一种水轮机叶片裂纹修复方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及金属零件修复技术领域，具体是水轮机叶片的修复工艺。
【背景技术】
[0002]汽轮机或水轮机等设备的叶片在工作中受到流体工作介质冲击，长期运行会在叶片表面产生疲劳裂纹，如不及时进行修复处理会导致叶片断裂。叶片修复常采用堆焊、融覆等方式。
[0003]如申请号为201310054557.9的中国发明专利，公开一种航空发动机叶片损伤的修复方法，该方法依据待修复叶片表面尺寸形状特征进行分段处理，设定各段脉冲等离子热输入参数和脉动送丝控制参数，分段进行等离子焊接修复。再如申请号为201310170388.5的中国发明专利，公开一种高温合金涡轮叶片修复材料及其修复工艺，则介绍了采用微弧火花沉积修复涡轮叶片的方法，根据工艺要求预制焊接材料棒，采用微弧火花沉积工艺对需要修复的区域进行堆焊，焊接后进行真空热处理。
[0004]常规修复方法(即填充焊接)由于填充材料与叶片本体材料不同，焊接结合界面处材料成分、组织复杂，且焊缝底部易产生焊接缺陷，影响焊缝结合强度，降低了叶片修复后的使用寿命。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种预处理时无需打坡口，提高焊缝结合强度的水轮机叶片裂纹修复方法。
[0006]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是:一种水轮机叶片裂纹修复方法，其特征在于:包括准备阶段:清洗检测待修复叶片；自熔焊接阶段:采用倾斜的负离焦量的会聚激光束沿裂纹走向扫描，形成V形熔池，熔化的金属液体在重力作用下沉入熔池底部，凝固后形成自熔焊缝；填充焊接阶段:采用与叶片本体相同的材料作为焊丝，进行表层堆焊；后处理阶段:焊接完成后进行去应力回火和叶片表面修整加工。
[0007]进一步地，在所述叶片的背面固定有一超声波发生器，能在所述自熔焊接阶段和填充焊接阶段中启动产生超声波。
[0008]进一步地，所述准备阶段中，通过X射线对叶片裂纹进行检测，确定裂纹走向和裂纹最大深度及其位置；然后在裂纹两端各打一个直径大于裂纹宽度l_2mm，深度大于裂纹深度3mm的截断孔；在裂纹深度最大处打一个直径大于裂纹宽度l_2mm、深度大于裂纹深度3mm的探测孔。所述自熔焊接阶段中用激光束对裂纹扫描是以探测孔为起点，分别扫描至两端的截止孔，包括如下步骤:1)先对探测孔进行预热，采用会聚角5-8°的垂直激光束辐照探测孔，使探测孔壁和底部材料发生局部熔化；2)使激光束向后倾斜，与扫描方向的反方向叶片表面呈5-7°夹角，并沿裂纹走向扫描，熔化的金属液体在超声波和重力作用下沉入熔池底部，在激光束离开后冷却凝固形成焊缝；3)当激光束扫描到裂纹一端的截断孔后，旋转激光束使其与叶片表面垂直，并对截断孔进行辐照；4)重新由探测孔开始，重复上述步骤1)-3),向另一端截止孔进行扫描焊接；所述激光束的焦斑直径大于探测孔直径0.5mm，激光功率为(250-300)X 109W/m2，脉冲宽度为10ms，对探测孔和截止孔的辐照时间为5_8个脉冲宽度。
[0009]进一步地，所述填充焊接阶段，执行以下步骤:1)调节激光束会聚角，使其为平行光束，激光束垂直于所述焊缝表面；2)激光束从一端的截断孔沿裂纹的走向向另一端的截断孔扫描，同时添送与叶片的本体材料相同的焊丝，进行填充焊接；3)重复从裂纹一端到另一端的扫描焊接，直至焊缝上表面高于叶片上表面，填充焊接过程完成。所述激光束的焦平面位于焊缝上表面下方0.5mm处，激光光斑直径约为Imm ;所述填充焊接阶段步骤3)中，重复的扫描焊接直至焊缝上表面高于叶片上表面0.5mm时停止焊接。
[0010]本发明的有益效果是:采用上述修复方法，预处理时无需打坡口，修复时以叶片本体材料自熔为主，少量填充与叶片本体相同的材料，焊缝材料与叶片相同，二者结合良好，且不易产生焊缝缺陷，提高了焊缝结合强度，延长修复后的叶片使用寿命。
[0011]具体的，在焊接过程中激光束先后倾斜使裂纹底部材料先熔化，避免上部先熔化时易产生的封堵现象造成的未焊透缺陷，超声波振动有利于熔池金属液体流入熔池底部，且有利于熔池金属液体中气体的排出，消除了焊缝中易出现的气孔等缺陷；负离焦量的会聚激光束使熔池形成上方开口较大的V形熔池，有助于金属蒸气和等离子体的排出，避免熔池金属液体被吹离熔池，大幅度提高焊缝质量。
【附图说明】
[0012]下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
[0013]图1为本发明的流程框图。
[0014]图2本发明中叶片裂纹走向示意图。
[0015]图3本发明中探测孔预热示意图。
[0016]图4本发明中自熔焊接示意图。
[0017]图示中:1、叶片；2、截断孔；3、裂纹侧面；4、会聚激光束；5、探测孔；6、超声波发生器；7、裂纹。
【具体实施方式】
[0018]如图1-4所示，本发明一种水轮机叶片裂纹修复方法，包括准备阶段、自熔焊接阶段、填充焊接阶段、后处理阶段。
[0019]其中，上述准备阶段，执行以下步骤:1)清洗待修复叶片1，清除叶片I表面和焊缝中的油污、杂物等；2)裂纹检测，通过X射线探伤，检测裂纹7走向和裂纹7最大深度及其位置；3)在裂纹7两端各打一个直径大于裂纹宽度1_2_，深度大于裂纹深度3_左右的截断孔2 ;4)在裂纹深度最大处打一个直径大于裂纹宽度l_2mm，深度大于裂纹深度3mm左右的探测孔5 ;5)在叶片背面上固定一个超声波发生器6。
[0020]当准备阶段完成后，进行裂纹自熔焊接，自熔焊接主要包括以下步骤。
[0021]I)探测孔5预热:采用会聚角5-8°，焦斑直径大于探测孔直径0.5mm的垂直激光束4辐照探测孔，激光功率(250-300)X 109W/m2，脉冲宽度1ms左右，辐照时间约5_8个脉冲宽度，使探测孔壁和底部材料发生局部熔化。
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