CN101333584A - 叶片进汽边激光热处理硬化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为叶片进汽边激光热处理硬化方法。其处理效果显著，达到了传统的钎焊工艺处理的效果，优于感应淬火、火焰淬火的效果。其特征在于：其采用大功率激光发生器，对沉淀硬化钢OCr17Ni4Cu4Nb、X5CrNiCuNb16－4、GTD450制成的汽轮机叶片进汽边背弧进行激光硬化处理：激光发生器的焦距：200mm～500mm、功率：1000W～6000W、扫描速度：50mm/min～1000mm/min、固溶温度：1000℃～1800℃、固溶处理激光功率密度：500w/cm2～1200w/cm2、激光固溶处理时进行冷却处理；最后进行时效处理，时效处理温度：300℃～570℃，时效处理时间：2.0h～5.0h。
Description
(一)技术领域
本发明涉及汽轮机叶片进汽边激光硬化处理方法技术领域，具体为叶片进汽边激光热处理硬化方法。
(二)背景技术
汽轮机末级、次末级叶片在使用过程中最薄弱的部位是叶片进汽边背弧靠近叶顶部位，其最易产生的缺陷是水冲蚀。经过长期运转的叶片，上述部位在一定温度下，长期遭受水蒸汽的冲蚀，将原本平整的叶片局部冲蚀成凸凹不平的锯齿形。因此，为了提高末级、次末级叶片进汽边背弧靠近叶顶部位抗水冲蚀的能力，要采用特种工艺对该部位进行特殊的处理。提高局部硬度、耐磨性，进而提高抗水蚀能力，传统的处理方法有感应淬火、火焰淬火等，感应淬火是利用高、中、工频电流使工件表面局部进行加热、冷却，获得表面硬化层的热处理方法。这种方法只是对工件一定深度的表面强化，而心部基本上保持处理前的组织和性能，因而可获得相对较高的强度，耐磨性和韧性的工艺方法，但感应淬火感应圈移动速度受到限制，使得处理工件的疲劳强度等较低，而且，感应加热只能是背弧、内弧同步加热，在取得背弧较高的硬度、强度、耐磨性的同时也牺牲了内弧较好的塑性和韧性；而火焰淬火难于控制，无论是加热温度还是加热区域，控制误差都相对较大。因此，无论是采用感应淬火还是采用火焰淬火，都有其难以克服的缺点。
按照传统的热处理理念，沉淀硬化钢需通过固溶、时效来达到强化的效果，马氏体钢是通过淬火加回火的工艺方法达到强化的效果，而激光热处理的实质是采用激光快速扫描的方法对产品的局部进行淬火处理，也就是说，沉淀硬化钢不适合采用激光处理的办法实现工件的局部强化。
(三)发明内容
针对上述问题，本发明提供了叶片进汽边激光热处理硬化方法，其处理效果显著，达到了传统的钎焊工艺处理的效果，优于感应淬火、火焰淬火的效果。
其技术方案是这样的：
其特征在于：其采用大功率激光发生器，对沉淀硬化钢0Cr17Ni4Cu4Nb、X5CrNiCuNb16-4、GTD450制成的汽轮机叶片进汽边背弧进行激光硬化处理：激光发生器的焦距200mm～500mm、功率：1000W～6000W、扫描速度：50mm/min～1000mm/min、固溶温度：1000℃～1800℃、固溶处理激光功率密度500w/cm2～1200w/cm2、激光固溶处理时进行冷却处理；最后进行时效处理，时效处理温度300℃～570℃，时效处理时间2.0h～5.0h。
其进一步特征在于：激光发生器为高功率CO2横流激光器；CO2横流激光发生器的输出光斑尺寸30mm×12mm；冷却处理采用冷水机组；
加工前将被处理的叶片其叶根及叶面型线需全部金加工；
