CN101871036A - 用于汽轮机低压末级叶片的激光处理工艺 - Google Patents
用于汽轮机低压末级叶片的激光处理工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于汽轮机低压末级叶片的激光处理工艺，被处理部位在所述叶片进汽边的背弧处，所述激光处理工艺按下列步骤进行：预处理步骤：清洁叶片表面，在叶片被处理部位均匀涂敷吸光涂料；激光处理步骤：激光器输出的激光束功率密度为10～15W/mm2，激光束在焦点处呈矩形光斑，叶片按矩形光斑的短边的延长线方向移动，且移动速度需使叶片被处理部位表面的持续受激光作用时间为4～10秒；硬化处理步骤：将冷却至室温的叶片送入温度为200～500℃的热处理炉中，保温1～10小时，然后出炉空冷却至室温。该工艺可取代钎焊硬质合金片，使被处理叶片在具有良好的防水蚀性能的同时，根除硬质合金片脱落隐患。
Description
技术领域
本发明涉及一种机械加工工艺，具体涉及一种用于汽轮机低压末级叶片的激光处理工艺。
背景技术
汽轮机低压末级动叶片在湿蒸汽条件下工作，蒸汽中的凝结水滴会与末级动叶片的进汽边不断进行撞击，导致叶片产生水蚀。超临界、超超临界汽轮机组低压末级动叶片的长度在1.1米以上，叶片进汽边的线速度会达到700米/每秒以上，加之超临界、超超临界汽轮机低压缸的排汽湿度比亚临界机组要大，因此低压末级动叶片水蚀问题更为严重。
汽轮机组低压末级动叶片通常采用马氏体或马氏体沉淀硬化不锈钢材料。传统的末级动叶片防水蚀的方法是在进汽边背弧侧，即迎水滴冲击的部位钎焊钴基硬质合金片，虽然这种方法的防水蚀效果较好，但钴基硬质合金片在钎焊过程会导致叶片基体材料的疲劳强度下降。同时若钴基硬质合金片与叶片基体钎焊结合不良可能使叶片在运行中发生钴基硬质合金片脱落，脱落的钴基硬质合金片撞击高速运动着的末级动叶片，会导致严重后果产生。因此这种传统的防水蚀的方法存在缺陷和事故隐患。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种用于汽轮机低压末级叶片的激光处理工艺，该工艺可取代钎焊硬质合金片，使被处理叶片在具有良好的防水蚀性能的同时，根除硬质合金片脱落隐患，使叶片运行更安全、可靠。
实现上述目的的一种技术方案是：一种用于汽轮机低压末级叶片的激光处理工艺，被处理部位在所述叶片进汽边的背弧处，所述激光处理工艺按下列步骤进行：
(1)预处理步骤：清洁叶片表面，在叶片被处理部位均匀涂敷吸光涂料；
(2)激光处理步骤：激光器输出的激光束功率密度为10～15W/mm2，激光束在焦点处呈矩形光斑，叶片按矩形光斑的短边的延长线方向移动，且移动速度需使叶片被处理部位表面的持续受激光作用时间为4～10秒；
(3)硬化处理步骤：将冷却至室温的叶片送入温度为200～500℃的热处理炉中，保温1～10小时，然后出炉空冷却至室温。
上述的用于汽轮机低压末级叶片的激光处理工艺，其中，所述矩形光斑的长边长度为30～35mm，短边长度为6～12mm。
上述的用于汽轮机低压末级叶片的激光处理工艺，其中，执行所述激光处理步骤时，采用的激光器为横流CO2多模激光器，采用的激光输出镜为焦距大于300mm、输出光束为矩形光斑的积分聚焦镜。
上述的用于汽轮机低压末级叶片的激光处理工艺，其中，所述汽轮机低压末级叶片的材料为马氏体或马氏体沉淀硬化不锈钢。
本发明的用于汽轮机低压末级叶片的激光处理工艺的技术方案，可使末级动叶片进汽边缘的材料硬化，可使末级动叶片进汽边缘的材料达到与钴基硬质合金材料同样的硬化效果，可取代钎焊硬质合金片，使被处理叶片在具有良好的防水蚀性能的同时，根除硬质合金片脱落隐患，使叶片运行更安全、可靠。本发明的激光硬化处理方法可使叶片表面硬度最高达Hv：500以上，大于Hv：400的材料硬化层深度最深可大于10mm，硬化带宽度可达30～35mm，大大高于一般激光处理效果。
附图说明
图1为本发明的用于汽轮机低压末级叶片的激光处理工艺中采用的激光处理装置的示意图。
具体实施方式
为了能更好地对本发明的技术方案进行理解，下面通过具体的实施例并结合附图进行详细地说明：
