Báo cáo: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ phun phủ nhiệt khí để tạo bề mặt có độ chịu mài mìn và bá dính cao phục hồi các chi tiết máy có chế độ làm việc khắc nghiệt pdf

bộ công nghiệp viện nghiên cứu khí báo cáo tổng kết đề tài KHCN cấp nhà nớc m số kc 05.10 nghiên cứu ứng dụng công nghệ phun phủ nhiệt khí để tạo bề mặt có độ chịu mài mòn bám dính cao phục hồi chi tiết máy có chế độ làm việc khắc nghiệt chủ nhiệm đề tài: KS uông sỹ áp 5848 31/5/2006 hà nội 2006 tóm tắt Mục đích đề tài nghiên cứu ứng dụng thành tựu tiên tiến giới công nghệ phun nhiệt, để xác lập quy trình công nghệ tạo lớp bề mặt có độ bám dính, độ chịu mài mòn chịu nhiệt độ cao nhằm phục hồi chi tiết làm việc điều kiện khắc nghiệt, đặc biệt chi tiết tuabin khí Ph-ơng pháp nghiên cứu: kết hợp lý thuyết thực nghiệm Đối t-ợng nghiên cứu công nghệ phun plasma áp dụng vào việc phục hồi chi tiết tuabin khí bị hhỏng d-ới dạng bong tróc lớp phủ, điển hình cánh tuabin, ống vòi voi v.v Bản báo cáo gồm ch-ơng, 39 hình vẽ, 21 bảng biểu phụ lục phụ biểu kèm theo Trên sở nghiên cứu tổng quan thành tựu khoa học công nghệ phun giới ( thông qua tài liệu sách báo, tạp chí, patents ) khảo sát tình hình thực tế nhiều nhà máy nhiệt điện phía Nam, nhóm đề tài đà xác định nhiệm vụ công tác nghiên cứu xác định chế độ phun tối -u máy phun hồ quang plasma để phục håi thÝ ®iĨm  chi tiÕt ( cïng loại ) đảm bảo tính chất lớp phủ làm việc điều kiện khắc nghiệt tuabin khí Lý thuyết trình tạo hạt hình thành lớp phủ, ph-ơng pháp tính toán thông số kỹ thuật phun, tính chất cơ, lý, hoá lớp phun, sù chän vËt liƯu phun cđa c¸c líp ( trung gian, phủ ), công nghệ chuẩn bị bề mặt, kỹ thuật phun đà đ-ợc nghiên cứu làm sở cho công tác thực nghiệm Ba đợt thí nghiệm đà đ-ợc tiến hành để xác định chế độ phun tối -u Mỗi đợt gồm lô, lô mẫu tiêu chuẩn Các tiêu để đánh giá độ bám dính, độ cứng độ xốp lớp trung gian Trên sở kết nghiên cứu lý thuyết thí nghiệm, công nghệ phục hồi ống vòi voi đà đựơc xác lập, 02 ống vòi voi đà đ-ợc phục hồi thí điểm có kết khả quan Kết luận: Đề tài đà h-ớng, chọn đ-ợc ph-ơng pháp phun hợp lý đối t-ợng nghiên cứu - chi tiết cần phục hồi, vừa mang tính xúc, yêu cầu kỹ thuật cao vừa phù hợp với xu nghiên cứu phát triển n-ớc tiên tiến giới Quá trình nghiên cứu đà kết hợp chặt chẽ với sở sản xuất, tham quan công nghệ thành tựu khoa học n-ớc ngoài, thu thập đ-ợc nhiều tài liệu khoa học kỹ thuật quý giá liên quan đến đề tài, kể vật liệu cần thiết cho công tác thí nghiệm Sự tổng hợp đầy đủ tài liệu, patents, lý thuyết trình phun giúp đ-a đ-ợc kế hoạch thí nghiệm bản, kết thí nghiệm tin cậy Tuy có chậm so với tiến độ đề ra, nh-ng đề tài đà thực đầy đủ kết nhiệm vụ quy định Các sản phẩm thu đ-ợc đề tài bao gồm hai quy trình công nghệ, thiết bị đồ gá hai sản phẩm phục hồi đà đ-ợc nghiệm thu đánh giá đạt yêu cầu Các tiêu lớp phun bề mặt chi tiÕt phơc håi ( èng vßi voi ) nh- sau: - Độ bám dính với kim loại 378 kG/ cm2 - §é xèp Líp trung gian2% - §é cứng lớp phủ RC15N 75 Sản phẩm đ-ợc lắp đặt thử nghiệm thời gian tới Quá trình công nghệ phun phục hồi ống vòi voi đ-ợc tiến hành theo ba công đoạn: Chuẩn bị, phun phủ kiểm tra Công đoạn chuẩn bị bao gồm việc làm chi tiết ph-ơng pháp học, kiểm tra xử lý nền, tẩy rửa hoá học, tạo nhám bề mặt ph-ơng pháp phun bột oxit nhôm cỡ hạt G24 Công đoạn phun phủ đ-ợc thực máy phun plasma SG 100 đồ gá tĩnh động, chế độ phun nh- sau: a Phun lớp trung gian ( líp liªn kÕt ) víi bét Ni-164-2: + Điện áp phun, Up 40 V + C-ờng độ dòng điện, Ip 800A + Vận tốc di chuyển súng phun, Vp 10mm/ giây + Khoảng cách phun, lp 76 ữ 102 mm + Năng suất cấp bột, mb 23 ữ 30 g/ ph + ¸p suÊt khÝ argon, Par 50 Psi + ¸p suÊt khÝ heli, PHe……………… 110 Psi + áp suất khí argon ( khí tải bột ), PAr 30 ữ 35 Psi + Góc phun, độ 75 ữ 900 + Nhiệt độ đốt nóng sơ bé, 0C……….