機(jī)床商務(wù)網(wǎng)技術(shù)文章
激光熔覆與機(jī)械手堆焊
閱讀：420 發(fā)布時(shí)間：2021-9-26
我國(guó)目前已是世界上在電廠使用循環(huán)流化床鍋爐最多的國(guó)家，已經(jīng)運(yùn)行的大小循環(huán)流化床電站鍋爐有2000多臺(tái)，其中410t/h以上大型循環(huán)流化床電站鍋爐有近200多臺(tái)。CFB鍋爐由四面垂直墻（管子）組成的垂直水冷壁（管排）是鍋爐重要的受熱面，高度幾十米，水平的矩形截面周長(zhǎng)也有幾十米，是保證CFB鍋全高效運(yùn)行的重要部件。CFB鍋爐目前仍存在垂直水冷壁受熱面磨損嚴(yán)重、防磨措施不力的問(wèn)題，許多鍋爐運(yùn)行不長(zhǎng)即出現(xiàn)水冷壁管磨損爆管泄漏，由于垂直水冷壁磨損造成的事故接近鍋爐事故停爐總數(shù)的50%。垂直水冷壁受熱面管子磨損爆管已是CFB鍋爐被迫停爐的主要原因之一。
1 循環(huán)流化床（CFB鍋爐）磨損問(wèn)題
循環(huán)流化床鍋爐（CFB鍋爐）在運(yùn)行中產(chǎn)生自上而下的大流量的緊貼垂直水冷壁管排表面及管間凹槽的貼壁灰流沖刷著垂直水冷壁管排表面及管間凹槽。理論和實(shí)踐證明，自上而下的大流量的貼壁灰流不能碰到任何的凸起物甚至是不足1mm的凸起，垂直水冷壁管排表面及管間凹槽存在的任何的凸起物甚至是不足1mm的凸起都會(huì)造成嚴(yán)重的磨損。所以必須采取更有效的防磨措施對(duì)垂直水冷壁管排表面進(jìn)行防磨處理，使CFB鍋爐垂直水冷壁耐磨3年以上。自沸騰爐興起幾十年來(lái)工程技術(shù)人員研發(fā)和采用了諸多辦法來(lái)解決鍋爐水冷壁管磨損爆管泄漏，但至今為止各種辦法只使CFB鍋爐內(nèi)水冷壁經(jīng)受1.5—1年的運(yùn)行磨損；有的方法如耐火耐磨可塑料耐磨持續(xù)時(shí)間可達(dá)到3-5年但導(dǎo)熱系數(shù)太小不適宜大面積推廣。現(xiàn)行的各種單一防磨技術(shù)很難使受熱面耐磨2年以上。
2 傳統(tǒng)的防磨技術(shù)
目前對(duì)CFB鍋爐受熱面實(shí)施防磨的技術(shù)主要有以下幾種：
2.1 超音速電弧噴涂防磨技術(shù)
2.2 超音速火焰(HVOF)噴涂防磨技術(shù)
2.3 高鋁高耐磨瓦防磨技術(shù)
2.4耐磨耐熱鑄造弧形瓦防磨技術(shù)
2.5 堆焊耐磨合金防磨技術(shù)
2.6 耐火耐磨可塑料或澆注料
2.7 讓管技術(shù)和凸臺(tái)技術(shù)
2.8 運(yùn)行調(diào)整和燃料管理與防磨
激光熔覆技術(shù)可使CFB鍋爐垂直水冷壁耐磨3年的防磨技術(shù)。
1、堆焊耐磨合金防磨在沸騰爐的埋管耐磨上使用效果良好且容易施工。在CFB鍋爐上堆焊耐磨合金防磨可用于搶修
帶極電渣堆焊與帶極埋弧堆焊比有以下優(yōu)點(diǎn)：
1）熔覆效率高，在中等電流下，比埋弧焊高50％；
2）熔深淺而均勻，母材稀釋率低，一般可控制在10％以下，比埋弧焊小一倍、單層堆焊即可滿足性能要求。
3）堆焊層成形良好，不易有夾渣等缺陷，表面質(zhì)量?jī)?yōu)良，表面不平度小于0.5mm（埋弧堆焊時(shí)大于lmm）故表面無(wú)需機(jī)械加工，省料省時(shí)。
4）帶極中合金元素?zé)龘p和不利元素增量極少，堆焊層的塑性和韌性高于埋弧難焊。
5）由于接頭熔合區(qū)的碳擴(kuò)散層窄，馬氏體帶寬度小，故接頭熔合區(qū)性能優(yōu)于帶極埋弧堆焊。
正由于帶極電渣堆焊有上述優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外在加氫控制反應(yīng)器、煤氣工程熱壁交換爐、核電站設(shè)備中壓力容器的內(nèi)表面大面積堆焊中均得到了廣泛應(yīng)用。
