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【山西維科機械設備工程】分享:激光熔覆技術(shù)在機械、石化行業(yè)中的應用

2024-05-16

機器設備由于長(cháng)期在惡劣環(huán)境下工作,容易導致零部件的腐蝕、磨損。典型的易失效零部件包括葉輪、大型轉子的軸頸、輪盤(pán)、軸套、軸瓦等,其中許多零件價(jià)格昂貴,涉及的零部件品種很多,形狀復雜,工況差異較大。還有大型火力發(fā)電機組的大型轉子、動(dòng)葉片與靜葉片都是需要進(jìn)行強化或者修復。

1、大型轉子與輪盤(pán)

采用激光熔覆技術(shù)進(jìn)行修復,不需要預熱工件,就可以恢復軸頸的尺寸,而且后續加工量小,不產(chǎn)生冶金裂紋,硬度可以達到HRC60 以上。

2、軸類(lèi)零件的激光熔覆與修復工藝

(1)預處理工序:包括工件表面除油、除銹→ 噴砂清理→熔覆前處理;

(2)質(zhì)量檢驗工序:采用磁粉探傷、X射線(xiàn)探傷、熒光探傷或者顯示劑探傷法對清洗干凈的表面進(jìn)行探傷,確定有無(wú)明顯的缺陷區域存在。

(3)激光熔覆:采用自主知識產(chǎn)權的合金粉末進(jìn)行激光熔覆,不需要預熱,不產(chǎn)生冶金裂紋,硬度高可以達到HRC63。

(4)后續加工處理:包括激光熔覆區域的拋磨修整與后處理,必要時(shí)噴耐磨涂層。

(5)質(zhì)量檢驗與驗收:檢驗方法同步驟2,確認激光熔覆處理后零件表面無(wú)各種缺陷,即可進(jìn)行驗收。經(jīng)過(guò)上述處理工序,可以將軸類(lèi)零件復舊如新。

3、大型齒輪的激光淬火/熔覆

激光淬火齒輪與齒圈,熱注入量小,齒輪或者齒圈的熱變形小,不降低齒輪的精度,不破壞齒面的表面粗糙度。采用激光熔覆技術(shù)可以直接對斷齒等情況進(jìn)行修復。

4、大型齒輪的激光淬火與修復工藝

(1)工藝流程: 將大型齒輪裝夾到激光加工機床上,清洗齒輪齒面的油污和銹斑;在需要激光加工的齒面及軸頸部分噴涂吸光涂料,再用激光加工程序對齒面進(jìn)行淬火處理。

(2)淬火工藝參數:激光淬火后齒面的硬度范圍可以控制在HRC35— 45之間;淬硬層深度為0.4- 0.6mm;激光功率2.0- 3.5kw;淬火掃描速度為10 – 50 mm/s。根據齒輪齒面、齒根和齒頂對材料表面的不同硬度要求,采用數控系統分段分區改變工藝參數,獲得相應的激光淬硬層。激光淬火后不用回火處理,齒面的表面粗糙度基本不變。

(3)激光熔覆工藝指標:激光熔覆的單層厚度根據需要可以在 0.2 – 2.5 mm 之間調節。激光熔覆層的硬度可以根據工件的需求在HRC25 – 60之間調節。對大型鋼齒輪而言,在無(wú)預熱條件下可直接熔覆,熔覆層均勻、連續,無(wú)裂紋、氣孔等冶金缺陷。

5、硬質(zhì)耐磨激光熔覆涂層應用于石油閘板產(chǎn)品

兼具高耐磨和耐腐蝕兩種特性的表面涂層制備一直是激光熔覆領(lǐng)域的一大技術(shù)難點(diǎn)。憑借多年的技術(shù)積累,近日亞琛聯(lián)合科技(天津)有限公司的研發(fā)團隊在這一方向獲得突破性進(jìn)展,通過(guò)精確控制粉末成分配比和熔覆工藝過(guò)程的能量輸入,在涂層組織內部均勻析出彌散分布的強化相,提高涂層耐磨性的同時(shí)降低應力水平,獲得了無(wú)裂紋、氣孔缺陷的優(yōu)質(zhì)涂層,并成功應用在石油行業(yè)平板閘閥的閘板產(chǎn)品上。經(jīng)過(guò)實(shí)際上機72h測試,發(fā)現涂層壽命提高一倍以上,且無(wú)開(kāi)裂、銹蝕現象。

涂層性能:

l 涂層平均維氏硬度≥800HV0.2

l 涂層厚度:0.3mm

l 無(wú)裂紋、氣孔、夾雜缺陷

l 耐強酸腐蝕



6、渦輪盤(pán)激光熔覆與修復

煙機的關(guān)鍵易損件主要有輪盤(pán)與葉片,采用合適的激光熔覆工藝先將渦輪盤(pán)及側壁上明顯存在的溝槽添平,并且焊補輪盤(pán)及側壁上所有蝕孔與裂紋,然后采用激光熔覆將與基材性能相當的合金粉末對輪盤(pán)進(jìn)行激光熔覆處理。不需打底層,也不需預熱,就可直接獲得高硬度的合金層。

7、渦輪葉片的激光熔覆與修復工藝

(1)預處理工序:基本工序與前相同;

(2)需要補焊的缺陷檢測:通過(guò)肉眼觀(guān)察和實(shí)驗儀器檢測,探測需要進(jìn)行修復的區域,包括磨損區域、裂紋區域等,并記錄所需要修復的位置;

(3)激光熔覆:對于葉片中的微細裂紋,如果采用脈沖YAG激光進(jìn)行修復,可以獲得更加理想效果。激光修復葉片分為兩類(lèi):一類(lèi)是顯微裂紋的修補,另一類(lèi)是磨損葉片頂端的接長(cháng)。采用脈沖激光熔覆技術(shù),通過(guò)控制激光輸入的能量、重復頻率數和激光掃描速度,可以控制激光熔覆層不產(chǎn)生裂紋。采用CO2激光進(jìn)行熔覆處理,可以獲得相當的效果。

(4)后續加工:對修復好的葉片進(jìn)行磨加工、拋光修整,使外觀(guān)尺寸達到圖紙要求。

(5)質(zhì)量檢測:對修復好的渦輪盤(pán)進(jìn)行質(zhì)量檢測,確認所有修復部位質(zhì)量達到要求。

(6)精整處理:對檢驗后的渦輪盤(pán)進(jìn)行表面噴涂涂層等精整處理

經(jīng)過(guò)上述處理以后,就可以將葉片修復如新。

綜上所述,激光熔覆技術(shù)是一項具有高科技含量的表面改性技術(shù)與裝備維修技術(shù),它是集材料制備和表面構型為一體,是綠色再制造技術(shù)的重要支撐技術(shù)之一,符合國家可持續發(fā)展戰略的高新技術(shù),其研究和發(fā)展具有重要的理論意義和經(jīng)濟價(jià)值。


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