…120 ÷ 1600C b Phun líp phđ víi bét ZRO -182: + Điện áp phun, UP 40V + C-ờng độ dòng điện, IP 450A + VËn tèc di chun sóng phun, VP…….10 mm/ gi©y + Khoảng cách phun, lP 76 ữ 102 mm + Năng suất cấp bột, mb 38 ữ 53 g/ phút + ¸p suÊt khÝ argon, PAr……………… 40 Psi + ¸p suÊt khÝ hydro, PH2…………… 10/ 15 Psi + ¸p suÊt khÝ argon( khÝ t¶i bét ), PAr… 30/ 35 Psi + Góc phun, độ75 ữ 90 + Nhiệt độ đốt nóng sơ bộ, 0C.120 ữ 1600C Công đoạn kiểm tra đ-ợc tiến hành trình phục hồi bao gồm kiểm tra chất l-ợng bề mặt tr-ớc, sau phun, kiĨm tra chiỊu dµy líp phun Các kết nghiên cứu dừng lại phạm vi phòng thí nghiệm nh-ng qua kiểm tra chất l-ợng quan khoa học ( Viện Công Nghệ Bộ Công nghiệp, Trung tâm kỹ thuật 1- Tổng cục Tiêu chuẩn Đo l-ờng Chất l-ợng, Tr-ờng Đại học Bách Khoa Hà nội), lớp phun chịu nhiệt đáp ứng đ-ợc yêu cầu làm việc chi tiết tuabin khí ( ống vòi voi, đế cánh cánh tĩnh vv.) Sự phục hồi chi tiết nói mang lại hiệu kinh tế to lớn chủ động sản xuất nhà máy nhiệt điện sử dụng loại máy Lần Việt Nam công nghệ mới, đại đà đ-ợc tiến hành nghiên cứu, công nghệ phun phủ nhiệt hồ quang plasma với thiết bị đại vật liệu Nó đà giúp nâng cao trình độ hiểu biết khoa học kỹ thuật ph-ơng pháp nghiên cứu khoa học kỹ thuật cho nhiều cán bộ, đặc biệt cán trẻ Trong qúa trình hội nhập khu vực giới, xu đ-a khoa học công nghệ vào đời sống xà hội đ-ợc phát triển mạnh mẽ, nhiều đơn vị nghiên cứu, sản xuất lĩnh vực khí chế tạo máy tự động hoá đặc biệt số trung tâm sửa chữa tổng Công ty Điện lực Việt Nam, Tổng cục hàng không - Bộ Quốc phòng v.v đẩy mạnh việc tăng c-ờng trang thiết bị phun phủ đại tiếp cận nhập công nghệ tiên tiến, kết nghiên cứu đề tài quy trình công nghệ đà xác lập góp phần tích cực với tính thực tiễn cao đẩy nhanh lộ trình ứng dụng công nghệ phun phđ nhiƯt phơc håi c¸c chi tiÕt m¸y cã chế độ làm việc khắc nghiệt tạo nên b-ớc phát triển lĩnh vực ứng dụng công nghệ tiên tiến nói riêng ngành khí chế tạo máy nói chung Mục lục Bài tóm tắt Bảng giải Lời mở đầu Ch-ơng Tổng quan 1.1 Tình trạng h- hỏng tuabin nhiệt qua khảo sát 1.2 Tình hình nghiên cứu n-ớc 1.3 Các độc quyền sáng chế ( patents) 1.4 Tình hình nghiên cứu n-ớc 1.5 Về lớp phun chịu nhiệt độ cao Trang 9 12 17 21 23 Ch-ơng Chọn ph-ơng pháp đối t-ợng nghiên cứu 2.1 Chọn ph-ơng pháp phun để nghiên cứu 2.2 Nhiệm vụ nghiên cứu đề tài 28 28 32 Ch-ơng lý thuyết trình phun phủ nhiệt 3.1 Khái niệm chung 3.2 Cơ chế hình thành líp phun 3.3 C¸c tÝnh chÊt cđa líp phđ 3.4 Ph-ơng pháp thử tính chất lớp phun 33 33 35 38 48 Ch-¬ng thÝ nghiƯm phun phđ nhiƯt 4.1 Quy hoạch thí nghiệm 4.2 Những hiểu biết ống vòi voi 4.3 Các lớp phủ chịu nhiệt ống vòi voi 4.4 Lập quy trình thí nghiệm 4.5 Mô tả thí nghiệm 4.6 Kết thí nghiệm 4.7 Phục hồi thử nghiệm ống vòi voi 4.8 Phân tích đánh giá kết thí nghiệm 52 52 52 53 55 58 61 78 87 Ch-ơng xác lập Quy trình công nghệ phục hồi chi tiết Máy có chế độ làm việc khắc nghiệt Công nghệ phun phđ nhiƯt 91 5.1 Ph©n tÝch lùa chän kÕt thí nghiệm 91 5.2 Quy trình công nghệ phun phủ phục hồi chi tiết máycó chế làm việc khắc nghiệt 91 5.3 Quy trình công nghệ phun plasma phục hồi ống vòi voi 94 Ch-ơng tổng quát hoá đánh giá kết thu đ-ợc Kết luận kiến nghị Lời cảm ơn Tài liệu tham khảo 101 106 109 110 B¶ng chó gi¶i TBK - Tuabin khí m - Khối l-ợng phần tử phun (4-1) PPN v C t1 t2 S t E Up IP VP lP mb PAr PHe PH2 PArb bd - Phun phủ nhiệt - Tốc độ phần tử va ®Ëp ( 4-2 ) - Tû nhiƯt ( 4-2 ) - Nhiệt độ phần tử va đập ( 4-2 ) - Nhiệt độ chảy phần tử ( 4-2 ) - Èn nhiÖt ( 4-2 ) - HƯ sè d·n në nhiƯt cđa kim lo¹i phđ ( 4-13 ) - Modun đàn hồi ( 4-13 ) - Điện áp phun - C-ờng độ dòng điện phun - Tốc độ di chuyển súng phun - Khoảng cách phun - Năng suất cấp bột - áp suất khí argon - ¸p suÊt khÝ heli - ¸p suÊt khÝ hydro - áp suất khí argon tải bột - Độ bám dính lớp phủ Lời mở đầu Những kết nghiên cứu phun phủ hồ quang khí ®èt mÊy thËp niªn ci cđa thÕ kû tr-íc, vài sở nghiên cứu sản xuất ( nh- Viện Khoa học Công nghệ GTVT, Viện nghiên cứu Cơ khí, Nhà máy Cơ khí Cẩm Phả ) ®-ỵc øng dơng ®Ĩ phơc håi mét sè chi tiÕt máy mài mòn làm việc điều kiện đ-ợc bôi trơn va đập nh- trục cam, trục khuỷu, trục bơm thuỷ lợi Những kết đ-ợc ứng dụng để bảo vệ chi tiết làm