热喷涂技术现场修复发电厂汽缸平面
高海青，周海涛，，刘克明等
热处理技术与装备
摘 要: 通过分析发电厂汽缸平面的失效原因，研究了现场修复汽缸平面的技术方案、涂层材料和工艺流程。结果表明，配合适当工艺的热喷涂技术喷涂 NiMo 合金是现场修复汽缸平面的最佳方法。该技术已在发电厂获得了广泛应用，并取得了良好效果。
关键词: 热喷涂; Ni 基合金; 现场修复; 发电厂; 汽缸平面 0 引言
汽缸是火力发电厂的重要设备之一，其上下缸平面之间的配合间隙直接影响到机组的正常运行。然而，汽缸平面由于长时间在高温、高压下工作，常常会有非常严重的变形和冲蚀缺陷，若仅仅采用涂密封胶的方法很难达到理想的密封效果。如果在运行过程中，由于蒸汽的冲刷而使密封胶脱落造成泄漏，就必须停机处理，这必将造成难以估计的损失。而热喷涂现场修复工艺具有周期短、质量可靠等优点，可缩短发电厂的维修周期，提高设备的运行效率，降低能耗，增加发电厂的经济效益［1，2］。
1 方案选择
1． 1 电刷镀技术现场修复
由于电刷镀技术设备简单、操作灵活、热输入量小，它是现场修复的一个重要方法［3］。但由于汽缸平面冲蚀通常很严重，往往在毫米级而且面积大，采用电刷镀技术很难在工期之内完工; 此外，镀液回收困难，如果有残留镀液留在缸内，将造成其它部位腐蚀。
1． 2 电焊方法修复
电焊是一种传统的修补技术，有的电厂采用电焊技术在变形或冲蚀部位焊接一条窄带来修复汽缸平面。这种方法主要有两个缺点: 第一，由于汽缸的材质是铸钢，在焊接过程中会造成熔池附近析碳，使得碳的分布不均，可能引起汽缸在运行过程中产生裂纹，这种缺陷比变形和冲蚀还严重，处理起来相当复杂; 第二，电焊修复后，汽缸的密封由面密封变为线密封，密封效率降低。
1． 3 上下缸研磨，以最低位置为基准找平修复
此方法可实现上下缸面完全找平，能较好修复汽缸平面。但对上下缸面若干毫米的找平研磨，易导致两缸合拢后变为椭圆，引起隔板、汽轮机转子等零部件间的间隙改变，严重影响发电机的发电效率。
1． 4 热喷涂技术现场修复
热喷涂技术是表面修复和强化技术的重要方法之一，近年来在许多行业中得到了广泛应用。热喷涂沉积效率高、涂层可选范围广，可适用于大厚度、大面积修复。该技术采用热喷涂的方法在待修复的汽缸平面喷涂一层与铸钢热膨胀系数相近的材料，然后再进行表面加工，使整个汽缸平面的平面度控制在 0． 05 mm 以内。尽管其热输入量较大，但可以采用分多次喷涂和加强冷却的方法来控制工件温升在允许范围之内［4］。
热喷涂技术现场修复与前三种修复方法相比具有以下几个方面的优势: 第一，速度快，一般能在 7到 15 天内完成; 第二，修复后整个缸平面全部找平，能保持面密封; 第三，热喷涂以最高位置为基准，修复后缸面平整，上下缸合拢后不变形。
综上所述，热喷涂技术现场修复是汽缸平面修复的较佳方案。
2 热喷涂技术简介
2． 1 热喷涂技术的分类
根据热源的种类，热喷涂技术主要分类如表 1所示［5］。
2． 2 热喷涂设备
热喷涂设备因喷涂方法不同各有差异，但依据热喷涂技术的原理，其设备主要由喷枪、热源、涂层材料供给装置以及控制系统和冷却系统组成［6］。下图为等离子喷涂的设备配置图［7］。
2． 3 热喷涂工艺
热喷涂工艺过程如下: 工件表面预处理→工件预热→喷涂→涂层后处理。
3 材料选取
3． 1 材料的基本要求
首先，由于汽缸平面的使用温度很高( 高压缸达到 500 ℃) ，而且受到高压气流冲刷。因此，所选的涂层材料要有很好的耐高温腐蚀性能和较高的结合强度。
其次，喷涂后的加工是要在现场手工研磨，因此材料的硬度不能太高。再次，由于汽缸在现场无法移动，因此选用移动适宜性较好的火焰喷涂设备进行喷涂。基于此，所选的喷涂材料须能适于火焰喷涂。
3． 2 材料试验
根据火焰喷涂设备对材料的要求并结合已有的研究结果［8，9］，选取 CoCr、AlNi 和 NiMo 三种合金粉末，按要求制成标准样品，在自制的高温水蒸汽腐蚀试验装置中进行高温腐蚀试验，并测试样品的结合强度和硬度。结果发现三种涂层材料的高温腐蚀性能均能满足使用要求。CoCr、AlNi 和 NiMo 三种合金样品的结合强度与硬度分别为 62 N/mm2与 90HR15T、56 N / mm2与 70 HR15T 和 48 N/mm2与 75HR15T。
3． 3 材料确定
根据测试结果，三种材料均能满足高温腐蚀性能要求。CoCr 尽管有较好的结合强度，但硬度太高，不适宜现场手工研磨加工。而 AlNi 的硬度偏低。因此，本研究选用 NiMo 合金作为修复汽缸平面的涂层材料。
4 工艺过程
采用热喷涂技术喷涂 NiMo 合金是现场修复汽缸平面最合适的方法。但涂层的后加工仍存在困难，为此我们设计了专用小铣床来对涂层进行粗加工，再由钳工手工精加工。具体热喷涂修复汽缸平面工艺如下。
4． 1 测量确定修复区
用平尺检验整个缸平面，大于 0． 03 mm 的为修复区，小于 0． 03 mm 的为基准面。
4． 2 喷涂前准备
进行修复区表面的氧化皮打磨，并电拉毛粗化待修复表面。
4． 3 喷涂
保护好基准面，喷涂镍基合金至涂层加工余量在 0． 5 mm 以上。
4． 4 涂层后加工
先用专用小铣床加工至余量为 0． 1 mm 左右，再由钳工打磨至与基准面的平面度误差小于 0． 03mm，与基准面交接处平滑过渡。
5 现场使用情况
研制的热喷涂 NiMo 合金现场修复技术，已先后在广东大亚湾核电站、梅县电厂、南昌电厂、九江电厂、云浮电厂、深圳妈湾电厂、柳州电厂、广州电厂及珠江电厂等单位获得了应用，并取得了良好效果。
6 结论
配合适当工艺的热喷涂 NiMo 合金现场修复技术很好地解决了发电厂汽缸平面因冲刷腐蚀和变形引起的密封问题，提高了电厂的运行效率，节约了电厂成本，对国家的节能减排具有重要意义。
参考文献略
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