专利名称：给洗轮机部件敷加抗蚀表面的方法
技术领域：
本发明涉及为汽轮机碳钢部件提供抗蚀表面的方法，更具体地说，涉及在压力容器部件上敷以冶金接合的抗蚀合金而不致引起不可接受的变形的协同焊接变量。
如在核电站中所用的，汽轮机的某些部分采用由ASME P-1号碳钢制成的压力容器部件。这种材料不很抗蚀，但满足选定的其它技术要求。在汽轮机运行时，穿过汽轮机的汽流通路常常出现诸如高速湍流状态之类的不可预见的热力-水流特性。而这会造成对这些碳钢部件的侵蚀一腐蚀影响。长期的这种侵蚀-腐蚀作用会降低压力容器部件的壁厚并形成粗糙表面。粗糙表面反过来会加剧侵蚀-腐蚀作用的影响并进一步增大汽流通路内的湍流。
为了把汽轮机中的侵蚀-腐蚀损坏减至最小，有必要加上对侵蚀一腐蚀过程有抗性的表面。由于粉未冶金方法制成的表面只是机械接合的并且会造成被腐蚀和被剥离的碎片落入汽轮机中，最好用冶金接合的保护合金。
典型情况下，敷加冶金接合表面靠的是采用各种焊料的常规电弧焊方法。但是，常规的焊接方法会在基体金属内导致收缩应力。过多的热输入和温度梯度，而这些常常会造成压力容器部件不可接受的变形。这种变形使得无法形成所要求的对汽轮机运行而言是必要的金属与金属之间的蒸汽密封性能。因而，通常需要附加的打磨，切削和/或临时的密封材料。
因此，需要有一种为汽轮机碳钢部件加上抗蚀表面的方法。它应基本上满足所有选定的技术要求，而应用时又不会造成基体金属的明显变形。还需要为压力容器部件加上冶金接合的抗蚀表面，能够经受侵蚀一腐蚀作用的恶劣气氛。再就是需要有一种敷面操作方法。能够实地应用而不用复杂的定位设备。
本发明提供了带有抗蚀表面的汽轮机碳钢部件和制作这些部件的方法。本发明的方法可制成有一可经受压力蒸汽的第一表面的汽轮机碳钢部件。在该表面上焊有含有重量百分比至少为12%的铬的钢材的第一焊料。焊料以每分钟大约24～52英寸、61-132厘米的高焊接速度焊在汽轮机部件表面，标称第一焊道厚度小于大约0.1英寸、0.25厘米。
为此，本发明提出了一种协同焊接变量和合金的新组合，能够制成所需的冶金接合的抗蚀表面，而不会有显著的基体金属变形。此处介绍的焊接工艺包括半自动管状焊丝电弧焊工艺(FCAW)，也被ASME称作气体保护金属电极电弧焊(GMAW)，这使之可以焊接很长的连续焊缝，由于减少了有关的焊接加热循环次数也就减小了变形。本发明特别选用了为快速焊接而设计的标准管状焊丝来达到较高的移动速度以减小热量输入。尤其是采用一种奥氏体面心立方结构的高铬焊丝，可形成具有高抗蚀性和足够的抗屈强度的很有延展性的焊蚕或焊料。
本发明更具体的内容包括采用高速向下立式焊位来获得可随基体金属本身变形的较薄而牢固的焊蚕形状。因而可使蒸汽机外壳变形减至最小。
因而，本发明的一个目的就是提供一种将抗蚀表面冶金接合到汽轮机碳钢部件上而不引起显著变形的方法。
本发明的另一个目的是制成可显著免除缺陷并适应底层碳钢基体金属膨胀和收缩的焊接的抗蚀表面。
考虑到这些和其它目的，随着这里所进行的说明本领域技术人员将明显看出，本发明实质上具有如下所述的和更具体地在如所附权利要求中限定的部件和方法的新结构、组合、布局。
本发明可为汽轮机碳钢部件加上抗蚀表面。这些部件有一可暴露于加压蒸汽的表面。该表面焊有含成份的重量百分比至少为12%的铬的钢的焊料，它是以每分钟大约24-52英寸、61-132厘米的速度沉积该表面上的，标称第一焊料厚度小于大约0.1英寸、0.25厘米。
本发明还包括一种将抗蚀表面焊在汽轮机碳钢部件上的方法，其中的步骤有制成含有重量百分比小于大约0.35%的碳并且其上面有一第一表面的汽轮机碳钢部件。用管状焊丝电弧焊将奥式体不锈钢在第一表面上焊成厚度小于大约0.1英寸、0.25厘米的第一焊料，这一管状焊丝电弧步骤采用每分钟大约48-52英寸，122-132厘米的焊接速度，用大约160-180安培的直流电，取向下立式焊位。
本发明还关系到一种汽轮机系统，其中包括基本上无变形的汽轮机碳钢部件。它有一用以提供对加压蒸汽的抗蚀性能的焊上的表面，该焊上的表面有一成份中有重量百分比至少约12%的铬的不锈钢，最好是奥式体不锈钢如E309L型的小于大约0.15英寸、0.38厘米的双层焊道焊料。
本发明可有效地应用于为汽轮机部件敷加抗蚀表面，为延缓或阻止基体金属的进一步侵蚀而进行的基本金属的修复，以及给高压容器加上涂层等等。此发明证明能用于各种形状的结构，包括平板焊道等。