việc môi tr-ờng xâm thực n-ớc mặn ( nh- giàn khoan ) n-ớc lợ ( nh- cánh cửa đập n-ớc ).v.v Những chi tiết làm việc điều kiện khắc nghiệt phải có bề mặt đ-ợc bảo vệ lớp phun phủ có độ bám cao, độ bền mòn cao Những ph-ơng pháp phun truyền thống ( phun hå quang d©y, phun ngän lưa oxy - acetylen ) tạo đ-ợc lớp phun có tính chất đặc biệt nh- Phải có ph-ơng pháp phun phủ đặc biệt để tạo đ-ợc lớp phun có tính chất đặc biệt Đề tài KC.05.10 đ-ợc tiến hành nghiên cứu nhằm mục đích Để đạt đ-ợc mục đích nêu nhiệm vụ Đề tài đ-ợc khái quát nh- sau: Nghiên cứu tổng quan để nắm đ-ợc nhu cầu thực tế Việt Nam, chọn đối t-ợng nghiên cứu ph-ơng pháp nghiên cứu ( ph-ơng pháp phun phủ ) Nghiên cứu lý thuyết trình phun phủ đ-ợc lựa chọn nhằm xác lập sơ quy trình công nghệ phun phủ Thí nghiệm chọn chế độ phun phủ thí nghiệm xác định tính chất lớp phun trên, sở chuẩn xác công nghệ phun phủ phục hồi chi tiết làm việc điều kiện khắc nghiệt Phun phục hồi thư nghiƯm 1- chi tiÕt nh»m øng dơng c¸c kết nghiên cứu Ch-ơng Tổng quan 1.1 Tình trạng h- hỏng tuabin nhiệt qua khảo sát 1.1.1 Công việc khảo sát thực tế đà đ-ợc tiến hành nhà máy nhiệt điện (phụ lục 1) Kết khảo sát tuabin GT13E2 cho thấy: Cánh động tầng ( Hình 1-1) - Toàn cánh động tầng bị nứt, rạn phần thân đuôi cánh, nơi áp - Tại lỗ dẫn khí làm mát, toàn cánh động tầng bị nứt rạn - lực dòng môi chất tác dụng vào lớn Hầu hết cánh động tầng có t-ợng bị nhiệt ( biến mầu ) Toàn cánh động tầng bị bong tróc lớp phủ chịu nhiệt ( 60% 80%) Cánh tĩnh tầng ( hình 1-2 ) - Toàn 63 cánh có t-ợng bị nhiệt vùng thân cánh với kích - Có 58 cánh bị bong tróc lớp phđ víi kÝch th-íc tõ x ( 30  50 ) mm th-ớc 35 x 100 mm Cánh động tầng - Có t-ợng nhiệt vùng đuôi cánh với kích th-ớc 20 x 40 mm, - Bong tróc lớp phủ thân cánh vùng chân cánh khoảng 30 x 50 mm Cánh tĩnh tầng - Hiện t-ợng bị ăn mòn hóa học nhiệt đỉnh cánh ( 1015 mm ) - Cánh số 27 bị bong tróc lớp phủ thân cánh ( khoảng mm ) - Cánh số 16 bị tróc lớp phủ ( 50 mm ) thân cánh Cánh số 25 bị nhiệt vùng đỉnh cánh Cánh số 24 bị nhiệt đuôi cánh Cánh động tầng - Bị qúa nhiệt vùng đỉnh cánh Bong tróc lớp phủ vùng thân cánh ( khoảng 50% ) Cánh tĩnh tầng - Toàn 63 cánh tĩnh tầng bị nhiệt đuôi cánh bị bong tróc lớp - Toàn phần đỉnh cánh bị bong tróc lớp phủ nhiệt phủ - Tại phần thân cánh bị nứt tế vi bong tróc lớp phủ ( khoảng 40% đến 60%) bề mặt Cánh động tầng - Tại bề mặt chịu tác động trực tiếp áp lực dòng môi chất bị nhiệt - Toàn bề mặt bị bong tróc lớp phủ ( khoảng 50% ) - Có t-ợng bị ăn mòn hóa học đuôi cánh Cánh tĩnh tầng - Toàn 63 cánh bị bong tróc lớp phủ bề mặt chịu tác động trực tiếp - Tại đỉnh cánh bị bong tróc lớp phủ ăn mòn hóa học ( khoảng 40 đến 60 - áp lực dòng m«i chÊt víi kÝch th-íc 200 x 20 mm mm ) Tại phần đuôi cánh, nơi chịu tác động áp lực dòng môi chất bị mòn lớp phủ ( khoảng 50 mm2 ) Cánh động tầng - Tại vùng thân cánh đuôi cánh bị bong tróc lớp phủ - Tại vùng đỉnh cánh bị ăn mòn hóa học suốt chiều rộng phần đỉnh Cánh tĩnh tầng - Các cánh số 43, 60, 61 bị ăn mòn hóa học ( khoảng x mm ) Toàn 63 cánh bị bong tróc lớp phủ vùng thân cánh nửa phần đuôi cánh Toàn cánh bị bám bẩn Các ống vòi voi ( transition pieces ) Các ống vòi voi có nhiệm vụ dẫn luồng khí nóng vào buồng tuabin, chịu tác dơng rÊt lín cđa ngn nhiƯt khÝ ®èt Sau mét thời gian làm việc có t-ợng bong tróc lớp phủ chịu nhiệt nứt thành ống 10 Hình 1.1: Cánh động tuabin khí bị h- hỏng Hình 1-2: Cánh tÜnh tuabin khÝ bÞ bong trãc líp phđ 11 (1) (A) (C) (L) (D) (B) (2) Hình 5.5: Bề mặt cần phục hồi ống vòi voi ( Transition Piece ) A- mặt trên; B- mặt d-ới; C- mặt trái; D- mặt phải; L- chiều sâu 1- tai định vị trên; 2- tai định vị d-ới Quy trình công nghệ phun plasma phơc håi èng vßi voi ( Transition piece ) Tên công TT đoạn b-ớc (1) (2) Thiết bị, dụng cụ Điều kiện, chế độ thực Ghi (3) (4) (5) Cắt tai định vị gioăng -Máy cắt đĩa cầm tay Làm 2.1 Tẩy 2.2 Kiểm tra - Chổi thép - Máy mài tay - Giấy ráp - Dụng cụ cà, cạo - Kính lúp 10x - D-ỡng chuyên dùng 2.3 Làm Thùng sắt kích