Технология восстановления и упрочнения штоков и шпинделей арматуры
Надежная работа тепловых электрических станций в значительной степени зависит от надежности и долговечности устанавливаемой на них многочисленной пароводяной арматуры. В месте с тем существующие методы изготовления и восстановления штоков и шпинделей арматуры не всегда отвечают возросшим требованиям к коррозионной стойкости этих деталей в зоне контакта с сальниковой набивкой.
Кафедрой технологии конструкционных материалов Новополоцкого политехнического института совместно с Новополоцкой ТЭЦ разработана технология газопламенной наплавки цилиндрических деталей пароводяной арматуры самофлюсующимися твердыми сплавами. Эти сплавы предназначены для наплавки уплотнительных поверхностей деталей арматуры, работающих при температуре до 600 °С. На ЧЗЭМ уже освоена плазменная наплавка ряда деталей затворов энергетической арматуры такими сплавами [5]. Для осуществления газопламенной наплавки не требуется сложного специального оборудования. Сравнительно низкая температура плавления сплавов типа ПГ-СР (1020... 1150°С) позволяет наплавлять порошковый сплав с помощью широко распространенной в промышленности ацетилено-кислородной горелки типа ГС-3.
Высокая износо и коррозионная стойкость наплавленного материала и возможность получения поверхностного слоя с твердостью Н%С 35 ... 60 в зависимости от применяемого наплавочного материала (ПГ-СР2, ПГ-СРЗ, ПГ-СР4) позволяет получать на рабочей поверхности детали защитные покрытия толщиной 0,5 ... 1,5 мм. Получение более толстых покрытий на деталях при защите от коррозии возможно, но нецелесообразно с экономической точки зрения и должно рассматриваться применительно к каждой конкретной детали. Высокие защитные свойства получаемых покрытий дают возможность использовать для вновь изготовляемых деталей арматуры низкоуглеродистую конструкционную сталь.
Технологический процесс получения упрочненной детали состоит из следующих основных этапов: механической обработки изношенной или изготовления новой детали; обезжиривания наплавляемой поверхности четыреххлористым углеродом или ацетоном; газопламенной наплавки боковой цилиндрической поверхности самофлюсующимся сплавом на никелевой основе (ПГ-СР2, ПГ-СРЗ, ПГ-СР4, ГОСТ 21448—75); охлаждения наплавленной детали; окончательной механической обработки наплавленной поверхности.
При восстановлении деталей, непригодных для дальнейшей эксплуатации вследствие износа или коррозионного повреждения, восстанавливаемая поверхность протачивается на размер наплавляемого слоя. При наличии на поверхности детали после проточки следов язвенной коррозии последние удаляются любым доступным способом (с помощью шлифовального круга, напильника и т.п.). Шток вентиля Оу20 после такой обработки показан на рис. 1, а.
После химического обезжиривания деталь устанавливается в центрах установки УГН-04, разработанной для газопламенной наплавки цилиндрических деталей, и приводится во вращение. Частота вращения изменяется в пределах 0,7 ... 1,0 с-1 (40 ... 60 об/мин) в зависимости от диаметра наплавляемой детали (10 ... 60 мм), номера наконечника газовой горелки (№ 4— 6), толщины наносимого слоя (0,5 ... 3 мм). Вращающаяся деталь нагревается ацетилено-кислородным пламенем до 800... 900 °С с помощью горелки, расположенной сбоку на расстоянии 5 ... 15 мм от наплавляемой поверхности. В нагретую зону детали сверху из питателя подается порошковый сплав. Расход порошка при наплавке обычно составляет 2 ... 5 кг/ч.
При нанесении порошкового сплава горелка совершает колебательные движения (от подогреваемого металла к нанесенному слою и обратно) с периодом 1 ... 4 с. Слой при этом частично оплавляется. Это способствует уменьшению пористости получаемого покрытия, которая обычно составляет 2 ... 18 %. Наблюдаемая пористость не оказывает отрицательного влияния на работоспособность восстановленных штоков и шпинделей, так как поры разобщены и их размеры значительно меньше толщины наплавленного слоя; это подтвердили и промышленные испытания.
Вслед за перемещающейся горелкой наносится порошковый материал на всю наплавляемую поверхность. После нанесения порошкового сплава слой оплавляется пламенем горелки. Нанесение защитного покрытия производится правым способом обычно за один проход. При необходимости нанесение порошка и его оплавление можно осуществлять повторно. Производительность процесса наплавки составляет 40 ... 70, 20 ... 35 и 8 ... 12 шт/ч соответственно для штоков вентилей Оу 10, Оу 20 и Оу 50. Деталь после наплавки показана на рис. 1, б.
После оплавления деталь помещается в контейнер, заполненный сухим песком или асбестовой крошкой, для постепенного охлаждения. Механическая обработка наплавленной детали производится на кругло-шлифовальном станке.
Для обработки используются круги из карбида кремния зернистостью 40 ... 25, твердостью СМ2 (ГОСТ 2424—67).
Типичная микроструктура наплавленного слоя, в которой четко дифференцированы карбидная, боридная фазы и твердый раствор на основе никеля, приведена на рис. 2.
Данный способ восстановления, внедренный впервые на Новополоцкой ТЭЦ, позволил вернуть в эксплуатацию все детали пароводяной арматуры (более 10 ООО единиц), ранее заменяемые вследствие коррозионного повреждения уплотнительных поверхностей.
Разработанная технология применима также для восстановления и упрочнения рабочих поверхностей валов, плунжеров, защитных гильз центробежных насосов и других аналогичных деталей и их защиты от износа и коррозии.
Промышленные испытания, проводившиеся на Новополоцкой ТЭЦ, показали, что после 5 лет эксплуатации коррозионный и механический износ наплавленных поверхностей отсутствует.
В настоящее время этот способ уже внедрен на ряде электростанций страны, в том числе и на Лукомльской ГРЭС. Он отличается высокой производительностью и экономичностью. Для наплавки штока вентиля 20 стоимостью 2 р. 45 к. требуется затратить 2 мин и израсходовать 50 г порошкового сплава стоимостью
Рис. 2. Типичная микроструктура сплава ПГ-СР2, наплавленного на сталь 25Х1МФА (электролитическое травление 17 с в 8 %-ном водном растворе щавелевой кислоты) 6 р. 50 к. за 1 кг. Экономический эффект от применения данной технологии только для восстановления деталей пароводяной арматуры высоких и сверхвысоких параметров на Лукомльской ГРЭС превышает 100 тыс. руб.