2015年03月25日， 某電廠#2汽輪機組大修工作， 低壓缸揭缸後， 發現低壓轉子末級葉片所鑲嵌的24片司太立合金出現汽蝕、鼓包、斷裂、脫落情況。 為提高低壓轉子末級葉片抗汽蝕能力， 防止葉片斷裂事故發生， 現將低壓轉子末級葉片所鑲嵌的司太立合金損壞原因、防範措施及修復工藝闡述如下：
一、低壓轉子末級葉片司太立合金損壞原因分析：
1、針對該電廠#2汽輪機組大修低壓轉子末級葉片司太立合金損壞問題， 檢查發現低壓轉子末級葉片圍帶汽封出現大面積脫落， 運行中脫落的圍帶汽封與高速旋轉的末級葉片撞擊，
2、汽輪機的所有葉片都是在高溫高壓蒸汽的長期作用下工作的。 葉片是在運動著水蒸氣介質中工作的， 而各級的水蒸氣狀態是不一樣的。 在大多數級中， 葉片是在過熱蒸汽中工作， 而末級葉片是在濕蒸汽中工作的， 由於濕度大及水蒸氣中含有鹽類及氧， 使得後級葉片為一層電解質所包裹， 因而會產生水滴沖刷磨損和電化學腐蝕， 造成末級葉片出汽邊產生鋸齒狀損傷。
二、低壓轉子末級葉片司太立合金損壞防範措施：
1、南汽30萬機組低壓轉子末級葉片圍帶汽封採用凹槽鉚固方式進行固定， 圍帶汽封固定不牢固， 經諮詢南汽廠趙工， 建議生產電廠利用機組大修機會，
2、該電廠#2汽輪機組投產執行時間為兩年半， 低壓轉子末級葉片就出現鋸齒狀水蝕情況， 經查閱DCS歷史曲線， 再熱蒸汽溫度偏低， 是加重末級葉片水蝕的主要原因；運行人員做好再熱蒸汽溫度參數調整， 提高再熱蒸汽溫度， 是降低末級葉片水蝕的重要措施。
三、低壓轉子末級葉片司太立合金修復工藝：
該電廠#2汽輪機低壓轉子末級葉片所鑲嵌的司太立合金損壞後， 為保證大修進度， 車間傳真聯繫南汽， 要求給予出具修復方案並現場給予維修，
1、焊前準備工序：
1.1用扁鏨剔除葉片的釺焊司太立合金片,並打磨原釺焊部位去處釺料(包括脫落司太立合金片的葉片)。
1.2電動砂輪打磨進汽側水蝕區域,使之露出金屬光澤,邊緣部位應圓滑過渡,不得有尖角,儘量去處水蝕痕跡。
1.3用放大鏡檢查焊接區域,若有缺陷,打磨去除缺陷,並用著色探傷確認缺陷已去除乾淨後再進行下道工序。
1.4用丙酮清洗乾淨水蝕區域,去除油、鏽等汙物。
2、焊接：
2.1焊接設備選用ZX7-400STG焊機， 該焊機帶高頻引弧及自動衰減裝置， 氬弧焊設備。
2.2焊接材料選用ER-308 Ф2.4mm焊絲， 因葉片鑲嵌司太立合金位置為出汽邊，
2.3焊接過程：從葉片鑲嵌司太立合金內側至外分道堆焊， 每段焊縫長度不得超過50mm， 採用分段倒退焊。 焊接時要採用多層多道焊， 道間溫度控制在250℃之間， 避免應力集中， 減少變形。
2.4補焊完成後， 根據未損壞的末級葉片製作型線樣板， 根據葉片型線樣板， 對葉片的補焊位置進行打磨修整， 保證葉片型線與設計基本一致， 以免影響機組效率。
3、焊後檢驗：
對所有補焊葉片進行肉眼觀察， 著色、磁粉探傷檢查， 確保無殘留應力裂紋、氣孔、開焊、變形等缺陷。
經查閱北京全四維動力科技有限公司與遼寧技益電力檢修工程有限公司技術協定， 葉片採取以上方案修復後，