在本发明优选的多数焊接工艺中，在焊接之前汽轮机碳钢部件经过清洗。最好用砂盘磨光，抛光和其它金属表面处理工艺来去除积垢、氧化物、锈斑和其它表面污迹。继这些工艺之一后，最好用一种不含杂质主要由汽油构成的清洗剂(如用矿物酒精之后再用甲醇等)来擦拭表面。所有残余的机油、油脂、油漆痕迹或其它膜层都应用清洁、干燥、不掉毛的棉布擦掉。
本发明的焊接步骤最好用管状焊丝电弧焊方法来完成。尽管其次还可采用气体保护钨电极电弧焊、气体保护金属电极电弧焊和等离子焊接工艺。管状焊丝电弧焊工艺使得有可能焊出很长的连续焊缝，采用这种工艺可通过减少焊接加热循环次数来减小变形。这种焊接方法的最理想目标是在已经经受或将要经受蒸汽侵蚀/腐蚀破坏的汽轮机碳钢如含有重量百分比小于0.35的碳的P-1型碳钢部件表面覆上抗蚀焊接金属。
所介绍的方法采用专门研制的快速覆盖的FCAW焊料，采用130-220安培的直流。最好是145-180安培24-28伏特的反接直流，这样可减小焊接热应力和变形。减小变形的性能可依靠以高移动速度焊出的薄的焊缝。对单层焊道小于大约0.1英寸、0.25厘米、最好约为0.06英寸、0.15厘米，对双层焊道小大约0.15英寸，0.38厘米，最好约为0.12英寸、0.30厘米。进入基体金属的热输入要低。并且只要有可能就向下立焊。当取不同于向下立焊的位置焊接时，最好也要以高移动速度进行焊接。在需要焊上大量合金的情况下，如叶片环坡口或管道连接。应调整移动速度和焊丝直径以采用多层焊道坡口焊方法。
参看下面的例子可对此发明有更深的了解，其中提供了每种焊接方法和接缝的焊接参数的大致最优范围。
例1垂直向下敷面接缝焊接结构平板焊道衬底ASME P-1型基体金属ASME P-1、SA515 GR.65、SA216 GR.WCB型焊接方法FCAW，窄焊道，单层厚度大约0.06英寸、0.15厘米，2层的多层焊道厚度0.12英寸、0.30厘米或更大，焊接移动速度大约48-52英寸，122-132厘米/分钟，每个焊道覆盖前一焊道大约30-50%。
位置垂直向下，焊枪向后，与移动方向相反，大约20°。
焊料AWS A 5.22类E309 LT-1型，直径0.045英寸，0.11厘米。
保护气体，75%氩/25%二氧化碳(±10%)，每小时35-45立方英尺，990-1273立方分米。
预热60°F.15.6℃(最低)，135°F、57.2℃(最高，焊道处)电流+极性DCRP，电极为正。
安培数160-180伏特数24-28
例Ⅱ仰面位置敷面焊接结构平板焊缝衬底ASME P-1型基体金属ASME SA515 GR.65型、P-1型。
焊接方法FCAW，窄焊道，单层厚大约0.06英寸、0.15厘米，多层焊道厚大约0.12英寸、0.30厘米，如需要可更大，焊接移动速度大约25-35英寸、63.5-88.9厘米/分钟，每个焊道覆盖前一焊道大约30-50%。
位置仰面，焊枪向后，沿移动方向，大约20°。
焊丝AWS A 5.22类E309LT-1型，直径0.045英寸、0.11厘米。
预热60°F、15.6℃(最低)，300°F、148.9℃(最高，焊道处)电流+极性DCRP，电极为正安培数145～155伏特数26-28例Ⅲ水平位置敷面焊接结构平板焊缝衬底ASME P-1型基体金属ASME P-1型、SA515 GR、65型、SA216GR、WCB型。
焊接方法FCAW，窄焊道，单层厚大约0.06英寸、0.15厘米，2层的多层焊道厚大约0.12英寸、0.30厘米。如需要可更大，焊接移动速度大约25-35英寸、63.5-88.9厘米/分钟，每个焊道覆盖前一焊道大约30-50%。
位置水平。焊枪向后，沿移动方向，大约20°。
焊丝AWS A5.22类E309LT-1型，直径0.045英寸、0.11厘米。
保护气体75%氩/25%二氧化碳(±10%)，每小时35-45立方英尺，990-1273立方分米。
电流+极性DCRP，电极为正。
安培数145-155伏特数26-28例1V地面位置敷面焊接结构平板焊缝衬底ASME P-1型基体金属ASME P-1型、SA515 GR、65型、SA216GR，WCB型。
