CN102453908B - 一种冶金trt机组承缸的修复工艺 - Google Patents

Abstract

一种冶金TRT机组承缸的修复工艺，使用高功率光斑快速扫描熔覆区，使缸体损伤部位表面微熔，微熔层为0.05～0.1mm，使缸体表面的游离碳和其它有害相来不及溶解析出，其特点是由下列工序组成：(1)承缸的检测；(2)承缸损伤部位的机械清理；(3)根据损伤部位形状制造镶嵌锻件；(4)锻件与承缸的快速激光熔覆；(5)承缸的机械加工复形。本发明修复的承缸，其合金覆层由镍基合金底层、钴基合金面层构成，具有修复工艺适应性强、操作简便、热变形小、焊接组织均匀、残余应力小和可不做修复热处理的特点，而且修复后的TRT承缸性能远优于原设计性能。

Description

一种冶金TRT机组承缸的修复工艺

技术领域

本发明涉及一种冶金设备部件的修复技术，特别是涉及一种利用激光熔覆技术修复TRT机组承缸的工艺。

背景技术

能量回收透平装置(简称TRT-Blast Furnace Top Gas Recovery TurbineUnit)是世界公认的钢铁企业重大能量回收装置。它是利用高炉炉顶煤气的余压余热，把煤气导入透平膨胀机，使压力能和热能转化为机械能，驱动发电机发电的一种能量回收装置。该装置运行过程中不需要耗费新能源，具有减少环境污染和能量浪费、稳定炉顶压力、改善高炉生产条件从而实现无公害发电的优点，是支持循环经济的绿色能源产品，现已成为当今世界钢铁行业公认的节能环保装置。我国属能源紧缺的国家，从可持续发展战略上倡导绿色能源的开发利用，因此TRT装置对我国的经济发展和环境保护有着不可替代的作用，是国内外大力推广的节能环保设备。TRT机组承缸是TRT机组上很重要的部件之一，尺寸和重量较大，构造复杂，制作成本较高。

TRT机组承缸一般采用灰口铸铁铸造而成，耐冲刷性能较差。在TRT机组运行过程中，TRT机组承缸受高温高炉煤气冲蚀，而且高炉煤气杂质含量较大，因此，TRT机组承缸冲刷是TRT机组损坏的普遍现象。以前的维修方式一般采用电焊修补方法，存在有较大的缺陷：电焊修补热影响区大，且焊接区组织晶粒粗大，强度差，存在很大的内应力，极易产生裂纹，可焊性极差，而且会产生很大的变形。

因此，选择适当的TRT机组承缸的修复工艺，使修复后的TRT机组承缸性能不低于原设计性能，是所属领域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修复设备部件的专利和报道很多：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修复处理，取得一定的技术效果。但对其他特定的设备部件，例如像TRT机组承缸这样的特定设备部件，现有的激光熔覆工艺参数已明显不能适应。

经本申请人检索查证：采用激光熔覆工艺修复TRT机组承缸，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修复TRT机组承缸的工艺参数，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修复TRT机组承缸处理难的课题，通过反复研究改进，给出了一种新的冶金TRT机组承缸的修复工艺。该修复工艺使用高功率光斑快速扫描熔覆区，使缸体损伤部位表面微熔，微熔层仅0.05～0.1mm，缸体表面的游离碳和其它有害相来不及溶解析出，不仅保证了熔覆层的质量。而且快速熔覆工作效率是传统熔覆的10倍。使用此工艺方法修复的承缸，其合金覆层由镍基合金底层、钴基合金面层构成，镍基合金的底层与基体浸润性好、结合强度高，而钴基合金的面层有较高的蠕变极限、良好的持久强度和较好的抗热疲劳及断裂性能，可以满足承缸的工作条件。

本发明给出的技术方案是：这种冶金TRT机组承缸的修复工艺，使用高功率光斑快速扫描熔覆区，使缸体损伤部位表面微熔，微熔层为0.05～0.1mm，使缸体表面的游离碳和其它有害相来不及溶解析出，其特点是由下列工序组成：

(1)承缸的检测

将缸套在立式车床上进行跳动检测和尺寸检测，确定损伤部位；

(2)承缸损伤部位的机械清理

对承缸损伤部位进行机械清理，去除表面疲劳金属层；

(3)根据损伤部位形状制造镶嵌锻件

按照机械清理后承缸的损伤形状制造一个环形锻件，并把它镶嵌在承缸缸体内，锻件的材质选用抗冲刷腐蚀性能远优于原承缸材质的合金钢，例如2Cr13，锻件锻造后经过热处理和无损检测，合格后进行机械加工，并把其镶嵌在承缸损伤部位，边缘留出适量的焊接破口；

(4)锻件与承缸的快速激光熔覆

采用同步送粉激光熔覆的方式，进行锻件与承缸的快速激光熔覆作业，其熔覆层由镍基合金底层、钴基合金面层构成，其中镍基合金底层与基体浸润性好、结合强度高，而钴基合金面层有较高的蠕变极限、良好的持久强度和较好的抗热疲劳及断裂性能，激光熔覆操作过程中的工艺参数是：