在汽輪機低壓轉子末級葉片防水蝕修復工藝中葉片入口表面用司太立6連鑄鑄棒鈷基合金氬弧焊堆焊代替原來的司太立合金片釺焊， 能大大提高葉片的抗水蝕能力。 但該工藝複雜， 難度大， 目前國內還屬於最新工藝， 所以在施焊時必須制定嚴格的工藝並按照操作。
1、焊接性分析
1.1司太立合金片釺焊用來葉片防水蝕修復為上世紀普遍用的焊接修復工藝，由於合金片釺焊，往往會造成釺焊內部結合不良，水蝕會滲過釺焊部位將葉片腐蝕，長期高速運轉會使合金片脫落，嚴重影響機組的安全運行。用司太立6連鑄鑄棒鈷基合金直接堆焊，只要工藝得當則有效的與母材結合，不可能發生脫落，並且各方面性能都大大優於合金片釺焊。但是由於司太立6連鑄鑄棒和葉片母材0Cr17Ni4Cu4Nb，化學成分不同，而且物理性能差別較大，為異類異種鋼焊接，焊接難度較大。
1.2難點分析
1.2.1化學成分的不同，由於母材和熔敷金屬的合金有明顯的差別，熔敷金屬和母材熔化區化學成分的濃度相互稀釋，最終造成焊接堆焊的金相組織不一樣，力學性能也不一樣。焊接時熔合區發生碳擴散現象，脫碳層軟化，降低堆焊部位高溫持久強度，抗腐蝕性能和衝擊韌性。
1.2.2物理性能的差別，使母材和司太立6連鑄鑄棒鈷基合金膨脹係數不同, 司太立6連鑄鑄棒鈷基合金的線膨脹係數比0Cr17Ni4Cu4Nb葉片大，且溫度越高，司太立6連鑄鑄棒鈷基合金線膨脹係數越大，因膨脹係數的不同，會導致冷卻後產生殘餘內應力，產生冷裂紋。
1.3工藝要領
由於330MW機組葉輪直徑大，品質重，厚度較厚，末級葉片長1068mm，因此線速度相對較大，所以要求焊縫晶粒細小，組織均勻，力學物理性能要好，焊接修復後要求殘餘應力和殘餘變形小，能滿足高速旋轉的要求。
所以，用司太立6連鑄鑄棒鈷基合金直接堆焊來說，防止冷裂紋、控制變形和提高衝擊韌性是必須注意的問題。焊接時應嚴格限制其預熱溫度和層間溫度，焊接熱輸入量大，焊縫金屬在高溫（1100℃以上）停留時間長，晶粒長大變脆，致使焊縫韌性降低並且產生變形。
降低焊接熱輸入量，要綜合考慮調節焊接電流和焊接速度兩個參數，不能單純的降低焊接電流。若焊接電流降得過低，由於司太立6連鑄鑄棒鈷基合金焊接性差，熔池的鐵水黏度大，流動性差，易造成未焊透、未熔合等缺陷。焊接電流應控制在保證鐵水拉得開，熔池清晰，熔合良好，在此前提下，提高焊接速度，減少焊層厚度，厚度控制在2.0mm，由於焊縫較長採用分段倒退焊，達到降低焊接線能量又能充分熔合的目的。
1.4工藝分析
0Cr17Ni4Cu4Nb為含Cr量在17%左右的沉澱、硬化、馬氏體不銹鋼，具有高強度、硬度、較好的耐腐蝕性能，經熱處理後，產品的機械性能更加完善，可以達到高達1100-1300Mpa的耐壓強度，葉片母材0Cr17Ni4Cu4Nb鋼的碳當量值為0.07%，大大低於0.4%，焊接性較好，故在葉片受損基材堆焊時，可直接採用冷焊的方式進行。