然后用酒精清洁被处理叶片进汽边背弧表面的距叶顶50mm～1000mm、距进汽边5mm～60mm的区域，在该区域涂上一层吸光涂料，涂层厚度必须保持均匀一致，晾干，再涂第二层；晾干后待用；
将叶片吊起并装夹到机床上，圆弧齿根装到专用的夹具中，靠圆弧齿叶根的端面定位；机床顶尖顶入叶片的顶针孔内，锁紧；
手动调整机床使其回到程序执行的原点位置，使各轴在程序执行时满足叶片激光扫描的运行轨迹，叶片激光扫描的区域为靠近叶顶进汽边背弧面的465mmX28mm面积；
激光功率调至“0”(W)，执行程序，检查照射在叶片上的红色光运行是否按要求的区域轨迹进行，若不是，则需重新校正机床和重新装夹叶片，并重新执行程序，直到合乎要求为止；
使激光功率升至设定的功率值，微调时显示稳定；
调焦距观察光斑尺寸：待机床试运行重新回到原点后，放置一试板于激光出口下方距积分镜中心规设定距离处，手动按下控制箱上的光闸按钮，输出激光，检查打在试板上的光斑尺寸，若光斑尺寸不合格，则需检查扫描焦距、积分镜等是否正常；
启动程序按钮，开始激光扫描叶片。
其更进一步特征在于：所述吸光涂料采用通用吸光涂料并添加入8％～10％医用滑石粉，每次涂覆前搅拌均匀。
采用高功率激光器对沉淀硬化钢制造的汽轮机叶片进汽边进行硬化处理，处理后处理部位的硬度可以达到HV400～700，效果显著，达到了传统的钎焊工艺处理的效果，优于感应淬火、火焰淬火的效果。
(四)附图说明
图1为本发明中扫描位置示意图；
图2为本发明中扫描原理示意图。
(五)具体实施方式
见图1、图2，本发明采用大功率激光发生器，对沉淀硬化钢0Cr17Ni4Cu4Nb、X5CrNiCuNb16-4、GTD450(B50A789、K11C88A)等制成的汽轮机叶片进汽边背弧进行激光硬化处理：激光发生器为高功率CO2横流激光器，焦距200mm～500mm、最佳焦距为350mm、功率：1000W～6000W、最佳功率：3500W、扫描速度：50mm/min～1000mm/min、最佳扫描速度为525mm/min、固溶温度：1000℃～1800℃、最佳固溶温度为1400℃、固溶处理激光功率密度500w/cm2～1200w/cm2、最佳密度为850w/cm2、激光固溶处理时进行冷却处理；最后进行时效处理，时效处理温度300℃～570℃，最佳处理温度为435℃、时效处理时间2.0h～5.0h，最佳处理时间为3.5h。横流CO2激光发生器的输出光斑尺寸30mm×12mm；冷却处理采用LSQD70冷水机组、加工前将被处理的叶片其叶根1及叶面型线全部金加工；用酒精清洁被处理叶片进汽边3背弧表面2距叶顶5的距离50mm～1000mm、距进汽边5mm～60mm的区域，即图1中区域4，在区域4涂上一层搅拌均匀的吸光涂料，涂层厚度必须保持均匀一致，晾干，再涂第二层；晾干后待用；吸光涂料采用通用吸光涂料并添加入8％～10％医用滑石粉，每次涂覆前搅拌均匀。用小吊车将叶片吊起并装夹到五轴四联动数控激光加工机床上，此时机床X轴置于其轴正向最大位置叶片装卸位置，圆弧齿根装到专用的夹具中，靠圆弧齿叶根的端面定位；机床顶尖顶入叶片的顶针孔内，锁紧；手动调整机床使其回到程序执行的原点位置，使各轴在程序执行时满足叶片激光扫描的运行轨迹。叶片激光扫描的区域为靠近叶顶进汽边背弧面的465mm×28mm面积。