浅析汽轮机叶片金属材料焊接技术

浅析汽轮机叶片金属材料焊接技术

王金刚

（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司黑龙江哈尔滨150046）

摘要：本文首先对汽轮机叶片所使用的不锈钢金属材料的分类以及焊接性进行了详细的描述，然后对汽轮机叶片金属材料的焊接技术进行了分析，根据不锈钢种类的不同，来选择不同的焊接技术、焊接接头、焊接温度、焊接焊剂等。希望本文对以后的研究有所帮助。

关键词：汽轮机；叶片；金属材料；焊接技术

引言

随着经济的不断发展，科技和工业也在不断的发展。在现今，大多数工程中的零件需要在复杂的条件下工作，其中，金属材料的使用量是最多的。在实际应用中，有时候一种材料并不能满足工作环境的需求，因此，在现代工程中，我们需要将不同的材料进行焊接，有同种材料焊接，也有异种材料焊接，其中异种材料焊接使用的比较多，因为其可以同时满足不同工作的复杂环境，而且还可以相对的减小成本，使各种金属材料发挥其本身特有的优势。在一定的情况下，将异种材料进行焊接得到的零件的综合性能可以远远的超过单一金属材料的性能。现今，异种金属材料焊接技术日益受到人们的重视，其发展的前景也是非常广阔的，近年来也是被很多领域广泛应用。因此，本文对汽轮机叶片金属材料焊接技术进行研究分析。

1汽轮机叶片不锈钢的分类

不锈钢是指主加元素铬含量能使钢处于钝化状态，又具有不锈特性的钢。为此，不锈钢w(cr)应高于12)。此时钢的表面能迅速形成致密的铬氧化物氧化膜，使钢的电极电位和在氧化介质中的耐蚀性发生突变性提高。在非氧化性介质中，铬的作用并不明显，除了铬外，锈钢中还须加入能使钢钝化的Ni，Mo等其他元素。不锈钢按照组织类型，可以分为五类：

1.1奥氏体不锈钢

奥氏体不锈钢在各种类型不锈钢中应用最为广泛，品种也多。由于奥氏体不锈钢的cr，Ni含量较高，因此在氧化性、中性以及弱还原性介质中均具有良好的耐蚀性。奥氏体不锈钢的塑韧性优良，冷加工性能俱佳，焊接性由于其他类型不锈钢，因而广泛应用于建筑装饰、食品工业、医疗器械、纺织印染设备以及石油、化工、原子能等工业领域。

1.2铁素体不锈钢

铁素体不锈钢的应用比较广泛，其中Crl3和Crl7型铁素体不锈钢主要用于腐蚀环境不十分苛刻的场合，例如室内装饰、厨房设备、家电产品、家用器具等。超低碳高铬含铝铁素体不锈钢因对氯化物应力腐蚀不敏感，同时具有良好的耐点蚀、缝隙腐蚀性能，因而广泛用于热交换设备、耐海水设备、有机酸及制碱设备等。

1.3马氏体不锈钢

马氏体不锈钢应用较为普遍的是cr13型马氏体不锈钢。为获得或改善某些性能，添加Ni，Mo等合金元素，形成一些新的马氏体不锈钢，例如OCrl3Ni14Mo，OCrl6Ni5Mo等。马氏体不锈钢主要用于硬度、强度要求较高，耐腐蚀要求不太高的场合，如量具、刃具、餐具、弹簧、轴承、汽轮机叶片、水轮机转轮等。

1.4双相不锈钢

双相不锈钢是金相组织由奥氏体和铁素体两相组成的不锈钢，而且各相都占有较大的比例。双相不锈钢具有奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的一些特性，韧性良好，强度较高，耐氯化物应力腐蚀。适用制作海水处理设备、冷凝器、热交换器等，在石油、化工领域应用广泛。

1.5沉淀硬化不锈钢

沉淀硬化不锈钢是在不锈钢中单独或复合添加硬化元素，通过适当热处理获得高强度、高韧性并具有良好耐蚀性的一类不锈钢。通常作为耐磨、耐蚀高强度结构件，如轴、齿轮、叶片等转动部件和螺栓、垫圈、弹簧、阀、泵等零部件以及高强度压力容器、化工处理设备。