司太立6連鑄鑄棒在鈷基合金中是使用最廣泛的一種，碳及鎢含量適中，韌性較好。在800℃以下的相當寬的溫度範圍內，具有優良的耐腐蝕、耐高溫、抗衝擊和抗粘著磨損性能。堆層可進行機械加工。根據焊材供應商提供，焊接時一般預熱到250-350℃，堆焊層間溫度為300℃，焊後預熱應立即進行熱處理熱處理溫度不超過680℃。
2、焊接工藝
2.1焊前準備工序
2.1.1用氧-乙炔火焰加熱需返修葉片的釺焊司太立合金片,取下合金片,並打磨原釺焊部位去處釺料(包括脫落司太立合金片的葉片)；
2.1.2電動砂輪打磨進汽側水蝕區域,使之露出金屬光澤,邊緣部位應圓滑過渡,不得有尖角,儘量去處水蝕痕跡；
2.1.3用放大鏡檢查焊接區域,若有缺陷,打磨去除缺陷,並用著色探傷確認缺陷已去除乾淨後再進行下道工序；
2.1.4用丙酮清洗乾淨水蝕區域,去除油、鏽等汙物；
2.2焊接
2.2.1焊接方法的選擇 GTAW
2.2.2焊接設備選用ZX7-400STG焊機，該焊機帶高頻引弧及自動衰減裝置，氬弧焊設備。
2.2.3焊接材料的選擇
受損基材部位選用ER-630，Ф2.4mm焊絲；堆焊部位選用司太立6連鑄鑄棒鈷基合金，Ф3.2mm焊絲。
2.2.4焊前預熱
因葉片位置不能用用履帶包圍進行電加熱,所以用氧-乙炔進行加熱預熱,增加了難度，必須用熟練的風焊工進行操作，邊加熱邊用測溫儀測溫，加熱預熱溫度250-350℃。（條件允許最好電加熱進行加熱）
2.2.5焊接參數
電流75-120A；氬氣流量8-10L/min。
2.2.6焊接順序
從坡口內側至外分道堆焊，每段焊縫長度不得超過50mm，採用分段倒退焊，先用ER-630焊絲焊填充受損基材，然後用司太立6焊絲堆焊水蝕區域表面層，表面層堆焊3-4mm。焊接時要採用小線能量，採用多層多道焊，道間溫度控制在250℃之間，必要時用遠紅外測溫儀進行測溫，多層多焊道應避免應力集中，一葉葉片焊接完成後，焊接下一隻葉片必須間隔45°以上，以分散熱量，減少變形。
2.2.7焊接完成後用矽酸鋁保溫材料包裹緩冷，緩冷至馬氏體轉變溫度以下150℃左右，焊接區域立即用氧-乙炔中性火焰進行回火熱處理，注意必須要均勻升溫，由熟練的風焊工操作，用測溫儀不斷測溫，控制溫度。熱處理溫度為680℃，維持溫度15-20分鐘後用保溫棉包裹緊，緩冷至室溫。熱
處理工藝曲線見圖1。
2.2.8待葉片冷至室溫後按葉片線形打磨補焊區域並拋光。
3、焊後檢驗
3.1對所有葉片都進行了著色探傷和射線探傷檢查，未發現裂紋等超標缺陷，射線拍片評級都在二級以上，品質檢驗結果合格；
3.2硬度測試結果為母材HV209，熔合區HV264，焊縫HV284，都在合格範圍內；
3.3葉片頻率根據規程為85-98Hz，焊前實測為89.3-94.3Hz，焊後實測為88.1-93.1Hz，分散度實測為5.5%，小於規定值8%，亦為合格；
3.4動平衡：轉子在3000r／min轉速下進行高速動平衡，經校正後軸承座振動速度有效值Vrms<1.80mm／s，合格；
3.5金相組織：焊縫為低碳回火索氏體+少量δ鐵素體，晶粒度5級；過熱區為粗大的有位向的回火索氏體，晶界有碳化物析出，晶粒度5級；母材為回火索氏體，熱影響區為1mm。