hoá chất th-ớc dài x rộng x cao 600x500x500 mm - Có n-ớc làm lạnh - Mặt cắt phải vuông góc với mặt đứng - Tẩy hết lớp phủ cũ mặt A,B,C,D, chiều dài L ( hình 5-5 ) - Kiểm tra mắt th-ờng kính lúp 10x Yêu cầu bề mặt hết lớp phun cũ, không đ-ợc gồ gề sâu lõm Hỗn hợp dung dịch: NaOH nồng độ 20g/l -Na2CO3 nồng độ 50g/l Na2Sio3 nồng độ 5g/l 98 Tạo nhám 3.1 Phun hạt oxit nhôm 3.2 Kiểm tra Na3Po4 nồng độ 50g.l Nhiệt độ dung dịch 801000C thời gian ngâm 24 h Rửa n-ớc là - Sấy không khí nóng 400C - Máy phun ID nozzley ( Thuỵ Điển) - Đồ gá phun - Bột oxit nhôm cỡ hạt G24 - Chế độ: áp suất khí nén kG/cm2 khoảng cách phun 80 100 mm, góc phun 75 900 Kính lúp, thiết bị đo độ nhấp nhô, Kiểm tra theo ph-ơng pháp so sánh bề mặt chi tiÕt víi mÉu chn ( mÉu ®· ®o ®é nhÊp nhô ) - Yêu cầu: toàn bề mặt ( A, B, C, D ) x L phải sáng có mầu ánh kim, độ nhấp nhô 18 22 m; không lớp phun cũ Nếu phải quay lại b-ớc 3.1 Sau tạo nhám xong tiến hành phun phủ không Phun lớp trung gian 4.1 Gá ống - Đồ gá quay vòi voi thiết bị để cố đồ gá quay định ồng vòi voi 4.2 Đo chiều dày mặt Panme đo ngoài, độ xác 0,01 mm 4.3 Đốt nóng sơ Súng phun SG100 kéo dài với hå quang plasma - Sóng ®o nhiƯt ®é 800047 ( Trung Quèc ) 4.4 Phun - HÖ thèng phun plasma Model3710 súng phun kéo dài SG100 - Đồ gá quay - Panme đo độ xác 0,01 mm - Đánh dấu 16 20 điểm đo bố trí theo vành bao ống vòi voi - Đo ghi số liệu đo theo thứ tự điểm đánh dấu - Đốt nóng ống vòi voi đồ gá quay súng phun SG100 kéo dài với hồ quang plasma Khí tạo plasma argon áp suất 2,5 kG/cm2, tốc độ quay 23 vòng /phút, nhiệt độ đốt nãng s¬ bé 1001500C VËt liƯu phun bét Ni-164-2 ChÕ ®é phun:  UP: 40 V  IP: 800A  VP:10 mm/ giây - Quay chi tiết theo tứng mặt A,B,C, D để phun, l-ợt 99 phun dày 0,10,2 - Th-ớc dài 500 mm độ xác 0,02 - Sóng ®o nhiƯt ®é 800047 (TQ)  lP:76  102 mm  mb:23  30 g/ph  PAr:50 Psi  PHe:110 Psi  PAr: 3035Psi (khÝ t¶i bét )  Góc phun 75900 4.5 Kiểm tra - Đo chiều dày tất Panme đo độ điểm đà đánh dấu xác 0,01mm - Độ dày cho phép l¬p KÝnh lóp 10x phun 0,250,35 mm Phun phđ - HƯ thèng phun plasma Model3710 vµ sóng phun SG100 kéo dài - Đồ gá quay - Panme đo độ xác 0,01 mm - Th-ớc cặp 500 mm ®é chÝnh x¸c 0,02 - Sóng ®o nhiƯt ®é 800047 (TQ) Kiểm tra mm, tiếp tục đạt đ-ợc chiều dày cần thiết (0,10,15 mm ) - ChiỊu dµi líp phun 220±2 mm, chiỊu dµi chun tiÕp tõ líp phun ®Õn nỊn 20±2 mm - VËt liƯu phun bét ZRO182 - ChÕ ®é phun:  UP:40 V  IP: 450 A  VP: 10 mm/ gi©y  lP:76  102 mm  mb: 3853 g/phót  PAr: 40 Psi  PH2: 10/15 Psi - Phun sau phun xong líp trung gian  PArb: 30/35Psi (khÝ t¶i bét )  Gãc phun: 75 900C - Chiều dày lớp phun 0,250,35 mm, L=2202mm, - Panme đo độ xác 0,01 mm - Th-ớc dài 500 mm - Thiết bị đo độ nhấp nhô - Đo chiều dày lớp phun tất điểm đà đánh dấu - Chiều dày trung bình cộng hai lớp ( líp trung gian vµ líp phđ ) lµ 0,35 0,50 mm - Đo độ nhấp nhô 2030 - ChiỊu dµi phun 220±2 mm - ChiỊu dµi chun tiÕp từ lớp phun đến 100 Tháo lắp 7.1 Tháo 7.2 Lắp điểm bề mặt A, B, C, D Độ nhấp nhô cho phép 400600 Ra Clê, mỏ lết Clê, mỏ lết Hàn tai Kiểm tra 10 Mài nắn tai 11 Bảo quản 10.1 Mài tai 10.2 Nắn tai 11.1 Tháo 11.2 Bao gói 202mm Tháo chi tiết khỏi đồ gá quay Lắp chi tiết đồ gá cố định Hàn theo vị trí đà quy định - Máy hàn TIG - Que hàn SS309 - D-ỡng định vị - Chụp ảnh xạ - Kính lúp x10 - Mối hàn phải ngấu đều, không nứt, rỗ, ngậm xỉ Máy mài tay Kẹp nắn theo d-ỡng định vị Mài phẳng mối hàn Nắn thẳng tai theo vị trí ban đầu - Clê, mỏ lết Thùng gỗ, xốp Tháo ống vòi voi khỏi đồ gá Bao gói đóng thùng 101 Ch-ơng tổng quát hoá đánh giá kết thu đ-ợc 1) Mặc dù Đề tài rộng bao gåm nhiỊu néi dung phong phó, nhãm thùc hiƯn đề tài đà xác định đ-ợc h-ớng đắn thể giới hạn phạm vi nghiên cứu Đề tài chọn ph-ơng pháp công nghệ tiên tiến phù hợp với đối t-ợng nghiên cứu Đó nhờ kết trình khảo sát thực tế nhiều nhà máy nhiệt điện, điều tra tỉ mỉ điều kiện làm việc nguyên nhân làm h- hỏng chi tiết tuabin khí, nghiên cứu tổng hợp nhiều tài liệu chuyên ngành phun nhiệt, phân tích đầy đủ tình hình n-ớc n-ớc 