焊接方法FCAW，窄焊道，单层厚大约0.06英寸、0.15厘米，2层的多层焊道厚大约0.12英寸、0.30厘米。如需要可更大，焊接移动速度大约25-35英寸、63.5-88.9厘米/分钟，每个焊道覆盖前一焊道大约30-50%。
位置地面位置，焊枪向后，沿移动方向，大约20°。
焊丝AWS A5.22类E309LT-1型。直径0.045英寸、0.11厘米。
保护气体75%氩/25%二氧化碳(±10%)。每小时35-45立方英尺，990-1273立方分米。
电流+极性DCRP，电极为正。
安培数145-155伏特数26-28还建议采用间断焊接方法来减小热输入并控制变形。一种优选的方法是焊出相邻的不多于2条的焊道，而后向左或向右移动大约6英寸、15.24厘米并再焊出不多于两条的新的焊道，来回焊接直到完全遍及所需区域。
继焊接之后，应通过用去垢锤敲击或其它机械方法去除焊渣和药皮，而后用钢丝刷清理去除氧化物、浮皮，锈斑和焊接烟迹。用于这一目的钢丝刷最好有清洁而无污染的不锈钢丝。
用上面介绍的方法焊上的抗蚀焊接金属敷面不仅仅是可强化表面的也不仅仅是耐腐蚀的焊接贴面。据信它可以其更好的机械性能包括更高的抗蚀性来取代基体金属。优选合金E309L的技术性能，特性及相对抗蚀性能远超过碳钢的，因而它是优选合金。
从上面内容可以看出。此发明提供了为汽轮机碳钢部件加上抗蚀表面的新方法，可减小变形并避免机械加工或临时密封处理。尽管各种实施例已得以描述，这是为了说明之用，并不限制此发明。对于熟悉本行业的人显而易见的各种改动都在所附权利要求说明的此项发明的范围之内。
权利要求
1.一种为其上有一第一表面的汽轮机碳钢部件提供抗蚀表面的方法；其特征在于含有重量百分比至少为12的铬的第一钢质焊料以每分钟61-132厘米(24-52英寸)的焊接速度焊在所述第一表面上，所述焊料具有小于0.25厘米(0.1英寸)的标称第一焊道厚度。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于所述焊接步骤包括管状焊丝电弧焊。
3.根据权利要求2所述方法，其特征在于所述管状焊丝电弧焊步骤是用130-220安培直流电来进行的。
4.根据权利要求2所述方法，其特征在于所述管状焊丝电弧焊工艺使用145-180安培的反接直流电。
5.根据权利要求3所述方法，其特征在于所述管状焊丝电弧焊步骤采用24-28伏特电压。
6.根据权利要求4所述方法，其特征在于所述管状焊丝电弧焊步骤来用具有大约0.11厘米(0.045英寸)的外径的电极。
7.根据权利要求6所述方法，其特征在于所述焊料具有大约0.15厘米(0.06英寸)的标称第一焊道厚度。
8.根据权利要求2所述方法，其特征在于第二焊料置于所述第一焊料的一部分之上，达到大约0.30厘米(0.12英寸)的总厚度。
9.根据权利要求8所述方法，其特征在于所述第二焊料焊在所述第一焊料表面积的大约30-50%上。
10.根据权利要求6所述方法，其特征在于沿与焊接移动方向相反的方向并从所述表面翘起大约20°地使用焊枪。
11.根据权利要求10所述方法，其特征在于焊上的一对焊道距第二对焊道大约15.2厘米(6英寸)。
12.根据权利要求1所述方法，其特征在于所述钢材由奥氏体不锈钢制成。
13.根据权利要求6所述方法，其特征在于采用含有氩和二氧化碳的保护气体。
14.根据权利要求2所述方法，其特征在于采用每分钟122-132厘米(48-52英寸)的焊接速度、160-180安培，取向下立焊行进方式。
15.根据权利要求2所述方法，其特征在于取仰面位置时采用每分钟63.5-88.9厘米(25-30英寸)的焊接速度，145-155安培。
16.根据权利要求2所述方法，其特征在于取地面位置时采用每分钟63.5-88.9厘米(25-30英寸)的焊接速度，145-155安培。
全文摘要
此发明提出为汽轮机碳钢部件提供抗蚀表面的方法，这些方法包括以每分钟24-52英寸的焊接速度将含有重量百分比至少为12的铬的钢质焊料焊在汽轮机碳钢部件上，标称第一焊道厚度小于大约0.1英寸。介绍了用于垂直向下、仰面、水平和地面敷面位置的优选管状焊丝电弧焊(FCAW)方法。
文档编号F01D25/00GK1049701SQ9010671
公开日1991年3月6日 申请日期1990年8月6日 优先权日1989年8月7日
发明者詹姆斯·C·杜米尔, 萨木尔·D·雷诺尔兹 申请人:西屋电气公司