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激光熔覆技術(shù)在機(jī)械、石化行業(yè)中的應(yīng)用
閱讀：266 發(fā)布時(shí)間：2021-9-26
機(jī)器設(shè)備由于長(zhǎng)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(jià)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(dòng)葉片與靜葉片都是需要進(jìn)行強(qiáng)化或者修復(fù)。
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。
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（進(jìn)一步清理）→熔覆前處理（將需要激光熔覆的區(qū)域清洗干凈，將存在明顯缺陷的區(qū)域整平）；
（2）質(zhì)量檢驗(yàn)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(duì)清洗干凈的表面進(jìn)行探傷，確定有無(wú)明顯的缺陷區(qū)域存在。
（3）激光熔覆：采用自主知識(shí)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(shí)噴耐磨涂層。
（5）質(zhì)量檢驗(yàn)與驗(yàn)收：檢驗(yàn)方法同步驟2，確認(rèn)激光熔覆處理后零件表面無(wú)各種缺陷，即可進(jìn)行驗(yàn)收。經(jīng)過(guò)上述處理工序，可以將軸類零件復(fù)舊如新。
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(duì)斷齒等情況進(jìn)行修復(fù)。
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（齒頂、齒根等）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(duì)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(duì)大型鋼齒輪而言，在無(wú)預(yù)熱條件下可直接熔覆，熔覆層均勻、連續(xù)，無(wú)裂紋、氣孔等冶金缺陷。
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?duì)輪盤進(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。
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(cè)：通過(guò)肉眼觀察和實(shí)驗(yàn)儀器檢測(cè)，探測(cè)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(duì)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(zhǎng)。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(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?br /> （4）后續(xù)加工：對(duì)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(cè)：對(duì)修復(fù)好的渦輪盤進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，確認(rèn)所有修復(fù)部位質(zhì)量達(dá)到要求。
（6）精整處理：對(duì)檢驗(yàn)后的渦輪盤進(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(fù)如新。
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。
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（進(jìn)一步清理）→熔覆前處理（將需要激光熔覆的區(qū)域清洗干凈，將存在明顯缺陷的區(qū)域整平）；
（2）質(zhì)量檢驗(yàn)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(duì)清洗干凈的表面進(jìn)行探傷，確定有無(wú)明顯的缺陷區(qū)域存在。
（3）激光熔覆：采用自主知識(shí)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(shí)噴耐磨涂層。
（5）質(zhì)量檢驗(yàn)與驗(yàn)收：檢驗(yàn)方法同步驟2，確認(rèn)激光熔覆處理后零件表面無(wú)各種缺陷，即可進(jìn)行驗(yàn)收。經(jīng)過(guò)上述處理工序，可以將軸類零件復(fù)舊如新。
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(duì)斷齒等情況進(jìn)行修復(fù)。
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（齒頂、齒根等）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(duì)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(duì)大型鋼齒輪而言，在無(wú)預(yù)熱條件下可直接熔覆，熔覆層均勻、連續(xù)，無(wú)裂紋、氣孔等冶金缺陷。
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?duì)輪盤進(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。
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(cè)：通過(guò)肉眼觀察和實(shí)驗(yàn)儀器檢測(cè)，探測(cè)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(duì)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(zhǎng)。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(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?br /> （4）后續(xù)加工：對(duì)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(cè)：對(duì)修復(fù)好的渦輪盤進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，確認(rèn)所有修復(fù)部位質(zhì)量達(dá)到要求。
（6）精整處理：對(duì)檢驗(yàn)后的渦輪盤進(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(fù)如新。