光束将具有不同成分、性能的合金与基材表面快速熔化，在基材表面形成与基材具有完全不同成分和性能的合金层的快速凝固过程。原理是在需处理的零部件表面预置一层能满足使用要求的特制粉末材料,然后用高能激光束（聚焦后功率密度为104 W/cm2106 W/cm2）对涂层进行快速扫描处理,预置粉末在瞬间熔化并凝固（冷却速度达104/s106/s）,涂层下基体金属随之熔化一薄层，二者之间的界面在很窄的区域内迅速产生分子或原子级的交互扩散,同时形成牢固的冶金结合。在快速热作用下,基体受热影响极小,无变形。熔层合金自成体系，其组织致密，晶粒细化,

5、硬度和强韧性提高,表面性能大大改善。激光熔覆技术解决了传统电焊、氩弧焊等热加工过程中不可避免的热变形、热疲劳损伤等一系列技术难题。 激光熔覆技术激光熔覆技术 这是盘电公司首次在关键部件上引进该技术，所以在开工前进行了试验。选取和转子相近材质基材进行试焊，对焊样进行检测，检验内容包括：着色、超声、硬度，并对剖面进行金属组织分析，确认该项技术是可行的。 激光熔覆技术激光熔覆技术 修修 前前 测测 量量 发电机转子是放置在滚轮托架上的，为准确测量发电机转子轴的弯曲度、圆跳动等，以便与修后对比，在现场测量采用两种架表方法。 第一种测量方法：表架固定在滚轮托架上，百分表测量头接触在大轴水平母线上，盘转子

6、360，测量8点数值。 轴颈偏心测量：单位（丝）123456781A0121521.52029322834B01316.522.52131343035C01518.52526333732.539D01518.52729.538423643E013182728.53941.53743修修 前前 测测 量量修 复轴 段表 面基 准面 第二种测量方法：将表架固定在静止随形模上（该模为特别制造），表头垂直在转子最上端，盘转子360，测量8点数值测量值 修 复 轴 段 表 面基 准 面修修 前前 测测 量量偏心测量：(单位：丝)1234567812A01122.5321.510.5B00.5-0.500

7、0-2-1.5-10轴颈圆跳动测量：(单位：丝)15263748A2.5210.5B00.51.51.5修修 前前 测测 量量 第一种方法，因转子放置在滚轮托架上，盘动转子时有窜轴现象，固使用第一种测量方法时，共进行三次测量，测量值有较大变化（见表），第二种方法不受窜轴影响，测量数据较稳定（见表），综合分析两种测量方法取得的数据，转子轴在实施熔覆之前，没有弯曲现象。 修修 前前 测测 量量 激激 光光 熔熔 覆覆 实实 施施1、熔覆前对转轴进行无损探伤检测。2、使用随形加工方法，去除转轴表面疲劳层，深度0.10.2mm。3、熔覆材料选用激光熔覆专用镍基合金粉末。4、激光熔覆操作工艺参数优化确定

8、，调整光斑直径，扫描速度及单层熔覆厚度等工艺参数。5、根据基材温升情况确定每次熔覆宽度，熔覆区域按轴面圆周对称熔覆。6、基材温度控制在80以下（检测位置距熔覆区域10-30mm）。7、熔覆后，预留机加余量不小于0.5 mm。8、在修复轴段中心两侧选定位置的轴径的同一断面垂直直径方向均打表监控。 转子轴颈第一段熔覆后，对大轴跳动值进行测量，测量方法：将表架在静止随形模上，表头垂直在转子最上端，盘转子360，测量8点数值。通过表中测量数据看，大轴无弯曲变形。 大轴偏心度测量值（单位：丝）1234567812A0000+1+0.500-0.5B0-0.5-3-2.50-1-3-2-1大轴圆跳动测量值

9、：(单位：丝)15263748A-1-0.500B0+0.50-0.5激光熔覆实施激光熔覆实施转轴修复部位加工转轴修复部位加工 转子轴颈在激光熔覆后，还需要进行车削加工，达到轴颈圆柱度及表面粗糙度的要求，轴颈修复部位的车削，因现场条件限制，不能采用大型车床对转子轴颈修补部位进行车削加工，而是采用随形加工设备，转子不动，刀具通过随形加工设备旋转对转子激光熔覆修补部位进行车削。 发电机转子轴颈经过激光熔覆及车削处理后，对轴晃度、圆柱度、硬度、着色探伤等检测，大轴没有弯曲变形情况，表面未见裂纹、横向缺陷，达到预期效果。 晃度测量值（单位：丝）123456781A0-2-2-3-10-1.5-2+0.

10、5B0-2-2-4-1+0.5-2-20C0-2-0.5-3-1.5-1-3.5-2-0.5D00+0.5-2-1-1.5-2.5-1.50E0+1.5-1.50-1.5-0.50转轴修复部位加工转轴修复部位加工 圆柱度测量值（单位：mm） 截面方位向角15263748平均值椭圆度a257.165257.18257.17257.17257.170.015b257.16257.17257.16257.17257.1650.01c257.17257.16257.165257.17257.1660.005d257.18257.17257.17257.175257.1740.01锥度0.020.020.010.005257.169硬度测量值：12345678平均值检测值220208220220244227212216220.875检验结果符合修复前焊样检验值转轴修复部位加工转轴修复部位加工 转轴修复部位加工转轴修复部位加工 应用激光熔覆技术成功的对发电机转子轴颈进行了应用激光熔覆技术成功的对发电机转子轴颈进行了修复，修复后的发电机转子轴颈圆柱度、晃度、表面硬修复，修复后的发电机转子轴颈圆柱度、晃度、表面硬度、着色探伤等