[发明专利]一种燃气轮机高温部件裂纹损伤激光-电弧复合焊接方法

说明书

本发明公开了一种燃气轮机高温部件裂纹损伤激光‑电弧复合焊接方法，属于冶金技术领域，沿待修补工件的裂纹开设槽孔，固定待修补工件，沿槽孔进行单面单道激光搅拌‑电弧复合填丝焊双面成形。该方法结合了激光搅拌焊接头和电弧复合填丝的优势，可增大激光光斑、减小气孔缺陷，同时利用搅拌激光束与电弧填丝耦合作用，进一步提高增大熔池宽度和焊缝填充性，有效解决传统单一激光焊在焊接修复燃气轮机高温部件裂纹损伤时存在裂纹间隙适应性差、气孔率高等突出问题，最终获得上宽下窄、正面和背面微凸、填充饱满、无气孔缺陷的焊缝。本发明操作简单，方法可靠，适用性和通用性强，经济性高，能够充分满足燃气轮机高温部件大间隙裂纹损伤的修补要求。

技术领域

本发明属于自动焊接技术领域，具体涉及一种燃气轮机高温部件裂纹损伤激光-电弧复合焊接方法。

背景技术

燃气轮机火焰筒、过渡段、透平静叶片以及护环等高温部件作为燃气轮机的核心部件，是工作环境最恶劣、结构最复杂、故障最多、更换费用最高的部件。在长时间高温、高应力和频繁启停条件下服役，高温部件不可避免地产生不同程度的裂纹损伤(裂纹间隙高达3mm)，严重影响其服役安全性。为了减少高温部件的报废率，保证燃气轮机发电设备经济、安全运行，燃气轮机高温部件裂纹损伤的修补方法已受到国内外研究者们的关注。

激光焊已成为F级燃气轮机热通道部件的主要熔焊修复方法。然而，激光焊对装配间隙要求较传统熔焊工艺更为苛刻，一般要求间隙控制在板厚的10～15％以内，最大间隙不能超过0.3mm，且单一激光束易致焊缝产生气孔缺陷，提供工件报废率，因此限制其在高温部件大间隙裂纹焊接修复领域的应用。根据高温部件基体厚度大范围宽、裂纹间隙大等特点，探索结构简单、适应性更佳、光斑直径更大的激光焊接头，提高焊接效率、降低修复成本，是未来热通道部件焊接修复技术的发展趋势。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中，本发明提供了一种燃气轮机高温部件裂纹损伤激光-电弧复合焊接方法，有效解决单一激光束焊接头的裂纹间隙适应性差和气孔率高的难题。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种燃气轮机高温部件裂纹损伤激光-电弧复合焊接方法，包括以下步骤：

步骤1、沿待修补工件的裂纹开设敞口型槽孔，并对槽孔进行打磨和清洗；

步骤2、对工件进行固定并在待焊区域的背面通保护气；

步骤3、调整激光-电弧复合焊接头使其形成的激光光斑位于槽孔中心位置，然后设置焊接参数；

步骤4、在焊接过程中，控制激光光斑的摆动频率和摆动直径，使光斑路径呈螺旋型的焊接路径，同时使电弧填丝与激光光斑耦合对焊丝熔融增加熔宽，沿槽孔方向进行单面单道填丝焊双面成形，完成待工件的裂纹损伤修补。

优选的，步骤1所述敞口型槽孔为V型或I型槽孔。

优选的，所述槽孔的坡度为60°～90°，槽孔的底面间隙最大为3mm。

优选的，步骤1中所述打磨和清洗的方法如下：

采用砂纸将裂纹及其附近部件表面区域打磨出金属光泽，然后在丙酮和稀盐酸中进行超声清洗。

优选的，步骤3中所述焊接参数如下：激光功率为2000～5000A，电弧电流为80A～180A，焊速为10～30mm/s，丝速为20～120mm/s，焊枪的前倾角60～90°。

优选的，步骤4中所述摆动直径为0.3～3mm，摆动频率为10～300HZ。

优选的，步骤4中激光光斑的摆动位置位于槽孔底面间隙±0.5mm范围内。