由于電渣帶圾堆焊自身的一些特點(diǎn)，它也有定的應(yīng)用范圍：
帶極電渣堆焊熱輸入較高，故一般用于堆焊50～200mm的厚壁工件。
2、 激光熔覆亦稱激光包覆或激光熔敷，是一種新的表面改性技術(shù)。它通過(guò)在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之與基材表面薄層一起熔凝的方法，在基層表面形成與其為冶金結(jié)合的添料熔覆層。與堆焊、噴涂、電鍍和氣相沉積相比，激光熔覆具有稀釋度小、組織致密、涂層與基體結(jié)合好、適合熔覆材料多、粒度及含量變化大等特點(diǎn)從當(dāng)前激光熔覆的應(yīng)用情況來(lái)看，其主要應(yīng)用于兩個(gè)方面：一，對(duì)材料的表面改性，如燃汽輪機(jī)葉片，軋輥，齒輪等；二，對(duì)產(chǎn)品的表面修復(fù)，如轉(zhuǎn)子，模具等。有關(guān)資料表明，修復(fù)后的部件強(qiáng)度可達(dá)到原強(qiáng)度的90％以上，其修復(fù)費(fèi)用不到重置價(jià)格的1／5，更重要的是縮短了維修時(shí)間，解決了大型企業(yè)重大成套設(shè)備連續(xù)可靠運(yùn)行所必須解決的轉(zhuǎn)動(dòng)部件快速搶修難題。另外，對(duì)關(guān)鍵部件表面通過(guò)激光熔覆超耐磨抗蝕合金，可以在零部件表面不變形的情況下大大提高零部件的使用壽命；對(duì)模具表面進(jìn)行激光熔覆處理，不僅提高模具強(qiáng)度，還可以降低2／3的制造成本，縮短4／5的制造周期。
熔覆材料：目前應(yīng)用廣泛的激光熔覆材料主要有：鎳基、鈷基、鐵基合金、碳化鎢復(fù)合材料。其中，又以鎳基材料應(yīng)用最多，與鈷基材料相比，其價(jià)格便宜。
優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用范圍
激光熔覆是指以不同的添料方式在被熔覆基體表面上放置被選擇的涂層材料經(jīng)激光幅照使之和基體表面一薄層同時(shí)熔化，并快速凝固后形成稀釋度極低，與基體成冶金結(jié)合的表面涂層，顯著改善基層表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性的工藝方法，從而達(dá)到表面改性或修復(fù)的目的，既滿足了對(duì)材料表面特定性能的要求，又節(jié)約了大量的貴重元素。
1 循環(huán)流化床（CFB鍋爐）磨損問(wèn)題
循環(huán)流化床鍋爐（CFB鍋爐）在運(yùn)行中產(chǎn)生自上而下的大流量的緊貼垂直水冷壁管排表面及管間凹槽的貼壁灰流沖刷著垂直水冷壁管排表面及管間凹槽。理論和實(shí)踐證明，自上而下的大流量的貼壁灰流不能碰到任何的凸起物甚至是不足1mm的凸起，垂直水冷壁管排表面及管間凹槽存在的任何的凸起物甚至是不足1mm的凸起都會(huì)造成嚴(yán)重的磨損。所以必須采取更有效的防磨措施對(duì)垂直水冷壁管排表面進(jìn)行防磨處理，使CFB鍋爐垂直水冷壁耐磨3年以上。自沸騰爐興起幾十年來(lái)工程技術(shù)人員研發(fā)和采用了諸多辦法來(lái)解決鍋爐水冷壁管磨損爆管泄漏，但至今為止各種辦法只使CFB鍋爐內(nèi)水冷壁經(jīng)受1.5—1年的運(yùn)行磨損；有的方法如耐火耐磨可塑料耐磨持續(xù)時(shí)間可達(dá)到3-5年但導(dǎo)熱系數(shù)太小不適宜大面積推廣。現(xiàn)行的各種單一防磨技術(shù)很難使受熱面耐磨2年以上。
2 傳統(tǒng)的防磨技術(shù)
目前對(duì)CFB鍋爐受熱面實(shí)施防磨的技術(shù)主要有以下幾種：
2.1 超音速電弧噴涂防磨技術(shù)
2.2 超音速火焰(HVOF)噴涂防磨技術(shù)
2.3 高鋁高耐磨瓦防磨技術(shù)
2.4耐磨耐熱鑄造弧形瓦防磨技術(shù)
