【山西維科機(jī)械設(shè)備工程】分享：激光熔覆技術(shù)在機(jī)械、石化行業(yè)中的應(yīng)用

機(jī)器設(shè)備由于長期在惡劣環(huán)境下工作，容易導(dǎo)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(zhuǎn)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(fù)雜，工況差異較大。還有大型火力發(fā)電機(jī)組的大型轉(zhuǎn)子、動葉片與靜葉片都是需要進(jìn)行強(qiáng)化或者修復(fù)。

1、大型轉(zhuǎn)子與輪盤

采用激光熔覆技術(shù)進(jìn)行修復(fù)，不需要預(yù)熱工件，就可以恢復(fù)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(dá)到HRC60 以上。

2、軸類零件的激光熔覆與修復(fù)工藝

(1)預(yù)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，確定有無明顯的缺陷區(qū)域存在。

(3)激光熔覆：采用自主知識產(chǎn)權(quán)的合金粉末進(jìn)行激光熔覆，不需要預(yù)熱，不產(chǎn)生冶金裂紋，硬度高可以達(dá)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(zhì)量檢驗與驗收：檢驗方法同步驟2，確認(rèn)激光熔覆處理后零件表面無各種缺陷，即可進(jìn)行驗收。經(jīng)過上述處理工序，可以將軸類零件復(fù)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(fù)。

4、大型齒輪的激光淬火與修復(fù)工藝

(1)工藝流程: 將大型齒輪裝夾到激光加工機(jī)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?qū)X面進(jìn)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(yīng)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(biāo)：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(diào)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(diào)節(jié)。對大型鋼齒輪而言，在無預(yù)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(zhì)耐磨激光熔覆涂層應(yīng)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。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(tuán)隊在這一方向獲得突破性進(jìn)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(nèi)部均勻析出彌散分布的強(qiáng)化相，提高涂層耐磨性的同時降低應(yīng)力水平，獲得了無裂紋、氣孔缺陷的優(yōu)質(zhì)涂層，并成功應(yīng)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(jī)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(qiáng)酸腐蝕

6、渦輪盤激光熔覆與修復(fù)

煙機(jī)的關(guān)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(cè)壁上明顯存在的溝槽添平，并且焊補(bǔ)輪盤及側(cè)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(dāng)?shù)暮辖鸱勰啽P進(jìn)行激光熔覆處理。不需打底層，也不需預(yù)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(fù)工藝

(1)預(yù)處理工序：基本工序與前相同;

(2)需要補(bǔ)焊的缺陷檢測：通過肉眼觀察和實驗儀器檢測，探測需要進(jìn)行修復(fù)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(fù)的位置;

(3)激光熔覆：對于葉片中的微細(xì)裂紋，如果采用脈沖YAG激光進(jìn)行修復(fù)，可以獲得更加理想效果。激光修復(fù)葉片分為兩類：一類是顯微裂紋的修補(bǔ)，另一類是磨損葉片頂端的接長。采用脈沖激光熔覆技術(shù)，通過控制激光輸入的能量、重復(fù)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(jìn)行熔覆處理，可以獲得相當(dāng)?shù)男Ч?/p>

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

(5)質(zhì)量檢測：對修復(fù)好的渦輪盤進(jìn)行質(zhì)量檢測，確認(rèn)所有修復(fù)部位質(zhì)量達(dá)到要求。

(6)精整處理：對檢驗后的渦輪盤進(jìn)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(fù)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(gòu)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(xù)發(fā)展戰(zhàn)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(jì)價值。

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