【山西維科機械設備工程】分享：激光熔覆技術在機械、石化行業(yè)中的應用

機器設備由于長期在惡劣環(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、軸套、軸瓦等，其中許多零件價格昂貴，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、動葉片與靜葉片都是需要進行強化或者修復。

1、大型轉子與輪盤

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

2、軸類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)質量檢驗工序：采用磁粉探傷、X射線探傷、熒光探傷或者顯示劑探傷法對清洗干凈的表面進行探傷，確定有無明顯的缺陷區(qū)域存在。

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

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

(5)質量檢驗與驗收：檢驗方法同步驟2，確認激光熔覆處理后零件表面無各種缺陷，即可進行驗收。經(jīng)過上述處理工序，可以將軸類零件復舊如新。

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。采用激光熔覆技術可以直接對斷齒等情況進行修復。

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行淬火處理。

(2)淬火工藝參數(shù)：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(jù)齒輪齒面、齒根和齒頂對材料表面的不同硬度要求，采用數(shù)控系統(tǒng)分段分區(qū)改變工藝參數(shù)，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(jù)需要可以在 0.2 – 2.5 mm 之間調節(jié)。激光熔覆層的硬度可以根據(jù)工件的需求在HRC25 – 60之間調節(jié)。對大型鋼齒輪而言，在無預熱條件下可直接熔覆，熔覆層均勻、連續(xù)，無裂紋、氣孔等冶金缺陷。

5、硬質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域的一大技術難點。憑借多年的技術積累，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展，通過精確控制粉末成分配比和熔覆工藝過程的能量輸入，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降低應力水平，獲得了無裂紋、氣孔缺陷的優(yōu)質涂層，并成功應用在石油行業(yè)平板閘閥的閘板產(chǎn)品上。經(jīng)過實際上機72h測試，發(fā)現(xiàn)涂層壽命提高一倍以上，且無開裂、銹蝕現(xiàn)象。

涂層性能：

l 涂層平均維氏硬度≥800HV0.2

l 涂層厚度：0.3mm

l 無裂紋、氣孔、夾雜缺陷

l 耐強酸腐蝕

6、渦輪盤激光熔覆與修復

煙機的關鍵易損件主要有輪盤與葉片，采用合適的激光熔覆工藝先將渦輪盤及側壁上明顯存在的溝槽添平，并且焊補輪盤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?shù)暮辖鸱勰啽P進行激光熔覆處理。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：通過肉眼觀察和實驗儀器檢測，探測需要進行修復的區(qū)域，包括磨損區(qū)域、裂紋區(qū)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激光進行修復，可以獲得更加理想效果。激光修復葉片分為兩類：一類是顯微裂紋的修補，另一類是磨損葉片頂端的接長。采用脈沖激光熔覆技術，通過控制激光輸入的能量、重復頻率數(shù)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激光進行熔覆處理，可以獲得相當?shù)男Ч?/p>

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

(5)質量檢測：對修復好的渦輪盤進行質量檢測，確認所有修復部位質量達到要求。

(6)精整處理：對檢驗后的渦輪盤進行表面噴涂涂層等精整處理

經(jīng)過上述處理以后，就可以將葉片修復如新。

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

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