2.5 堆焊耐磨合金防磨技術(shù)
2.6 耐火耐磨可塑料或澆注料
2.7 讓管技術(shù)和凸臺(tái)技術(shù)
2.8 運(yùn)行調(diào)整和燃料管理與防磨
激光熔覆技術(shù)可使CFB鍋爐垂直水冷壁耐磨3年的防磨技術(shù)。
1、堆焊耐磨合金防磨在沸騰爐的埋管耐磨上使用效果良好且容易施工。在CFB鍋爐上堆焊耐磨合金防磨可用于搶修
帶極電渣堆焊與帶極埋弧堆焊比有以下優(yōu)點(diǎn)：
1）熔覆效率高，在中等電流下，比埋弧焊高50％；
2）熔深淺而均勻，母材稀釋率低，一般可控制在10％以下，比埋弧焊小一倍、單層堆焊即可滿足性能要求。
3）堆焊層成形良好，不易有夾渣等缺陷，表面質(zhì)量?jī)?yōu)良，表面不平度小于0.5mm（埋弧堆焊時(shí)大于lmm）故表面無(wú)需機(jī)械加工，省料省時(shí)。
4）帶極中合金元素?zé)龘p和不利元素增量極少，堆焊層的塑性和韌性高于埋弧難焊。
5）由于接頭熔合區(qū)的碳擴(kuò)散層窄，馬氏體帶寬度小，故接頭熔合區(qū)性能優(yōu)于帶極埋弧堆焊。
正由于帶極電渣堆焊有上述優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外在加氫控制反應(yīng)器、煤氣工程熱壁交換爐、核電站設(shè)備中壓力容器的內(nèi)表面大面積堆焊中均得到了廣泛應(yīng)用。
由于電渣帶圾堆焊自身的一些特點(diǎn)，它也有定的應(yīng)用范圍：
帶極電渣堆焊熱輸入較高，故一般用于堆焊50～200mm的厚壁工件。
2、 激光熔覆亦稱激光包覆或激光熔敷，是一種新的表面改性技術(shù)。它通過(guò)在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之與基材表面薄層一起熔凝的方法，在基層表面形成與其為冶金結(jié)合的添料熔覆層。與堆焊、噴涂、電鍍和氣相沉積相比，激光熔覆具有稀釋度小、組織致密、涂層與基體結(jié)合好、適合熔覆材料多、粒度及含量變化大等特點(diǎn)從當(dāng)前激光熔覆的應(yīng)用情況來(lái)看，其主要應(yīng)用于兩個(gè)方面：一，對(duì)材料的表面改性，如燃汽輪機(jī)葉片，軋輥，齒輪等；二，對(duì)產(chǎn)品的表面修復(fù)，如轉(zhuǎn)子，模具等。有關(guān)資料表明，修復(fù)后的部件強(qiáng)度可達(dá)到原強(qiáng)度的90％以上，其修復(fù)費(fèi)用不到重置價(jià)格的1／5，更重要的是縮短了維修時(shí)間，解決了大型企業(yè)重大成套設(shè)備連續(xù)可靠運(yùn)行所必須解決的轉(zhuǎn)動(dòng)部件快速搶修難題。另外，對(duì)關(guān)鍵部件表面通過(guò)激光熔覆超耐磨抗蝕合金，可以在零部件表面不變形的情況下大大提高零部件的使用壽命；對(duì)模具表面進(jìn)行激光熔覆處理，不僅提高模具強(qiáng)度，還可以降低2／3的制造成本，縮短4／5的制造周期。
熔覆材料：目前應(yīng)用廣泛的激光熔覆材料主要有：鎳基、鈷基、鐵基合金、碳化鎢復(fù)合材料。其中，又以鎳基材料應(yīng)用最多，與鈷基材料相比，其價(jià)格便宜。
優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用范圍
激光熔覆是指以不同的添料方式在被熔覆基體表面上放置被選擇的涂層材料經(jīng)激光幅照使之和基體表面一薄層同時(shí)熔化，并快速凝固后形成稀釋度極低，與基體成冶金結(jié)合的表面涂層，顯著改善基層表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性的工藝方法，從而達(dá)到表面改性或修復(fù)的目的，既滿足了對(duì)材料表面特定性能的要求，又節(jié)約了大量的貴重元素。