激光热处理熔覆技术在机械、石化行业中的应用

国际金属加工网 2015年01月06日

【编者按】机器设备由于长期在恶劣环境下工作,容易导致零部件的腐蚀、磨损。典型的易失效零部件包括叶轮、大型转子的轴颈、轮盘、轴套、轴瓦等,其中许多零件价格昂贵,涉及的零部件品种很多,形状复杂,工况差异较大。还有大型火力发电机组的大型转子、动叶片与静叶片都是需要进行强化或者修复。采用激光熔覆技术进行修复,不需要预热工件,就可以恢复轴颈的尺寸,而且后续加工量小,不产生冶金裂纹,硬度可以达到HRC60以上。


大型转子与轮盘

采用激光熔覆技术进行修复,不需要预热工件,就可以恢复轴颈的尺寸,而且后续加工量小,不产生冶金裂纹,硬度可以达到HRC60以上。

轴类零件的激光熔覆与修复工艺

(1)预处理工序:包括工件表面除油、除锈→喷砂清理(进一步清理)→熔覆前处理(将需要激光熔覆的区域清洗干净,将存在明显缺陷的区域整平);

(2)质量检验工序:采用磁粉探伤、X射线探伤、荧光探伤或者显示剂探伤法对清洗干净的表面进行探伤,确定有无明显的缺陷区域存在。

(3)激光熔覆:采用自主知识产权的合金粉末进行激光熔覆,不需要预热,不产生冶金裂纹,硬度最高可以达到HRC63。

(4)后续加工处理:包括激光熔覆区域的抛磨修整与后处理;必要时喷耐磨涂层。

(5)质量检验与验收:检验方法同步骤2,确认激光熔覆处理后零件表面无各种缺陷,即可进行验收。经过上述处理工序,可以将轴类零件复旧如新。

大型齿轮的激光淬火/熔覆

激光淬火齿轮与齿圈,热注入量小,齿轮或者齿圈的热变形小,不降低齿轮的精度,不破坏齿面的表面粗糙度。采用激光熔覆技术可以直接对断齿等情况进行修复。

大型齿轮的激光淬火与修复工艺

(1)工艺流程:将大型齿轮装夹到激光加工机床上,清洗齿轮齿面的油污和锈斑;在需要激光加工的齿面及轴颈部分喷涂吸光涂料,再用激光加工程序对齿面(齿顶、齿根等)进行淬火处理。

(2)淬火工艺参数:激光淬火后齿面的硬度范围可以控制在HRC35—45之间;淬硬层深度为0.4-0.6mm;激光功率2.0-3.5kw;淬火扫描速度为10–50mm/s。根据齿轮齿面、齿根和齿顶对材料表面的不同硬度要求,采用数控系统分段分区改变工艺参数,获得相应的激光淬硬层。激光淬火后不用回火处理,齿面的表面粗糙度基本不变。

(3)激光熔覆工艺指标:激光熔覆的单层厚度根据需要可以在0.2–2.5mm之间调节。激光熔覆层的硬度可以根据工件的需求在HRC25–60之间调节。对大型钢齿轮而言,在无预热条件下可直接熔覆,熔覆层均匀、连续,无裂纹、气孔等冶金缺陷。

涡轮盘激光熔覆与修复

烟机的关键易损件主要有轮盘与叶片,采用合适的激光熔覆工艺先将涡轮盘及侧壁上明显存在的沟槽添平,并且焊补轮盘及侧壁上所有蚀孔与裂纹,然后采用激光熔覆将与基材性能相当的合金粉末对轮盘进行激光熔覆处理。不需打底层,也不需预热,就可直接获得高硬度的合金层。

涡轮叶片的激光熔覆与修复工艺

(1)预处理工序:基本工序与前相同;

(2)需要补焊的缺陷检测:通过肉眼观察和实验仪器检测,探测需要进行修复的区域,包括磨损区域、裂纹区域等,并记录所需要修复的位置;

(3)激光熔覆:对于叶片中的微细裂纹,如果采用脉冲YAG激光进行修复,可以获得更加理想效果。激光修复叶片分为两类:一类是显微裂纹的修补,另一类是磨损叶片顶端的接长。采用脉冲激光熔覆技术,通过控制激光输入的能量、重复频率数和激光扫描速度,可以控制激光熔覆层不产生裂纹。采用CO2激光进行熔覆处理,可以获得相当的效果。

(4)后续加工:对修复好的叶片进行磨加工、抛光修整,使外观尺寸达到图纸要求。

(5)质量检测:对修复好的涡轮盘进行质量检测,确认所有修复部位质量达到要求。

(6)精整处理:对检验后的涡轮盘进行表面喷涂涂层等精整处理。

经过上述处理以后,就可以将叶片修复如新。


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