CN102021566B

CN102021566B - 一种煤粉炉锅炉管防腐涂层的制造方法

Info

Publication number: CN102021566B
Application number: CN200910187572.4A
Authority: CN
Inventors: 刘豫; 陈江
Original assignee: DALU LASER TECHNOLOGY Co Ltd SHENYANG
Current assignee: Shanghai continental Laser Surface Engineering Co., Ltd.
Priority date: 2009-09-23
Filing date: 2009-09-23
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2029-09-23
Also published as: CN102021566A

Abstract

一种煤粉炉锅炉管防腐涂层的制造方法，其特点是有以下步骤：清理锅炉管表面部位，打磨需要熔覆的部位，将氧化层和疲劳层去除干净；激光熔覆，用5000w二氧化碳气体激光器进行激光熔覆，激光熔覆材料的组成为：Cr、Ti、Si、Nb、Y、Hf、B、Ni，熔覆参数为光斑直径4mm，熔池深度为0.1～0.2mm，激光功率为2500W～4000W，搭接1mm，扫描速度6～8mm/s，置粉厚度1mm；检测：利用测厚仪对熔覆厚度进行检测，用渗透探伤检测方法对熔覆层可能出现的裂纹、气孔、夹杂缺陷进行检测。本发明可以使面层和基材达到冶金结合，避免了因结合力不足而出现面层脱落的现象。

Description

一种煤粉炉锅炉管防腐涂层的制造方法

技术领域

本发明涉及一种锅炉部件的防腐方法，特别是涉及一种采用激光熔覆技术的煤粉炉锅炉管防腐涂层的制造方法，属于IPC国际专利分类表中的C23C24/10(2006.01)I技术领域。

背景技术

燃煤、燃油锅炉是当前我国重要的能量转换装置，涉及到国民经济各部门，腐蚀磨损是工业锅炉普遍存在的问题。锅炉管的腐蚀磨损一直是电力工业中存在的严重问题，造成的生产危害和经济损失十分严重。

低温热腐蚀是燃煤、燃油锅炉管在运行过程中最为常见的腐蚀形式，其破坏力大。依材料、环境的不同，在500~750℃范围内均可能发生低温热腐蚀。由于燃煤中含有一定的硫、碱土金属等杂质，在煤的燃烧过程中，这些杂质会形成SO₂/SO₃等气体及一些固体沉积物，其中Na₂SO₄和K₂SO₄同时沉积在燃煤的燃烧装置中是比较普遍的。在此过程中，服役设备表面本身也会形成一些金属氧化物如铁氧化物、镍氧化物、铬氧化物等，其中的铁氧化物和镍氧化物能与气氛中的组分SO₃反应形成相应的硫酸盐，并可与设备表面的燃烧沉积物Na₂SO₄、K₂SO₄等进一步作用形成低熔点共晶熔融盐，从而引起合金的快速腐蚀。

在现有技术中防止金属腐蚀的常用方法有：改变金属的内部组织结构，例如制造各种耐腐蚀的合金，如在普通钢铁中加入铬、镍等制成不锈钢；保护层法，在金属表面覆盖保护层，使金属制品与周围腐蚀介质隔离，从而防止腐蚀。如：

1.在钢铁制件表面涂上机油、凡士林、油漆或覆盖搪瓷、塑料等耐腐蚀的非金属材料。

2.用电镀、热镀、喷镀等方法，在钢铁表面镀上一层不易被腐蚀的金属，如锌、锡、铬、镍等。这些金属常因氧化而形成一层致密的氧化物薄膜，从而阻止水和空气等对钢铁的腐蚀。

然而在钢铁表面涂机油、凡士林、油漆、塑料等方法进行防腐，因这些高分子化合物不能耐高温，所以无法在锅炉中使用；搪瓷虽然能耐高温，但锅炉管需要焊接，单根锅炉管表面有搪瓷层后，无法对其进行焊接，而锅炉管在焊接完成后再进行表面搪瓷，由于其外形尺寸太大无法进行搪瓷处理；电镀、热镀、喷镀等方法因面层材料和基材不是冶金结合，面层材料和基材的热膨胀系数不同，因而涂层易出现脱落现象。

因此，选择适当的煤粉炉锅炉管防腐涂层的制造方法，使煤粉炉锅炉管管壁内的防腐层与基体结合强度高、加工误差小、防腐层的厚度均匀，是当前亟待解决的课题。

激光熔覆技术作为一种先进的再制造技术，近年来得到了迅速推广和广泛应用。

激光熔覆技术利用高能量激光束聚集能量极高的特点，瞬间将在基材表面预置或与激光同步自动送置的、具有特殊物理、化学或力学性能的合金粉末完全熔化，同时基材部分熔化，形成一种新的复合型材料，激光束扫描后快速凝固，获得与基体冶金结合的致密覆层，以达到恢复几何尺寸和表面强化的目的。

