Технология ремонта

Технология упрочнения

Многослойное покрытие Ti-TiN в условиях каплеударной эрозии

Коррозионно-усталостная прочность лопаток из стали ЭП291после упрочнения (Выводы НИР ОАО «НПО ЦКТИ», г. СПб)

Испытания многослойного покрытия Ti-TiN на образцах из стали 20Х13

НПП "УАСТ" совместно с ДООО “Энергоремонт” ОАО “Башкирэнерго” (г. Уфа) и ОАО “Ленинградский металлический завод” (г. С.-Пб) разработана и успешно внедрена технология ремонта рабочих лопаток паровых турбин без разлопачивания ротора. Технология ремонта включает в себя удаление дефектной части входной или выходной кромки пера, вварку пластины, повторяющей профиль пера, упрочнение кромок приваркой стеллитовых пластин либо плазменным напылением порошкового материала системы Ni-Cr-B-Si толщиной до 0,8 мм. Покрытие наносят таким образом, чтобы обеспечить плавный переход к поверхности лопатки. Покрытие может быть нанесено и на сварное соединение, повышая его прочность. Окончательно проводят ступенчатую термообработку, восстанавливающую свойства материала и обеспечивающую уменьшение остаточных напряжений после ремонта.

При обработке технологических режимов упрочнения и сварки были проведены всесторонние сравнительные исследования структуры и физико-механических свойств материалов лопаток. Были проведены испытания на усталость, капельную эрозию.

Все образцы, изготовленные по вышеизложенной технологии, прошли усталостные испытания при напряжении, равном 100 МПа и базе испытаний 20 млн. циклов без образования трещин. Установлено, что у образцов с применяемым плазменным покрытием из материала Ni-Cr-B-Si повышается стойкость к капельной эрозии в 2,4-2,8 раза (по сравнению с образцами без покрытия), что соответствует свойствам стеллита.

Лопатки, отремонтированные по предлагаемым технологиям, в настоящее время эксплуатируются в энергосистемах Московской области и Башкирии, турбины ПТ60-130/13 Ново-Стерлитамакской ТЭЦ, Уфимской ТЭЦ-2, Кумертауской ТЭЦ и др.

Традиционно упрочнение рабочих лопаток паровых турбин из сталей типа 20Х13, 15Х11МФ проводят припайкой на входную кромку стеллитовых (WC) пластин или нанесением высокотвердых покрытий в воздушной атмосфере. Вместе с этим, такие методы является неэффективными, что подтверждено многими научными центрами России. Припайка пластин не решает проблемы эрозионного износа и при этом значительно ухудшает аэродинамические свойства лопаточного аппарата и КПД турбины. Нанесение покрытий на воздухе (сверхзвуковое и детонационное напыление) характеризуется низкой адгезионной прочностью и выносливостью (рис. 1) из-за возникновения окисных пленок.


Для решения задачи упрочнения и повышения эксплуатационных свойств рабочих лопаток паровых турбин наше предприятие успешно использует комбинированную вакуумную ионно-плазменную обработку. Обработка включает в себя ионную очистку поверхности от окисных пленок, ионную имплантацию поверхности с последующим нанесением многослойного вакуумно-плазменного покрытия высокотвердых нитридных соединений: Ti-TiN, Zr-ZrN. Все операции проводят в одном вакуумном объеме.

Предлагаемая технология ионно-плазменного упрочнения поверхности, обеспечивает повышение:

сопротивления капельной эрозии от 1,35-1,71 раза,

коррозионной стойкости 2-3 раза,

предела выносливости (при нормальных условиях) на 9,4 %

предела выносливости (в коррозионной среде) на 38,9 %

фреттинг-стойкости до 4 раз для титановых сплавов ВТ6, ТС5;

 Подробнее о испытании лопаток из стали ЭП291после упрочнения. Выводы НИР ОАО «НПО ЦКТИ», г. СПб
 Подробнее об испытаниях на материале 20Х13

Для реализации этих технологий изготовлено уникальное оборудование, позволяющее проводить упрочнение лопаток габаритом до 1700 мм путем нанесения на их поверхность многослойного высокопрочного покрытия на основе нитрида титана (TiN).

 Подробнее о защитных свойствах многослойного покрытия...

В технологическом процессе упрочнения лопаток использованы такие высокоэффективные методы обработки как электролитно-плазменное полирование (ЭПП), позволяющее повысить класс чистоты поверхности до 12 класса шероховатости, 0,025-0,05 Ra и ультразвуковая обработка поверхности (УЗО).

Разработанные технологии апробированы и внедрены на ведущих предприятиях России:

Уфимском моторостроительном производственном объединении (ОАО "УМПО"), г. Уфа

Государственном научно-производственном предприятии "Мотор", г. Уфа

Ленинградском металлическом заводе (ОАО "ЛМЗ") и Заводе турбинных лопаток (ОАО "ЗТЛ") ОАО "Силовые машины" г. С.-Пб для ТЭЦ "Альхолма" (Финляндия) и "Тянь-Вань" (Китай), Бушер (Иран), Костромская ГРЭС (Россия), ТЭС "Сипат" (Индия) и др.