2) Những lý thuyết trình phun nhiệt đà đ-ợc tổng hợp Nhờ vậy, ng-ời thực Đề tài đà hiểu thấu đ-ợc chế hình thành lớp phủ, chất trình lý hoá xẩy phun, ph-ơng pháp tính toán điều chỉnh chế độ phun làm sở cho trình thí nghiệm sớm có kết 3) Quá trình thí nghiệm đ-ợc tiến hành nghiêm túc, công phu qua nhiều năm với nhiều giai đoạn, giai đoạn đ-ợc tiến hành theo nhiều lô với nhiều mẫu lô, thiết bị thí nghiệm mới, đại, vật liệu chuẩn tất nói lên tính xác độ tin cậy cao số liệu Các chế độ công nghệ phun thích hợp đà đ-ợc chọn sau giai đoạn thí nghiệm mẫu, với 130 mẫu tiêu chuẩn kết hợp nhiều loạt thí nghiệm đồng thời với ống vòi voi ( loại không phục hồi đ-ợc ) Chế độ đảm bảo độ tin cậy để phục hồi thí ®iĨm èng vßi voi n»m diƯn phơc håi đà đ-ợc Công ty Nhiệt điện Bà Rịa - Vũng Tầu ghi nhận Tuy ống vòi voi ch-a đ-ợc lắp đặt nh-ng kết ảnh chụp kim t-ơng lớp phun ( hình 4.4 ) cho thấy cấu trúc lớp phun t-ơng đối phù hợp với cấu trúc yêu cầu hai loại bột phun ( hình 4.1 hình 4.2) Điều chứng tỏ chất l-ợng lớp phun bảo đảm Quá trình thí nghiệm hai loại mẫu ( mẫu tiêu chuẩn làm từ thép có thành phần hoá học t-ơng đ-ơng thành phần vật liệu ống vòi voi mẫu ống vòi voi ) tập trung giải mục đích bản, tạo lớp phủ chịu nhiệt bảo vệ ống vòi voi trình làm việc môi tr-ờng ăn mòn nhiệt độ cao Lớp phun cÊu thµnh tõ hai líp: Líp trung gian vµ lớp phủ, với chiều dày thích ứng Cơ sở khoa học đà đ-ợc kiểm chứng qua thực tế sử dơng cđa nhiỊu lo¹i tuabin khÝ [2], 102 [3], [9], [12] phân tích để thấy rõ mục đích trình thí nghiệmcủa đề tài - Tr-íc hÕt, kh«ng thĨ cã mét vËt liƯu “ lý t-ởng làm việc đ-ợc môi tr-ờng khắc nghiệt nh- tuabin khí ( cánh tuabin, đế tuabin, hệ thống ống xả v.v ) lớp phủ bảo vệ đặc biệt Lớp phủ tạo công nghệ phun, phải có độ dẫn nhiệt thấp, độ bám dính tốt với trì đ-ợc độ bám qua chu kỳ tác dụng nhiệt thay đổi Chúng phải bảo vệ đ-ợc kim loại bên d-ới khỏi phá huỷ môi tr-ờng Độ bám dính với vật liệu yêu cầu kỹ thuật hệ số dÃn nở nhiệt khác vật liệu vËt liƯu phun - th-êng lµ vËt liƯu gèm cã ®é dÉn nhiƯt thÊp ®Ĩ t¹o líp phđ bỊn nhiƯt - Tiếp đó, để đáp ứng yêu cầu độ bám lớp phủ chịu nhiệt cần có lớp trung gian kim loại làm lớp trung gianvới hệ số dÃn nở nhiệt nằm vật liệu vật liƯu gèm dïng cho líp phđ bỊn nhiƯt ChÝnh líp trung giannày tạo nên oxit bền nhiệt nhằm nâng cao độ bám lớp phủ Vật liệu bột Ni-164-2 đóng vai trò Ngoài chức tăng độ b¸m dÝnh cđa líp phđ ( gèm ) líp trung gian có tác dụng ngăn cản xâm nhập môi tr-ờng ăn mòn lớp phủ bị phá huỷ ( chẳng hạn nứt, rạn chân chim ) Vì vậy, độ chặt lớp trung giancần phải cao độ dày phải đảm bảo Đó lý trình thí nghiệm h-ớng tới đạt đ-ợc tiêu cao ( độ bám, độ chặt ) lớp này, chế độ phun phải chọn cứng ( thông số chế độ cao ) Các kết thí nghiệm cho thấy hai tiêu ( độ bám độ chặt ) lớp trung gianđảm bảo tốt - chí cao yêu cầu tiêu chuẩn đặt bột Ni164-2 Đó sở để tiến hành thí nghiệm giai đoạn hai - phun lớp phđ b»ng vËt liƯu gèm ( ZRO - 182 ) - Thứ ba yêu cầu phải có lớp phủ bề mặt ( lớp trung gian) Lớp lớp chịu nhiệt Nhờ có lớp mà nhiệt độ kim loại giảm đáng kể, độ bền lâu dài chi tiết đ-ợc tăng lên Do vai trò cách nhiệt độ mà lớp phủ gốm cần độ xốp Điều đ-ợc đảm bảo ứng dụng chế độ phun mềm Các thông số chế độ, nh- dòng điện, áp suất khí tạo plasma ( Ar ) giảm đáng kể, đốt nóng sơ không áp dụng Sự giảm cứng chế độ phun đ-ơng nhiên kéo theo giảm độ bám lớp phun Tuy nhiên, yếu tố bất lợi đ-ợc giải nhờ hai giải pháp Thứ tác dụng màng oxit nhôm vốn đà đ-ợc hình thành tr-ớc ( phun bột Ni-164-2 có chứa nhôm thành 103 phần ) Chính màng oxit nhôm sở để lớp phủ gốm bám lên lớp trung gian, không trình phun mà trình làm việc chi tiết, ngăn không cho t-ợng oxy - hoá xảy hai lớp ( trung gian phủ ) Giải pháp thứ hai việc sử dụng khí hydro để phun lớp phủ D-ới tác dụng nhiệt độ cao tia plasma hydro phân tử phân chia thành hydro nguyên tử đồng thời toả nhiệt nâng cao nhiệt độ đốt nóng hạt trình bay tia plasma Nhờ thế, suất cấp bột không giảm không cần đốt nóng sơ bộ, với chế độ mềm lớp