司太立6連鑄鑄棒鈷基合金直接堆焊替代司太立合金釺焊，大大提高了防水蝕能力，提高機組運行的安全性和經濟性，本文僅作為汽輪機轉子葉片在檢修堆焊修復得以借鑒和參考。
1、焊接性分析
1.1司太立合金片釺焊用來葉片防水蝕修復為上世紀普遍用的焊接修復工藝，由於合金片釺焊，往往會造成釺焊內部結合不良，水蝕會滲過釺焊部位將葉片腐蝕，長期高速運轉會使合金片脫落，嚴重影響機組的安全運行。用司太立6連鑄鑄棒鈷基合金直接堆焊，只要工藝得當則有效的與母材結合，不可能發生脫落，並且各方面性能都大大優於合金片釺焊。但是由於司太立6連鑄鑄棒和葉片母材0Cr17Ni4Cu4Nb，化學成分不同，而且物理性能差別較大，為異類異種鋼焊接，焊接難度較大。
1.2難點分析
1.2.1化學成分的不同，由於母材和熔敷金屬的合金有明顯的差別，熔敷金屬和母材熔化區化學成分的濃度相互稀釋，最終造成焊接堆焊的金相組織不一樣，力學性能也不一樣。焊接時熔合區發生碳擴散現象，脫碳層軟化，降低堆焊部位高溫持久強度，抗腐蝕性能和衝擊韌性。
1.2.2物理性能的差別，使母材和司太立6連鑄鑄棒鈷基合金膨脹係數不同, 司太立6連鑄鑄棒鈷基合金的線膨脹係數比0Cr17Ni4Cu4Nb葉片大，且溫度越高，司太立6連鑄鑄棒鈷基合金線膨脹係數越大，因膨脹係數的不同，會導致冷卻後產生殘餘內應力，產生冷裂紋。
1.3工藝要領
由於330MW機組葉輪直徑大，品質重，厚度較厚，末級葉片長1068mm，因此線速度相對較大，所以要求焊縫晶粒細小，組織均勻，力學物理性能要好，焊接修復後要求殘餘應力和殘餘變形小，能滿足高速旋轉的要求。
所以，用司太立6連鑄鑄棒鈷基合金直接堆焊來說，防止冷裂紋、控制變形和提高衝擊韌性是必須注意的問題。焊接時應嚴格限制其預熱溫度和層間溫度，焊接熱輸入量大，焊縫金屬在高溫（1100℃以上）停留時間長，晶粒長大變脆，致使焊縫韌性降低並且產生變形。
降低焊接熱輸入量，要綜合考慮調節焊接電流和焊接速度兩個參數，不能單純的降低焊接電流。若焊接電流降得過低，由於司太立6連鑄鑄棒鈷基合金焊接性差，熔池的鐵水黏度大，流動性差，易造成未焊透、未熔合等缺陷。焊接電流應控制在保證鐵水拉得開，熔池清晰，熔合良好，在此前提下，提高焊接速度，減少焊層厚度，厚度控制在2.0mm，由於焊縫較長採用分段倒退焊，達到降低焊接線能量又能充分熔合的目的。
1.4工藝分析
0Cr17Ni4Cu4Nb為含Cr量在17%左右的沉澱、硬化、馬氏體不銹鋼，具有高強度、硬度、較好的耐腐蝕性能，經熱處理後，產品的機械性能更加完善，可以達到高達1100-1300Mpa的耐壓強度，葉片母材0Cr17Ni4Cu4Nb鋼的碳當量值為0.07%，大大低於0.4%，焊接性較好，故在葉片受損基材堆焊時，可直接採用冷焊的方式進行。
司太立6連鑄鑄棒在鈷基合金中是使用最廣泛的一種，碳及鎢含量適中，韌性較好。在800℃以下的相當寬的溫度範圍內，具有優良的耐腐蝕、耐高溫、抗衝擊和抗粘著磨損性能。堆層可進行機械加工。根據焊材供應商提供，焊接時一般預熱到250-350℃，堆焊層間溫度為300℃，焊後預熱應立即進行熱處理熱處理溫度不超過680℃。
2、焊接工藝
2.1焊前準備工序
2.1.1用氧-乙炔火焰加熱需返修葉片的釺焊司太立合金片,取下合金片,並打磨原釺焊部位去處釺料(包括脫落司太立合金片的葉片)；
2.1.2電動砂輪打磨進汽側水蝕區域,使之露出金屬光澤,邊緣部位應圓滑過渡,不得有尖角,儘量去處水蝕痕跡；
2.1.3用放大鏡檢查焊接區域,若有缺陷,打磨去除缺陷,並用著色探傷確認缺陷已去除乾淨後再進行下道工序；
2.1.4用丙酮清洗乾淨水蝕區域,去除油、鏽等汙物；
2.2焊接
2.2.1焊接方法的選擇 GTAW
2.2.2焊接設備選用ZX7-400STG焊機，該焊機帶高頻引弧及自動衰減裝置，氬弧焊設備。
2.2.3焊接材料的選擇
受損基材部位選用ER-630，Ф2.4mm焊絲；堆焊部位選用司太立6連鑄鑄棒鈷基合金，Ф3.2mm焊絲。
2.2.4焊前預熱
因葉片位置不能用用履帶包圍進行電加熱,所以用氧-乙炔進行加熱預熱,增加了難度，必須用熟練的風焊工進行操作，邊加熱邊用測溫儀測溫，加熱預熱溫度250-350℃。（條件允許最好電加熱進行加熱）
2.2.5焊接參數
電流75-120A；氬氣流量8-10L/min。
2.2.6焊接順序
從坡口內側至外分道堆焊，每段焊縫長度不得超過50mm，採用分段倒退焊，先用ER-630焊絲焊填充受損基材，然後用司太立6焊絲堆焊水蝕區域表面層，表面層堆焊3-4mm。焊接時要採用小線能量，採用多層多道焊，道間溫度控制在250℃之間，必要時用遠紅外測溫儀進行測溫，多層多焊道應避免應力集中，一葉葉片焊接完成後，焊接下一隻葉片必須間隔45°以上，以分散熱量，減少變形。
2.2.7焊接完成後用矽酸鋁保溫材料包裹緩冷，緩冷至馬氏體轉變溫度以下150℃左右，焊接區域立即用氧-乙炔中性火焰進行回火熱處理，注意必須要均勻升溫，由熟練的風焊工操作，用測溫儀不斷測溫，控制溫度。熱處理溫度為680℃，維持溫度15-20分鐘後用保溫棉包裹緊，緩冷至室溫。熱
處理工藝曲線見圖1。
2.2.8待葉片冷至室溫後按葉片線形打磨補焊區域並拋光。
3、焊後檢驗
3.1對所有葉片都進行了著色探傷和射線探傷檢查，未發現裂紋等超標缺陷，射線拍片評級都在二級以上，品質檢驗結果合格；
3.2硬度測試結果為母材HV209，熔合區HV264，焊縫HV284，都在合格範圍內；
3.3葉片頻率根據規程為85-98Hz，焊前實測為89.3-94.3Hz，焊後實測為88.1-93.1Hz，分散度實測為5.5%，小於規定值8%，亦為合格；
3.4動平衡：轉子在3000r／min轉速下進行高速動平衡，經校正後軸承座振動速度有效值Vrms<1.80mm／s，合格；
3.5金相組織：焊縫為低碳回火索氏體+少量δ鐵素體，晶粒度5級；過熱區為粗大的有位向的回火索氏體，晶界有碳化物析出，晶粒度5級；母材為回火索氏體，熱影響區為1mm。
司太立6連鑄鑄棒鈷基合金直接堆焊替代司太立合金釺焊，大大提高了防水蝕能力，提高機組運行的安全性和經濟性，本文僅作為汽輪機轉子葉片在檢修堆焊修復得以借鑒和參考。