目前，关于利用激光熔覆工艺进行设备部件防腐的专利和报道很多：例如，

公开号为CN1202534的中国发明专利申请给出的《金属表面等离子喷涂后激光熔覆制备陶瓷涂层的方法》，该方法是先在金属表面用等离子喷涂方法制备陶瓷涂层，然后在激光照射的同时，将陶瓷粉末喷向涂层表面，对陶瓷涂层进行二次熔覆处理。

公开号为CN1786272的中国发明专利申请给出的《激光熔覆镍基纳米WC/Co预涂层的制备方法》，该制备方法包括下列步骤：①按每克重的虫胶与10～20克重的无水乙醇称量虫胶和无水乙醇，然后将所述的虫胶加入无水乙醇中制成粘结剂；②根据需要按每克镍基纳米WC/Co粉末与0.1毫升～0.25毫升的粘结剂的比例，称量镍基纳米WC/Co粉末和所述的粘结剂并混合，充分搅拌均匀制成预涂胶；③将上述预涂胶均匀地涂在待激光熔覆处理的工件表面，制成预涂层；④烘干。采用自制的粘结剂制备镍基纳米WC/Co预涂层，然后再采用激光熔覆工艺，制备出了表面较平整，较细密、基本消除了裂纹与孔隙并与基体呈冶金结合的镍基纳米WC/Co复合涂层。

公开号为CN101338427的中国发明专利申请给出的《液压支架立柱缸筒、活塞杆耐磨抗蚀涂层的激光熔覆工艺》，包括以下工艺过程：首先立柱缸筒、活塞杆表面预处理：室温下对立柱缸筒、活塞杆表面进行除油、除锈，并用酒精清洗干净；然后合金粉末的选择和自动送粉装置的调节：选用具有优良耐磨抗蚀性能且与基体冶金相容性良好的铁基合金粉末，铁基合金粉末的成份中主要含有Fe、C、Cr、Ni、Mo、Si、N、Nb、Ta、B；最后自动送粉装置的调节：调节自动送粉装置，使自动送粉头出来的合金粉末正好落在激光熔池内，调节送粉量，使合金粉末涂层的厚度达到0.6-1.2mm。

公开号为CN101338425的中国发明专利申请给出的《铁路道岔滑床板表面耐磨抗蚀合金涂层激光熔覆工艺》，包括以下工艺过程：首先滑床板表面预处理，即在室温下对滑床板表面进行除油除锈，并用酒精清洗干净；然后是合金粉末的预置，即把待熔覆的铁基、镍基或钴基合金粉末预置于上述处理后的滑床板表面，并用带有导轨的刮尺来调整预制合金粉末，使之均匀分布在滑床板表面并具有适当的厚度，以满足熔覆后涂层厚度的要求；最后是光熔覆强化滑床板，选用气体CO₂激光器，工作台为数控机床，在滑床板表面进行激光熔覆强化。

公开号为CN101338428的中国发明专利申请给出的《镐形截齿齿体头部激光熔覆耐磨涂层强化工艺》，包括以下工艺过程：首先是截齿齿体头部表面预处理；然后是合金粉末的选择和自动送粉装置的调整；最后是截齿头部激光熔覆耐磨合金涂层。

现有技术给出的上述技术方案虽能利用激光熔覆工艺对部分设备部件进行防腐耐磨涂层处理，并通过配制适当的熔覆材料克服了激光熔层存在的裂纹、气孔和微观结构不均匀性的问题，取得一定的技术效果。但对其他特定的设备部件，例如像煤粉炉锅炉管这样的特殊结构，现有的激光熔覆工艺已明显不能适应。

经本申请人检索查证：采用激光熔覆工艺完成煤粉炉锅炉管防腐，国内尚无先例，国外也没有见到相关报道。因此，寻找出适当的采用激光熔覆工艺完成煤粉炉锅炉管防腐方法，仍需所属领域的技术人员进一步作出创造性的研究工作。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术对煤粉炉锅炉管防腐处理难的课题，通过反复研究改进，给出了一种新的煤粉炉锅炉管防腐涂层的制造方法，该防防腐涂层的制造方法可使煤粉炉锅炉管的防腐层与基体结合强度高、适应性强、操作简单、加工误差小、防腐层的厚度均匀，该防腐涂层的制造方法明显优于现有的防腐技术。