phun đảm bảo độ nhẵn bóng bề mặt Quá trình nghiên cứu thí nghiệm không đề cập đến ứng suất biến dạng gây phun Có hai lý do: đối t-ợng nghiên cứu phục hồi ( ống vòi voi ) có kết cấu vững hai là, lớp phun mỏng ( 0,35 0,5 mm) lại phun điều kiện nhiệt độ thấp ( không 1600 C phun lớp trung gianvà khoảng 50 600C phun lớp phủ ) 4) Kết đạt đ-ợc đề tài đà đáp ứng mục tiều đề đề c-ơng nghiên cứu hợp đồng bổ sung số: 10BS/2005/HĐ-ĐTCT-KC.05 ngày 26 tháng 07 năm 2005 Sản phẩm đề tài tạo bao gồm: a Hai quy trình công nghệ phục hồi chi tiết có độ bền nhiệt cao b Sản phẩm ống vòi voi phục hồi thử nghiệm công nghệ phun nhiệt đạt tiêu chất l-ợng, đ-ợc Công ty Nhiệt điện Bà Rịa nghiệm thu kỹ thuật chấp thuận lắp đặt chạy thử nghiệm thời gian tới ( biên nghiệm thu Công ty Nhiệt điện Bà Rịa phụ lục 2) Các quy trình đ-ợc xây dựng sở khảo sát thực tÕ ( ë ViƯt Nam ), tham quan n-íc ngoµi ( Mỹ ), nghiên cứu lý thuyết, tham khảo nhiều tài liệu patents, số liệu thí nghiệm thiết bị đại vật liệu tiêu chuẩn Hai quy trình có tính chất riêng Quy trình phun phục hồi chi tiết máy có chế độ làm việc khắc nghiệt mang tính chất chung thực tÕ nã ch-a cã sè liƯu thÝ nghiƯm vỊ chi tiết Có thể coi quy trình tham khảo để làm sở cho trình nghiên cứu tiếp có điều kiện Nó có tác dụng nghiên cứu phục hồi chi tiết cụ thể ( cánh tuabin ) mà làm tài liệu để nghiên cứu trình phục hồi chi tiết khác có độ bền nhiệt cao 104 Quy trình công nghệ phun phục hồi ống vòi voi cã ®é tin cËy, cã thĨ theo ®ã ®Ĩ phơc håi hoµn chØnh mét chi tiÕt thĨ – ống vòi voi Chính hai ống vòi voi đà đ-ợc phun phục hồi thử nghiệm theo quy trình 5) Về hiệu kinh tế đề tài ch-a thể đánh giá giai đoạn đầu trình thí điểm ( phục hồi đ-ợc ống vòi voi ) Tuy nhiên, số liệu khảo sát nhà máy Nhiệt điện Phú Mỹ cho thấy số tiền khổng lồ Nhà máy đại tu tổ máy GT21: 72.629.000.000 đồng, số tiền chủ yếu đ-ợc chi vào việc mua vËt t- phơ tïng ngo¹i ( 65 tû 336 triƯu đồng ) tiền thuê chuyên gia n-ớc ( tỷ đồng ) Nếu kết nghiên cứu đề tài đ-ợc đem áp dụng vào thực tế sản xuất chắn tiết kiệm đ-ợc nhiều tỷ đồng cho kỳ đại tu cỗ máy 6) Một điều quan trọng cán tham gia thực đề tài, đặc biệt kỹ s- trẻ, trình độ nghiên cứu đ-ợc nâng cao rõ rệt Đó ph-ơng pháp nghiên cứu, khả vận hành sử dụng máy móc đại công tác thí nghiệm, khả tổng hợp kết nghiên cứu nh- công trình khoa học Tất tạo tiền đề cho việc đào tạo sau đại học Chính tính khoa học thực tiễn đề tài đ-ợc hoàn thiện đ-ợc nâng lên thành luận văn tiến sỹ KHKT 7) Tóm lại, nhiệm vụ đề tài đà đ-ợc thực nghiêm túc đạt kết tốt Tuy nhiên, số nh-ợc điểm sau cần đ-ợc nêu lên: a Việc xây dựng đề c-ơng đề tài ch-a sát thực tế: nhiệm vụ đề tài đề nhiều nặng so với điều kiện nghiên cứu thực tế sản xuất ảnh h-ởng cố liên tiếp xảy lĩnh vực thiết bị tuabin khí đà khép lại khả đem cánh tuabin sau phục hồi vào thử nghiệm sản xuất thời gian nay, dẫn đến việc phải xin chuyển đổi đối t-ợng ứng dụng kết nghiên cứu cánh tuabin sang ống vòi voi ( Transition piece ) b Quá trình thí nghiệm chọn chế độ tối -u ch-a gắn từ đầu với đối t-ợng cần nghiên cứu sản phẩm đề tài ( cánh tuabin, ống vòi voi ) nhiều thời gian công sức vào việc thí nghiệm mẫu, để chọn chế độ công nghệ tốt phun phục hồi ống vòi voi Nguyên nhân khách quan ch-a đ-ợc l-ờng tr-ớc: khả việc thu hồi sản phẩm cũ ( diện phục hồi đ-ợc ) để phun thử nghiệm 105 c Một khó khăn cần đ-ợc nêu ra: thay đổi cán vận hành thiết bị thí nghiệm thực đề tài Tính không liên tục ng-ời đà làm cho thời gian thực đề tài kéo dài dự kiến tiến độ thực đề tài 106 Kết luận kiến nghị Kết luận: Đề tài đà h-ớng, chọn đ-ợc ph-ơng pháp phun hợp lý đối t-ợng nghiên cứu - chi tiết cần phục hồi, vừa mang tính xúc, yêu cầu kỹ thuật cao vừa phù hợp với xu nghiên cứu phát triển n-ớc tiên tiến giới Quá trình nghiên cứu đà kết hợp chặt chẽ với sở sản xuất, tham quan công nghệ thành tựu khoa học n-ớc ngoài, thu thập đ-ợc nhiều tài liệu khoa học kỹ thuật quý giá liên quan đến đề tài, kể vật liệu cần thiết cho công tác thí nghiệm Sự tổng hợp đầy đủ tài liệu, patents, lý thuyết trình phun giúp đ-a đ-ợc kế hoạch thí nghiệm hợp lý, kết thí nghiệm tin cậy Tuy cã chËm so víi tiÕn ®é ®Ị ra, nh-ng đề tài đà thực đầy đủ kết nhiệm vụ quy định Các sản phẩm thu đ-ợc đề tài bao gồm hai quy trình công nghệ, thiết bị đồ gá hai sản phẩm phục hồi đà đ-ợc nghiệm thu đánh giá đạt yêu cầu Các tiêu lớp phun bề mặt chi tiết phục hồi ( ống vòi voi ) nh- sau: - Độ bám dính với kim loại nỊn 378 kG/ cm2 - §é xèp líp trung gian 2% - Độ cứng lớp phủ RC15N 75 Sản phẩm đ-ợc lắp đặt thử nghiệm thời gian tới Quá trình công nghệ phun phục hồi ống vòi voi đ-ợc tiến hành theo ba công đoạn: Chuẩn bị, phun phủ kiểm tra Công đoạn chuẩn bị bao gồm việc làm chi tiết ph-ơng pháp học, kiểm tra xử lý nền, tẩy rửa hoá học, tạo nhám bề mặt ph-ơng pháp phun bột oxit nhôm cỡ hạt G24 Công đoạn phun phủ đ-ợc thực máy phun plasma model 3710, súng phun SG 100 kéo dài đồ gá tĩnh ®éng, chÕ ®é phun nh- sau: a Phun líp trung gian ( líp liªn kÕt ) víi bét Ni-164-2: + §iƯn ¸p phun, Up ………… ………… 40 V + C-êng ®é dßng ®iƯn, Ip …………… 800A + VËn tèc di chuyển súng phun, Vp 10mm/ giây + Khoảng cách phun, lp 76 ữ 102 mm + Năng suÊt cÊp bét, mb 23 ÷ 30 g/ ph 107 + ¸p suÊt khÝ argon, Par 50 Psi + ¸p suÊt khÝ heli, PHe……………… 110 Psi + áp suất khí argon ( khí tải bột), PAr 30 ữ 35 Psi + Góc phun, độ 75 ữ 900 + Nhiệt độ đốt nóng sơ bộ, 0C……….…120 ÷ 1600C b Phun líp phđ víi bét ZRO -182: + Điện áp phun, UP 40V + C-ờng độ dòng điện, IP 450A + Vận tốc di chuyển súng phun, VP.10 mm/ giây + Khoảng cách phun, lP 76 ữ 102 mm + Năng suất cấp bột, mb 38 ữ 53 g/ phút + áp suÊt khÝ argon, PAr……………… 40 Psi + ¸p suÊt khÝ hydro, PH2…………… 10/ 15 Psi + ¸p suÊt khÝ argon( khÝ t¶i bét), PAr… 30/ 35 Psi + Gãc phun, độ75 ữ 90 + Nhiệt độ đốt nóng sơ bộ, 0C.100 ữ 1500C Công đoạn kiểm tra đ-ợc tiến hành trình phục hồi bao gồm kiểm tra chất l-ợng bề mặt tr-ớc, sau phun, kiểm tra chiều dày lớp phun Các kết nghiên cứu dừng lại phạmvi phòng thí nghiệm nh-ng qua kiểm tra chất l-ợng quan khoa häc( ViƯn C«ng NghƯ Bé C«ng nghiƯp, Trung tâm kỹ thuật Tổng cục Tiêu chuẩn Đo l-ờng Chất l-ợng, Tr-ờng Đại học Bách Khoa Hà nội ), lớp phun chịu nhiệt đáp ứng đ-ợc yêu cầu làm việc chi tiết tuabin khí ( ống vòi voi, đế cánh cánh tĩnh vv.) Sự phục hồi chi tiết nói mang lại hiệu kinh tế to lớn chủ động sản xuất nhà máy nhiệt điện chạy tuabin khí Lần Việt Nam công nghệ mới, đại đà đ-ợc tiến hành nghiên cứu, công nghệ phun phủ nhiệt hồ quang plasma với thiết bị đại vật liệu Nó đà giúp nâng cao trình độ hiểu biết khoa học kỹ thuật ph-ơng pháp nghiên cứu khoa học kỹ thuật cho nhiều cán bộ, đặc biệt cán trẻ Trong qúa trình hội nhập khu vực giới, xu đ-a khoa học công nghệ vào đời sống xà hội đ-ợc phát triển mạnh mẽ, nhiều đơn vị nghiên cứu, sản xuất 108 lĩnh vực khí chế tạo máy tự động hoá đặc biệt số trung tâm sửa chữa tổng Công ty Điện lực Việt Nam, Tổng cục hàng không - Bộ Quốc phòng v.v đẩy mạnh việc tăng c-ờng trang thiết bị phun phủ đại tiếp cận nhập công nghệ tiên tiến, kết nghiên cứu đề tài quy trình công nghệ đà xác lập góp phần tích cực với tính thực tiễn cao đẩy nhanh lộ trình ứng dụng công nghệ phun phủ nhiệt phục hồi chi tiết máy có chế độ làm việc khắc nghiệt tạo nên b-ớc phát triển lĩnh vực ứng dụng công nghệ tiên tiến nói riêng ngành khí chế tạo máy nói chung Kiến nghị: Việc phục hồi thử nghiệm ống vòi voi đạt tiêu kỹ thuật góp phần giải đòi hỏi thực tế sản xuất phát huy nguồn lực n-ớc cung ứng vật t- phụ tùng sửa chữa trung đại tu thiết bị, b-ớc thay phụ tùng nhập ngoại, đem lại hiệu kinh tế kỹ thuật đáng kể cho ngành lĩnh vực sử dụng Tuy nhiên, để trình đổi mới, ứng dụng công nghệ tiên tiến trở thành lực l-ợng sản xuất, cần tạo mạng l-ới khoa học công nghệ sâu rộng đ-ợc hỗ trợ đạo quan quản lý nhà n-ớc nhằm thực mục tiêu sau: Cần có ch-ơng trình chung công tác nghiên cứu sở sản xuất tạo nên phối hợp nhịp nhàng việc phục hồi sản phẩm thí nghiệm lắp đặt thử nghiệm sản xuất Tiếp tục mở rộng phạm vi nghiên cứu ứng dụng đề tài ( tăng c-ờng loại