试运行时，激光功率调至“0”(W)，执行程序，检查照射在叶片上的红色光运行是否按要求的区域轨迹进行，若不是，则需重新校正机床和重新装夹叶片，并重新执行程序，直到合乎要求为止；使激光功率升至6000W，微调时显示稳定，此时电流电位器上方电流显示值约为9A～10A；调焦距观察光斑尺寸：待机床试运行重新回到原点后，放置一试板于激光出口下方距积分镜中心200mm～400mm处，手动按下控制箱上的光闸按钮，输出激光，检查打在试板上的光斑尺寸，合格尺寸为30mm×12mm。若光斑尺寸不合格，则需检查扫描焦距、积分镜等是否正常；检查并确认工艺参数；启动程序按钮，开始激光扫描叶片；扫描结束后，机床自动回到装卸叶片位置，待叶片冷却到手可触摸时卸下叶片，装夹上新叶片进行扫描。6为出汽边、7为叶片内弧、8为激光束，图1中箭头为扫描方向。
Claims (6)
1、叶片进汽边激光热处理硬化方法，其特征在于：其采用大功率激光发生器，对沉淀硬化钢OCr17Ni4Cu4Nb、X5CrNiCuNb16-4、GTD450制成的汽轮机叶片进汽边背弧进行激光硬化处理，激光发生器的焦距200mm～500mm、功率：1000W～6000W、扫描速度：50mm/min～1000mm/min、固溶温度：1000℃～1800℃、固溶处理激光功率密度500w/cm2～1200w/cm2、固溶处理时进行冷却处理；最后进行时效处理，时效处理温度300℃～570℃，时效处理时间2.0h～5.0h。
2、根据权利要求1所述叶片进汽边激光热处理硬化方法，其特征在于：所述激光发生器为高功率CO2横流激光器。
3、根据权利要求2所述叶片进汽边激光热处理硬化方法，其特征在于：CO2横流激光器的输出光斑尺寸30mm×12mm。
4、根据权利要求3所述叶片进汽边激光热处理硬化方法，其特征在于：冷却处理采用冷水机组。
5、根据权利要求4所述叶片进汽边激光热处理硬化方法，其特征在于：
加工前将被处理的叶片其叶根及叶面型线需全部金加工；
然后用酒精清洁被处理叶片进汽边背弧表面的距叶顶50mm～1000mm、距进汽边5mm～60mm的区域，在该区域涂上一层吸光涂料，涂层厚度必须保持均匀一致，晾干，再涂第二层；晾干后待用；
将叶片吊起并装夹到机床上，圆弧齿根装到专用的夹具中，靠圆弧齿叶根的端面定位；机床顶尖顶入叶片的顶针孔内，锁紧；
手动调整机床使其回到程序执行的原点位置，使各轴在程序执行时满足叶片激光扫描的运行轨迹，叶片激光扫描的区域为靠近叶顶进汽边背弧面的465mmX28mm面积；
激光功率调至“0”(W)，执行程序，检查照射在叶片上的红色光运行是否按要求的区域轨迹进行，若不是，则需重新校正机床和重新装夹叶片，并重新执行程序，直到合乎要求为止；
使激光功率升至设定的功率值，微调时显示稳定；
调焦距观察光斑尺寸：待机床试运行重新回到原点后，放置一试板于激光出口下方距积分镜中心规设定距离处，手动按下控制箱上的光闸按钮，输出激光，检查打在试板上的光斑尺寸，若光斑尺寸不合格，则需检查扫描焦距、积分镜等是否正常；
启动程序按钮，开始激光扫描叶片。
6、根据权利要求5所述叶片进汽边激光热处理硬化方法，其特征在于：所述激光处理吸光涂料采用通用吸光涂料并添加入8％～10％医用滑石粉，每次涂覆前搅拌均匀。
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| JP2017222912A (ja) * | 2016-06-16 | 2017-12-21 | 富士電機株式会社 | 蒸気タービン翼の製造方法 |
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