2不锈钢的焊接性

汽轮机叶片主要采用的金属材料是不锈钢，不锈钢包含的主要金属为钢和铬，其中的铬金属可以使钢产生钝化状态，使其具有不锈的特性。除了铬，不锈钢中还有镍等其他元素。不锈钢有很多分类，具体的分类情况如表1所示。不锈钢的焊接性有三方面需要主要，一是热裂纹倾向，二是焊接接头的耐蚀性，三是焊接接头的脆化。具体的情况如图1所示。

2.1热裂纹倾向

不锈钢具有较高的热裂纹敏感性，在焊缝及近缝区都有产生热裂纹的可能。热裂纹通常可分为凝固裂纹、液化裂纹和高温塑裂纹三大类，由于裂纹均在焊接过程的高温区发生，以又称高温裂纹。凝固裂纹主要发生在焊缝区，最常见的弧坑裂纹就是凝固裂纹。液化裂纹多出现在靠近熔合线的近缝区。在多层多道焊缝中，层道间也有可能出现液化裂纹。对于高温失塑裂纹，通常发生在焊缝金属凝固结晶完了的高温区。

图1不锈钢的焊接性

2.2焊接接头的耐蚀性

首先，晶间腐蚀根据不锈钢及其焊缝金属化学成分、所采用的焊接工艺方法，焊接接头可能在三个部位出现晶间腐蚀，包括焊缝的晶问腐蚀、紧靠熔合线的过热区”刀蚀”及热影响区敏化温度区的晶间腐蚀。其次，应力腐蚀开裂不锈钢焊接接头的应力。腐蚀开裂是焊接接头比较严重的失效形式，通常表现为无塑性变形的脆性破坏，危害严重，它也是最为复杂合难以解决的问题之一。影响应力腐蚀开裂的因素有焊接残余拉应力，焊接接头的组织变化，焊前的各种热加工、冷加工引起的残余应力，酸洗处理不当或在母材上随意打弧，焊接接头设计不合理造成应力集中或腐蚀介质的局部浓度提高等等。

2.3焊接接头的脆化

对于不锈钢除了耐腐蚀性和抗氧化性之外，在低温时的使用性能也是及其重要的，焊接金属的塑韧性就成为关键性能。

3汽轮机叶片金属材料的焊接方法

汽轮机叶片的金属材料是不锈钢，但是其不锈钢的焊接方法根据不同种类的不锈钢具有不同的焊接方法，因为其不锈钢的种类不同，其组织性能也有着较大的差异，焊接的方法也是大不相同。因此，在选择焊接方法时，一定要仔细观察不锈钢的种类，同时对焊接接头的性能、耐蚀性都有不同的要求。例如，焊接方法埋弧焊，这是一种相对高效的焊接方法，用该种方法对含有铁素体的奥氏体不锈钢进行焊接，其焊缝几乎不会产生热裂纹，但是如果焊接纯奥氏体不锈钢时，其焊缝就会产生较多的热裂纹，主要是因为焊接时焊剂中含有硅，纯奥氏体不锈钢的敏感性比较强，导致热裂纹产生。因此，一般情况下，纯奥氏体不锈钢不采用埋弧焊，除非换另外一种焊剂。若对焊接接头的耐腐性要求极高时，就要采用钨极氩弧焊方法，这种方法采用惰性气体对焊接进行保护，有着明显的优势。除此之外，还有缝焊、电阻点焊、闪光焊等焊接方法，由于不锈钢比普通钢的电阻大、硬度强，因此需要采用比较大的压力以及比较低的电流进行焊接。焊接方法被广泛的应用于异种不锈钢的连接，根据不锈钢的种类的不同，焊接的方法、温度、耐腐性以及焊剂都要进行不同的选择。同时，焊接的接头也要定时的清理，也要根据焊剂的不同来选择不同材料的焊接接头。

结束语

随着现代工业的发展和科学进步，现代工程中的许多零部件需要工作在高温或低温、腐蚀介质、电磁场或放射性环境中，其中有色金属材料的用量也比较大。所选用的材料应该是能满足工作要求的特殊材料，单独使用一种材料常常不能满足实际应用中的各种要求。因此在现代工程结构中，我们不仅需要对大量的同种材料进行焊接，同时也需要对相当数量的异种材料进行焊接，在工程及制造中采用异种材料焊接结构，不仅能满足不同工作条件对材质的不同要求，而且还能节约贵重金属，降低结构整体成本，充分发挥不同材料的性能优势。

参考文献

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[3]郑继水.谈几种金属材料的焊接[J].价值工程.2010(33).