專利名稱：高溫高速輪盤損傷區激光修復重建之工藝方法
技術領域：
本發明涉及一種高溫高速輪盤損傷區激光修復重建之工藝方法，主要適用于進口或國產煙機一、二級輪盤遭受催化劑粒子的沖擊損傷，燃氣輪機輪盤的熱腐蝕損傷和蒸氣輪機渦輪盤氣蝕損傷等，也適用于工作在其它狀態下的所有高溫合金輪盤的修復。
服役在高溫高速并有環境侵蝕情況下的輪盤、往往會發生表面局部區域損傷，諸如煉油廠、催化裂化裝置能量回收機組中的煙氣膨脹機(簡稱煙機)一二級輪盤，工作溫度為720℃左右，轉速為6363轉/分，遭受到高速催化劑顆粒的沖擊，在輪盤榫齒處發生10～12mm深的沖蝕損傷區，從而降低了輪盤的強度，由于該輪盤是WaspaloyNi基超合金，通常的熔焊修補易受熱損傷，產生熱裂紋。為了動平衡和消除沖蝕溝尖角應力集中，目前均采用車削加工去掉沖刷溝。有限元強度計算，輪盤經過一次車削10mm，壽命由100000小時降到16700小時，如果再次車削10mm壽命將降至1300小時，輪盤基本處于報廢狀態。然而如此之類的高溫高速輪盤都是很昂貴的，制造也很困難，一直是制約煙機的使用和維修的關鍵問題。
為解決煙機輪盤之類的高溫高速輪盤受工況環境侵蝕所引起局部區域損傷的幾何形狀修復并且延長輪盤的大修期這樣的工業需求，本發明的目的提供一種激光修復重建高溫高速輪盤損傷區之工藝方法，利用本工藝方法可以恢復輪盤損傷區的幾何形狀并同時提高損傷區抗環境再侵蝕性能。
本發明之工藝方法是這樣實現的本發明之工藝方法主要步驟是利用可精確調制高能量密度的激光束輻照快速地將Co基或Ni基自熔合金或它們的混合粉料逐層地熔合到輪盤損傷區基體上，使之相互間實現良好的冶金結合并形成硬度分布梯度層，具體步驟如下激光輻照參數功率密度≥104W/cm2；掃描速度2.0mm/秒～15mm/秒。
激光輻照方式直線掃描、或旋轉掃描或兩者的復合；選區置粉選區輻照；逐層置粉逐層輻照。
粉未預置方式手控置敷，自動喂送或兩者的復合，并借用銅質或石墨或其它高溫陶瓷材料，利用胎具來協助粉未的預置與控制輪盤沖蝕區激光原位鑄敷成型。
本工藝方法還包括在此激光輻照加工之前需要進行修復準備，即進行通常的輪盤的無損檢測與強度計算，以判明該輪盤是否還有使用及修復的價值；同時還需對輪盤沖蝕區表面進行適當的機加工修整和表面清潔處理。本工藝方法還包括在此激光輻照加工之后對激光修復重建層質量的檢測與修補。
檢測合格后，再采用大型立磨機床和手動打磨工具將激光修復重建層磨修到輪盤被沖之前的幾何狀態，隨之再進行X光，熒光和著色探傷檢測，并對檢測出來明顯缺陷采用CO2激光和YAG激光進行修補，最后，對激光修復重建表面用布輪全面進行拋光。如有必要可在此表面噴鍍耐沖蝕涂料如WC，SiC，可以進一步提高輪盤抗沖蝕能力。經激光修復重建后的輪盤組裝后需進行通常的轉子動平衡調整。經過上述一系列步驟運作之后，整個輪盤轉子修復，清洗一新，便可重新投入運行了。對于輪盤的修復重建區的再損傷，本工藝方法可再次重復使用。
本發明之優點修復方法簡單，容易操作，輪盤基體不受大的熱作用，不變形，輪盤修復重建后強度提高，具有抗壞環境侵蝕性能，輪盤可以反復修復，多次使用，是高溫高速輪盤修復的有效方法，具有很大的經濟價值。
本發明之實施例實施例1煉油廠120萬噸/年催化裂催化裂化裝置能量回收機組中，美國進口的E-232型煙機輪盤直徑800，材質Waspaloy，經一段運行在輪盤榫齒區域發生了深為10～12mm的沖刷溝痕，采用修復準備，激光輻照，形狀磨修，缺陷修復，拋光和轉子動平衡這樣的一整套激光原位鑄敷修復重建工藝過程，對該輪盤進行了修復重建。
激光原位鑄敷加工參數為功率密度 105W/cm2掃描速度 2.0～3.5mm/秒直線與旋轉復合光掃描，選區置粉，選區輻照，逐層置粉，逐層輻照，自動喂送粉未，Cu質胎具，粉未材料為Co基與Ni基混合粉末，激光鑄敷修復重建層最大高度15mm。實踐證明，首臺激光修復重建后的某煉油廠煙機二級輪盤運轉569天，完全達到預期效果。
權利要求
1.一種采用激光輻照原位鑄敷修復重建高溫高速旋轉輪盤受工況環境沖蝕的損傷區之工藝方法，其特征是該工藝方法由激光輻照參數與方式，預置金屬粉末材料與預置方法和工藝過程組成等，其內容如下1)激光輻照參數為激光輻照功率密度≥104w/cm2激光照射速度為2.0mm/秒～15mm/秒2)激光輻照方式激光束聚焦形狀為園形或矩形；直激光束掃描方式為直線掃描、旋轉掃描或兩者的復合；逐層置粉輻照，層層生長。3)金屬粉末材料Ni基自熔合金粉，Co基自熔合金粉或兩者按比例混合的復合粉。4)粉末預置方法平面置敷，自動喂送或兩者的復合，采用銅質或石墨或其它高溫陶瓷材料的胎具來協助粉末的預置和控制輪盤沖蝕區激光熔敷成型。5)激光原位鑄敷修復重建工藝過程(1)修復準備(2)按上述1～4過程實施(3)形狀修復(4)缺陷修復(5)機械拋光(6)噴涂硬化層(7)轉子動平衡
全文摘要
本工藝方法屬于一種對服役在高速旋轉并受到粒子沖蝕,機械磨損或熱腐蝕的輪盤的激光修復重建工藝方法,特點是利用高能聚焦激光束將特別的金屬粉末熔合在輪盤的沖蝕區形成梯度敷層,以此恢復輪盤厚設計幾何尺寸,同時具有比輪盤材料更高的耐沖蝕性能,優點:不降低輪盤理強度,同時新建梯度敷層有一定承載能力,方法簡單,實施方便,是一種修復輪盤較為理想的工藝方法。
文檔編號B23P6/00GK1199663SQ9711102
公開日1998年11月25日 申請日期1997年5月17日 優先權日1997年5月17日
發明者王茂才, 陳江, 吳維, 白林祥, 龍康, 王烈炯, 華偉剛, 竇明倫, 莊波, 王維巖, 邵丕仁, 王賦春, 王行義 申請人:中國科學院金屬腐蝕與防護研究所