CN103194747B - 一种激光熔覆制造或再制造的耐磨抗蚀风电电机轴的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种激光熔覆制造或再制造的耐磨抗蚀风电电机轴的方法，其特点是包括以下过程：（1）电机轴表面预处理，（2）选用耐磨性与电机轴性能相匹配的合金粉末作为工作层，调节重力送粉装置，预置送粉，（3）高功率激光器熔覆耐磨合金粉末，（4）熔覆后用超声波探伤法对风电电机轴进行检验。本发明用高功率CO2激光器在风电电机轴上熔覆一层与基体形成冶金结合的耐磨抗蚀涂层，从而显著改善或提高风电电机轴的耐蚀、耐磨及抗氧化特性，达到风电电机的使用要求， 具有生产率高、能耗低、熔覆层加工余量小、成品率高以及综合成本低等特点 。
Description
技术领域
本发明涉及一种发电设备部件的耐磨抗蚀方法,特别是涉及一种激光熔覆制造或再制造的耐磨抗蚀风电电机轴的方法，属于激光熔覆技术领域。
背景技术
电机是风力发电机的核心组件之一。风力发电机轴损坏的主要形式是风力发电机在运行过程中由于空气中的沙石、水份等介质的侵蚀造成电机轴承损坏或使电机轴锈蚀。在对风力电机进行轴承更换或维修安装、拆卸过程中容易产生拉伤、划伤、磕碰伤等导致整台风力发电设备报废。由于风力发电机轴是风力发电的主要核心部件，价格昂贵，有时因轴承拆卸过程中产生的划伤、磕碰伤导致风力发电机轴安装尺寸达不到工艺要求，最终导致风力发电机轴报废更换，为了减少不必要的损失，对出现拉伤、划伤的风力发电机轴各单位也曾采用过多种修复工艺或方法，例如：氩弧焊、热喷涂等工艺，但由于风力电机的使用技术要求较高，氩弧焊因为热影响区大，焊接应力大，致使电机轴整体变形，热喷涂的涂层结合强度不够，在使用中的复杂情况下，修复层易剥落，电机轴的修复成为很多企业难以解决的问题。企业往往将其报废处理，浪费大量资源。
因此，选择适当的制备风力发电机轴耐磨抗蚀涂层的工艺，使风力发电机轴耐磨抗蚀涂层与基体结合强度高、耐磨抗蚀性能好、合金涂层的厚度均匀，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。
目前，关于利用激光熔覆工艺制备设备部件耐磨抗蚀合金涂层的专利很多：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 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CO
2
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。
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，例如像风力发电机轴这样的特殊结构，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风力发电机轴耐磨抗蚀涂层，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完成风力发电机轴耐磨抗蚀涂层的工艺方法，仍需所属领域的技术人员利用公知的激光熔覆技术，针对特定的耐磨抗蚀风力发电机轴制造或再制造课题进一步作出创造性的研究工作，以便能给出能够令人满意的激光熔覆制造或再制造的耐磨抗蚀风电电机轴的方法。
发明内容
本发明的目的就在于解决现有技术存在的上述问题，提供一种激光熔覆制造或再制造的耐磨抗蚀风电电机轴的方法。本发明利用高功率CO
2
激光器在40Cr、35CrMo材质的风电电机轴上熔覆一层耐磨抗蚀涂层的方法。该方法可制备与基体形成冶金结合的耐磨涂层，从而显著改善或提高风电电机轴的耐蚀、耐磨及抗氧化特性，达到风电电机的使用要求。
本发明给出的技术方案是：这种激光熔覆制造或再制造的耐磨抗蚀风电电机轴的方法，其特点是包括以下过程。
（1）电机轴表面预处理。
在室温下用车床对风电电机轴的锈蚀或划伤部位进行机加处理，用超声波探伤法对风电电机轴进行检验，要求电机轴无裂纹、气孔、夹杂等缺陷。
（2）合金粉末的选择和重力送粉装置的调节。
选用耐磨性与电机轴性能相匹配的合金粉末作为工作层，该合金粉末成分为：C 1.05～1.15，Cr 16～22，Si 0.8～1.0，W 1.0～1.4，Mn O.5～O.7，Mo 1.0～1.2，Ni 3～5，V 0.10～0.20，余量为Fe。调节重力送粉装置，预置送粉，调节送粉量，使合金粉末涂层的厚度达到0.8—1.1mm。