sản phẩm phục hồi ) thúc đẩy việc lắp đặt thử nghiệm s¶n phÈm phơc håi thư nghiƯm tiÕn tíi phơc håi đại trà sản phẩm nghiêm cứu 109 Lời cảm ơn Chủ nhiệm đề tài KC.05.10 xin chân thành cảm ơn: - Tổng Công ty Điện lực Việt Nam, Công ty Nhiệt điện Bà Rịa- Vũng Tầu, Công ty Nhiệt điện Phú Mỹ, Công ty Nhiệt điện Cần Thơ, Công ty Nhiệt điện Thủ Đức, , đà hợp tác cung cấp nhiều t- liệu quý giá trình - thực đề tài Bộ khoa học Công nghệ, Ban chủ nhiệm ch-ơng trình KC.05 đà tạo điều kiện để đề tài v-ớt qua khó khăn hoàn thành mục tiêu nghiên cứu Phòng Hàn ( Viện nghiên cứu Cơ khí ) đà tạo điều kiện thuận lợi trình thí nghiệm công nghệ phun plasma Hội đồng kỹ thuật Viện Nghiên cứu Cơ khí, giáo s- tiến sĩ Hàn Đức Kim, tiến sĩ Nguyễn Văn Thông đà đóng góp nhiều ý kiến quan trọng trình thực đề tài Kỹ s- Uông Sĩ áp 110 Tài liƯu tham kh¶o Ballard W.F Metal Spraying and the Flame Deposition of Ceramics and Plastics Griffin London 1963 David J.Taylor, Olivier Gabos Uprate Option for the MS600, Heavy Duty Gas Turbine GE Pawer Systems GER-4217 Eric Kaufman Considerations When BurningAsh – Bearing Fuels in Heavy – Duty Gas Turbines GE Power Generation, GER- 6734A Hoµng Tïng - Phun vµ øng dơng NXB KHKT, Hµ Néi 1994 Kast N.V Matalizacia Raspykniem Mashinostroenie, Moscva 1996 Khaxui.A Technika napylenia Mashinostroenie, Moscva 1975 Nguyễn Văn Thông, Uông Sỹ áp Về lớp phun chịu nhiệt độ cao Tạp chí công nghiệp No 1/2006 Nguyễn Văn Thông, Uông Sỹ áp Vài vấn đề công nghệ phun plasma phục hồi chi tiết tuabin khí Tạp chí c«ng nghiƯp No 2/2006 PallosK J Gas Turbine Repair Technology GE power Systems 10 Rykalin N.N Strength Bonding Formation by Power Spraying and Metalization 6th Int Metal Spraying Conf 11 Shepard A P and Inghan Flame Spraying Hand Book, Metco 1965 12 Schilke P.W Advanced Gas Turbine Materials and Coatings GE Power Systems GER-3569F 13 Sampson E.R vµ nhiỊu tác giả Thermal Spraying 14 ASTM Standard Test Method for Adhesion or Cohesion Strength of Thermal Spray Coatings 15 ASTM Standard Test Method for Microindentation Hardness of Materials 16 ASTM Standard Test Method for Rockwell Hardness and Rockwell Hardness of Metallic Materials 17 PRAXAIR Thermal Spray Powders 18 PRAXAIR Braze Filler Metal Products 19 PRAXAIR Aerospace Meterial Specification 20 XYZ Pawer Corporation Thermal Barrier Coating 111 21 C¸c patents: a No JP2002047551: Ceramic Coating Method Utilizing Water Plasma b No JP2003034856: Thermal Spraying Method c No JP2005179723: Method of Forming Sprayed Coating and Device of Forming Sprayed Coating d No US2001019781: Coating System for Providing Environmental Protection to a Metal Substrate and Related Processes e No US2002164430: Process for Producing a Ceramic Thermal Barrier Layer for Gas Turbine Engine Component f No US2003157363: Plasma Sprayed Thermal Bond Coat System g No 2003203120: Method for Thermal Spray Coating and Rare Earth Oxide Powder Used Therefor h No US2004005452: High Temperature Spray Dried Composite Abradable Powder for Combustion Spraying and Abradable Barrier Coating Produced Using Same i No US2004219290: Method for Applying or Repairing Thermal Barrier Coatings j No US 2005129965: Plasma Injection Method k No US 2005164027: High Temperature Abradable Coatings l No 2005252450: Plasma Spray Method and Apparatus for Applying a Coating Utilizining Particle Kinetics 112 ... nghiên cứu ứng dụng thành tựu tiên tiến giới công nghệ phun nhiệt, để xác lập quy trình công nghệ tạo lớp bề mặt có độ bám dính, độ chịu mài mòn chịu nhiệt độ cao nhằm phục hồi chi tiết làm việc. .. trình công nghệ phục hồi chi tiết Máy có chế độ làm việc khắc nghiệt Công nghệ phun phủ nhiệt 91 5.1 Phân tích lựa chọn kết thí nghiệm 91 5.2 Quy trình công nghệ phun phủ phục hồi chi tiết máycó chế. .. cánh tầng ) Song song với việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ phun phủ nhiệt phục hồi chi tiết có chế độ làm việc khắc nghiệt, việc nghiên cứu chế tạo vật liệu phun phủ nhbột, dây đ-ợc trọng số