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大电流铝母线现场激光熔覆银工艺与装备研究开发

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成果主要完成人

肖 荣、王 宏、孙 昕、严天明、付海涛、韩 波、董晓英、覃 鹏、刘代军、李万峰

项目概况

1、技术难度 激光铝熔覆银工艺难点为:基材铝和熔覆材料银都为高反射金属,对激光吸收很少,难于形成熔池。金具端子有多种姿态,需要从不同角度进行熔覆。金具端子基体有较严格的变形控制要求。金具端子基体有一定杂质和缺陷,可能引起熔覆层缩孔、裂纹等缺陷。金具端子四周和螺栓孔边沿在激光熔覆作用下,有塌陷风险。 现场实施难点为:多数母线接头金具端子成对出现,外部还有母线罩壳(最小间距26cm),空间非常狭小。电站内各种母线场景差异很大,不同机组间也有差异,难于开发一套装备适应所有场景。装备需能够服务各个电站,能够响应紧急状况需求,需具备优异的移动性。 2、技术先进性 激光熔覆技术具有以下优点:激光熔覆涂层组织致密,稀释率低,变形小,涂层厚度可控性高;产品使用周期长,冶金结合,熔化凝固成型,属于先进环保的再制造加工技术。工件表面被激光加热至熔融,粉末落入熔池中熔化,冷却凝固成型。 3、技术创新性 该项目解决了在水电站现场对铝合金母线表面镀银层进行修复的工艺难题,将原电镀方式改变为冶金结合方式,解决了传统镀银层寿命短、缺陷多的难题,在水电行业内具有领先性。高反射铝合金表面激光熔覆银冶金结合工艺,在国内尚属首创。该工艺消除了传统电镀造成的环境污染,实现绿色检修。 该项目成功研制了大电流铝母线现场激光熔覆银装备,解决了铝基材熔覆层缩孔、裂纹,螺栓孔边沿塌陷等重大技术难题。激光装备实现了金具端子多种姿态,不同角度的熔覆银,可精准、快速修复强化,质量稳定可靠。专用特制小型激光头,送粉效果良好,能量衰减<4.5%,光学镜片和水冷满足长时间、近距离工作要求。原位修复装备工装,安装、操作简单,运输方便,实现了各种发电机机型、狭小空间、多场景激光熔覆银作业保障。 研制的大电流铝母线现场激光熔覆银装备安装、调试、操作简单,运输方便,可实现大电流铝母线的现场原位检修,具有稳定可靠、灵活高效的特点,提高了设备检修响应速度、检修效率,节约电力设备检修经济成本和工期。可以在流域电站和水电行业内广泛推广使用。 4、技术可推广性 该项目成果已于2020年5月在三峡电站3号机组封闭母线垂直可拆段检修现场成果应用,共完成了8个铝母线金具端子的银层修复。三峡电站3号机组封闭母线经过汛期连续6个多月的高负荷运行,运行情况正常。在2020-2021年度检修期间,经拆卸检查,发现银层完好,无过热、氧化、起皮、脱落等异常现象,达到了预期效果。 经实践检验,该技术成果可广泛推广应用。 5、经济社会效益 提高了设备的应急保障,实现了精准修复,减少电能损耗。按三峡电站单台机组发电1天经济效益可达400多万元,现场熔覆银相比备品更换要节省2天,相比重新加工要节省12天。 采用了激光熔覆工艺,替代传统“含氰电镀”银工艺,没有使用毒性物质“氰”和电镀带来的水体及环境污染,实现绿色环保制造。 6、行业进步推动方面 大电流铝母线激光熔覆银技术运用,尚属首创,可在国内外进行推广应用。现场原位修复工装及熔覆银修复方式,可在行业内进行推广使用。绿色环保的激光熔覆银工艺技术,可替代传统“含氰电镀” 银工艺,可为电镀行业开辟新途径。原位、精准、快速修复提升了设备的应急保障能力,具有极大的应用前景和市场价值。