本发明的用于汽轮机低压末级叶片的激光处理工艺，叶片1的被处理部位10在叶片进汽边的背弧处；激光处理工艺采用的激光处理装置(见图1)，包括激光器2、激光输出镜3及移动工作台4，其中，激光器2为横流CO2多模激光器；激光输出镜3为焦距大于300mm、输出光束在焦点处呈矩形光斑30的积分聚焦镜，矩形光斑30的长边长度为30～35mm，短边长度为6～12mm。
本发明的用于汽轮机低压末级叶片的激光处理工艺按下列步骤进行：
(1)预处理步骤：清洁叶片1表面，在叶片被处理部位10均匀涂敷吸光涂料；
(2)激光处理步骤：要求激光器2输出激光束20的功率密度为10～15W/mm2；叶片1按矩形光斑30的短边的延长线方向移动，且移动速度需使叶片1被处理部位10表面的持续受激光作用时间为4～10秒。
(3)硬化处理步骤：将冷却至室温的叶片1送入温度为200～500℃的热处理炉中，保温1～10小时，然后出炉空冷却至室温。
表1为材料为马氏体或马氏体沉淀硬化不锈钢的汽轮机叶片采用本发明的用于汽轮机低压末级叶片的激光处理工艺的实施例：
表2为相应上述表1的实施例测得的汽轮机叶片进汽边背弧处的硬化数据：
经对实施例的检测数据分析，可以得到：采用本发明的用于汽轮机低压末级叶片的激光处理工艺，即采用输出焦距大于300mm、矩形积分聚焦光斑的横流CO2多模激光器，对材料为马氏体或马氏体沉淀硬化不锈钢的汽轮机叶片进汽边背弧处实施激光处理，在叶片完成后续硬化处理后，可使被处理处表面硬度达Hv：500左右，硬化层深度(以大于Hv：400计)达3～10mm。硬化层宽度不窄于激光焦点处矩形光斑的长边的长度，在积分镜光斑尺寸的长边为30mm的情况下，无需搭接单道扫描，其硬化带宽度可达30～35mm。通过对叶片进汽边背弧处材料的硬化，可取代钎焊硬质合金片，使被处理叶片在具有良好的防水蚀性能的同时，根除硬质合金片脱落隐患，使叶片运行更安全、可靠。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。
Claims (4)
1.一种用于汽轮机低压末级叶片的激光处理工艺，被处理部位在所述叶片进汽边的背弧处，其特征在于，所述激光处理工艺按下列步骤进行：
(1)预处理步骤：清洁叶片表面，在叶片被处理部位均匀涂敷吸光涂料；
(2)激光处理步骤：激光器输出的激光束功率密度为10～15W/mm2，激光束在焦点处呈矩形光斑，叶片按矩形光斑的短边的延长线方向移动，且移动速度需使叶片被处理部位表面的持续受激光作用时间为4～10秒；
(3)硬化处理步骤：将冷却至室温的叶片送入温度为200～500℃的热处理炉中，保温1～10小时，然后出炉空冷却至室温。
2.根据权利要求1所述的用于汽轮机低压末级叶片的激光处理工艺，其特征在于，所述矩形光斑的长边长度为30～35mm，短边长度为6～12mm。
3.根据权利要求1或2所述的用于汽轮机低压末级叶片的激光处理工艺，其特征在于，执行所述激光处理步骤时，采用的激光器为横流CO2多模激光器，采用的激光输出镜为焦距大于300mm、输出光束为矩形光斑的积分聚焦镜。
4.根据权利要求1所述的用于汽轮机低压末级叶片的激光处理工艺，其特征在于，所述汽轮机低压末级叶片的材料为马氏体或马氏体沉淀硬化不锈钢。
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| CN103898297A (zh) * | 2012-12-24 | 2014-07-02 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种整体叶盘激光冲击强化方法 |
| CN106636564A (zh) * | 2016-12-30 | 2017-05-10 | 无锡透平叶片有限公司 | 一种叶片进气边的激光搭接硬化方法 |
| CN109750138A (zh) * | 2019-01-10 | 2019-05-14 | 无锡透平叶片有限公司 | 一种汽轮机大厚度叶片进汽边激光硬化方法 |
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2009
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