激光功率    6200～8000W，

光斑直径    6～11mm，

光斑移动速度100～150mm/s；

(5)承缸的机械加工复形

把修复后的承缸置于立式车床上按原设计尺寸对承缸进行机械加工复形。

本发明选用作为底层的镍基合金合金粉末的化学成份按重量百分数(％)为：Cr 11～20、Mo 2～3、W 2～4、余量为Ni。

本发明选用作为面层的钴基合金粉末的化学成份按重量百分数(％)为：Cr21～30、W 2～6、Mo 2～11、余量为Co。

为更好的实现本发明的目的，所述作为底层的镍基合金合金粉末中还可以至少含有Al、Ti、C、N、B、Si、Nd、Cu中的一种，其加入的重量百分数(％)含量低于5。

为更好的实现本发明的目的，所述作为面层的钴基合金粉末中还可以至少含有Al、Ti、N、B、Si、Nd、Cu中的一种，其加入的重量百分数(％)含量低于5。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：实现了传统方法不易实现对TRT承缸的修复，具有修复工艺适应性强、操作简便、热变形小、焊接组织均匀、残余应力小和可不做修复热处理的特点，而且修复后的TRT承缸性能远优于原设计性能。

附图说明

附图为修复后的TRT承缸结构示意图。

具体实施方式

实施例1MPG4.4-219型TRT机组承缸修复

如图所示，承缸缸体1重量约7吨，长度为4m，最大直径1.6m，转子转速3000转/分，承缸缸体1材质ht-350，承缸缸体1表面冲蚀减薄，最大损伤深度为35mm以上并多处存在裂纹。损伤部位经机械清理后采用2Cr13锻件2镶嵌后表面用特制的镍基合金和特制的钴基合金粉末激光熔覆层3修复，激光熔覆的工艺参数为：激光功率7200～7500W，光斑直径10mm，光斑移动速度120mm/s；再把修复后的承缸置于立式车床上按原设计尺寸对承缸进行机械加工复形。经验收合格经过各种测试，其硬度指标达到原硬度要求的HB220～260，无损探伤检测没有孔洞、夹渣、裂纹等缺陷；金相分析结果，熔覆层组织为致密的奥氏体组织；经验收合格。

承缸修复后上机运转，没有剥落、起皮等不良现象产生，运转正常，使用寿命是原设计寿命的2倍以上。

本实施例选用作为底层的镍基合金合金粉末的化学成份按重量百分数(％)为：

Cr 12、Mo 2、W 2、Al 1.5、Ti 2.5、余量为Ni；

作为面层的钴基合金粉末的化学成份按重量百分数(％)为：

Cr 25、W 4、Mo 6、Al 2、Ti 2、余量为Co。

实施例2MPG3.5-200型TRT机组承缸修复

承缸缸体1重量约3吨，长度为2m，最大直径1.2m，转子转速3000转/分，承缸缸体1材质ht-250，承缸缸体1表面冲蚀减薄，最大损伤深度为25mm以上并多处存在裂纹。损伤部位经机械清理后采用2Cr13锻件2镶嵌后表面用特制的镍基合金和特制的钴基合金粉末激光熔覆层3修复，激光熔覆的工艺参数为：激光功率6500～6800W，光斑直径12mm，光斑移动速度100mm/s；再把修复后的承缸置于立式车床上按原设计尺寸对承缸进行机械加工复形。经验收合格经过各种测试，其硬度指标达到原硬度要求的HB230～250，无损探伤检测没有孔洞、夹渣、裂纹等缺陷；金相分析结果，熔覆层组织为致密的奥氏体组织；经验收合格。

承缸修复后上机运转，没有剥落、起皮等不良现象产生，运转正常，使用寿命是原设计寿命的2倍以上。

本实施例选用作为底层的镍基合金合金粉末的化学成份按重量百分数(％)为：

Cr 10、Mo 2.2、W 2.3、Al 2、Ti 3.5、余量为Ni；

作为面层的钴基合金粉末的化学成份按重量百分数(％)为：

Cr 15、W 1.5、Mo 2、Al 1.5、Ti 2.5、余量为Co。

同传统激光熔覆工艺相比，本发明的工艺特点如下：

Claims (1)

1.一种冶金TRT机组承缸的修复工艺，其特征在于所述的冶金TRT机组承缸为MPG3.5-200型TRT机组承缸，该承缸缸体重量约3吨，长度为2 m，最大直径1.2m，转子转速3000转/分，承缸缸体材质ht-250, 承缸缸体表面冲蚀减薄，最大损伤深度为25mm以上并多处存在裂纹，其修复过程为：

损伤部位经机械清理后采用2Cr13锻件镶嵌后表面用特制的镍基合金和特制的钴基合金粉末激光熔覆层修复，激光熔覆的工艺参数为：激光功率6500～6800W，光斑直径12mm，光斑移动速度100mm/s；

再把修复后的承缸置于立式车床上按原设计尺寸对承缸进行机械加工复形，经验收其硬度指标达到原硬度要求的HB230～250，无损探伤检测没有孔洞、夹渣、裂纹缺陷；

金相分析结果，熔覆层组织为致密的奥氏体组织；经验收合格；

选用作为底层的镍基合金合金粉末的化学成份按重量百分数（%）为：

Cr 10、Mo 2.2、W 2.3、Al 2、Ti 3.5、余量为Ni；

作为面层的钴基合金粉末的化学成份按重量百分数（%）为：

Cr 15、W 1.5、Mo 2、Al 1.5、Ti 2.5、余量为Co 。