本发明给出的技术方案是：这种煤粉炉锅炉管防腐涂层的制造方法，其特点是包括有以下步骤：

1.清理锅炉管表面部位，打磨需要熔覆的部位，将氧化层和疲劳层去除干净；

2.激光熔覆，用5000W二氧化碳气体激光器进行激光熔覆，激光熔覆材料的组成为：Cr：40～45％；Ti：4～8％；Si：0.1～0.3％；Nb：0.1～0.3％；Y：0.1～0.3％；Hf：0.1～0.3％；B；0.1～0.3％；Ni：余量，熔覆参数为光斑直径4mm，熔池深度为0.1～0.2mm，激光功率为2500W～4000W，搭接1mm，扫描速度6～8mm/s，置粉厚度1mm；

3.检测：利用测厚仪对熔覆厚度进行检测，用渗透探伤检测方法对熔覆层可能出现的裂纹、气孔、夹杂等缺陷进行检测。

为更好的完成本发明的目的，所述激光熔覆在数控加工机工装上进行，该工装主要包括有数控加工机底座，该数控加工机底座的一端上设有床头箱及与床头箱相连接的卡盘，该数控加工机底座的另一端上设有顶尖。将锅炉管装卡在卡盘上找正夹紧，床头箱提供动力带动卡盘旋转，激光器数控操作机输入扫描速度，卡盘进行旋转，激光头调好焦距，出光进行激光熔覆，顶尖对锅炉管末端悬空顶紧，起固定作用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：可以使面层和基材达到冶金结合，避免了因结合力不足而出现面层脱落的现象；本发明不受锅炉管的形态限制，即不但可以对单根锅炉管进行面层熔覆，也可以对焊接成型的锅炉管进行面层熔覆。

附图说明

附图为激光熔覆用工装机构的示意图

具体实施方式

实施例1取现场使用的锅炉管一根，制造防腐涂层。

工艺步骤如下：

1、检测锅炉管外径尺寸，并记录。

2、将需要熔覆的部位进行打磨，将氧化层和疲劳层去除干净。

3、激光熔覆：

A、将锅炉管装卡在激光器数控加工机床上，找正夹紧。

B、激光熔覆，选定激光熔覆材料的组成为：Cr：40～45％；Ti：4～8％；Si：0.1～0.3％；Nb：0.1～0.3％；Y：0.1～0.3％；Hf：0.1～0.3％；B；0.1～0.3％；Ni：余量，熔覆前用丙酮将熔覆部位清洗干净，进行激光熔覆，光斑直径为4mm，激光功率2500W~4000W，熔池深度为0.1~0.2mm，搭接1mm，置粉厚度1mm，扫描速度6mm/s。

4、尺寸检测，测量熔覆后管件外径尺寸，得到厚度1mm左右的金属熔覆层。

5、着色探伤检测。

附图所示为激光熔覆过程中使用的工装，主要有数控加工机底座1，床头箱2，旋转卡盘3，激光头4，顶尖5，其中数控加工机底座1的一端上设有床头箱 2及与床头箱2相连接的卡盘3，该数控加工机底座1的另一端上设有顶尖5。激光熔覆时，将锅炉管装卡在旋转卡盘3上，床头箱2提供动力使旋转卡盘3进行旋转，将激光头4调好焦距，顶尖5顶紧锅炉管末端，激光头4出光进行激光熔覆。

Claims

1.一种煤粉炉锅炉管防腐涂层的制造方法，其特征在于有以下步骤：

1)检测锅炉管外径尺寸，并记录;

2)将需要熔覆的部位进行打磨，将氧化层和疲劳层去除干净;

3)激光熔覆：

A、将锅炉管裝卡在激光器数控加工机床上，找正夹紧, 该工装主要有数控加工机底座(1)，床头箱(2)，旋转卡盘(3)，激光头(4)，顶尖(5),其中数控加工机底座(1)的一端上设有床头箱(2)及与床头箱(2)相连接的卡盘(3)，该数控加工机底座(1)的另一端上设有顶尖(5),激光熔覆时，将锅炉管裝卡在旋转卡盘(3)上，床头箱(2)提供动力使旋转卡盘(3)进行旋转，将激光头(4)调好焦距，顶尖(5)顶紧锅炉管末端，激光头(4)出光进行激光熔覆;

B、激光熔覆，选定激光熔覆材料的组成为：

Cr：40～45%；Ti：4～8%；Si：0.1～0.3%；Nb：0.1～0.3%；Y：0.1～0.3%；Hf：0.1～0.3%；B；0.1～0.3%；Ni：余量;

光斑直径为4mm，激光功率2500W～4000W,熔池深度为0.1～0.2mm，搭接1mm，置粉厚度1mm，扫描速度6mm/s;

4)尺寸检测，测量熔覆后管件外径尺寸，得到厚度1 mm的金属熔覆层;

5)着色探伤检测。