（3）高功率激光器熔覆耐磨合金层。
选用高功率CO
2
激光器，以数控机床为工作台，用有红旗纸烧斑法选取最佳的激光模式，然后利用高功率CO
2
激光成套设备熔覆耐磨合金层；采取重力送粉方式预置合金粉末，具体工艺参数如下。
聚焦镜f = 200～400 。
熔覆功率P=3000～5000W 。
光斑直径D=1.5～3.5mm 。
熔覆扫描速度V=500～1200mm/min。
搭接率40～60% 。
（4）熔覆后探伤检验。
用超声波探伤法对风电电机轴进行检验，要求电机轴无裂纹、夹杂、气孔等缺陷。
本发明使用的激光器类型是高功率CO
2
气体激光器，其最高功率是10000W，波长10.6微米，可实现窄带快速扫描以及宽带矩形扫描进行熔覆。
本发明通过选取强度高韧性好且热物理性能与基材相近的材料制造熔覆风电电机轴。采用重力送粉法激光熔覆处理，在基材表面形成均匀致密的优良耐磨抗蚀涂层。
与现有技术相比，本发明的有益效果是。
1、激光熔覆合金涂层均匀、致密，在满足风电电机轴安装的条件下，涂层具有优良的耐磨抗蚀性能，采用本发明技术制造或再制造的风电电机轴能显著提高耐磨抗蚀性能和使用寿命。
2、韧性好强度高、基材与熔覆层材料冶金相容性好，提高风电电机轴整体性能。
与常规的表面涂覆工艺相比较，激光熔覆变形量小，激光束的功率、位置和形状等能够精确控制，易实现选区甚至微区熔覆，且涂层成分稀释率低，涂层厚度也可准确控制，属于无接触型处理，以及整个过程很容易实现自动控制；另外，激光熔覆工艺对环境无污染、无辐射、低噪声，还具有生产率高、能耗低、熔覆层加工余量小、成品率高以及综合成本低等特点得到广泛的应用。因此，采用激光熔覆技术将产生显著的经济效益和社会效益。
具体实施方式
实施例1。
在风电电机轴表面激光熔覆制备耐磨抗蚀涂层工艺，包括以下过程。
1、电机表面预处理。
在室温下用车床对风电电机轴的锈蚀或划伤部位进行机加处理。
用超声波探伤法对风电电机轴进行检验，要求加工部位无裂纹、气孔、夹杂等缺陷。
2、合金粉末的选择和重力送粉装置的调节。
选用耐磨性能与电机轴性能相匹配的合金粉末作为工作层，粉末成分为。
C 1.05，Cr 16，Si 1.0，W 1.2，Mn O.5，Mo 1.1，Ni 3，V 0.10， 余量为Fe。
调节重力送粉装置，预置送粉，调节送粉量，使合金粉末涂层的厚度达到0.8mm。
3、高功率激光器熔覆耐磨合金层。
选用高功率CO
2
激光器，以数控机床为工作台，用红旗纸烧斑法选取最佳的激光模式，然后利用高功率CO
2
激光成套设备熔覆耐磨合金层；采取重力送粉方式预置合金粉末，具体工艺参数如下。
聚焦镜f = 300-400。
熔覆功率P=4000W。
光斑直径D=3.5mm。
熔覆扫描速度V=1000mm/min。
搭接率50% 。
实施例2。
在风电电机轴表面激光熔覆制备耐磨抗蚀涂层工艺，包括以下过程。
1、电机表面预处理。
在室温下用车床对风电电机轴的锈蚀或划伤部位进行机加处理。
用超声波探伤法对风电电机轴进行检验，要求加工部位无裂纹、气孔、夹杂等缺陷。
2、合金粉末的选择和自动送粉装置的调节。
选用耐磨性且与电机轴性能相匹配的合金粉末作为工作层，粉末成分为。
C 1.10，Cr 20，Si 0.9，W 1.0，Mn O.6，Mo 1.2，Ni 4，V 0.15，余量为Fe。
调节重力送粉装置，预置送粉。调节送粉量，使合金粉末涂层的厚度达到0.9mm。
3、高功率激光器熔覆耐磨合金层。
选用高功率CO
2
激光器，以数控机床为工作台，用红旗纸烧斑法选取最佳的激光模式，然后利用高功率CO
2
激光成套设备熔覆耐磨合金层；采取重力送粉方式预置合金粉末，具体工艺参数如下。
聚焦镜f = 300-400。
熔覆功率P=4000W。
光斑直径D=3.5mm。
熔覆扫描速度V=1200mm/min。
搭接率50% 。
实施例3。
在风电电机轴表面激光熔覆制备耐磨抗蚀涂层工艺，包括以下过程。
1、电机表面预处理。
在室温下用车床对风电电机轴的锈蚀或划伤部位进行机加处理。
用超声波探伤法对风电电机轴进行检验，要求加工部位无裂纹、气孔、夹杂等缺陷。
2、合金粉末的选择和自动送粉装置的调节。
选用耐磨性且与电机轴性能相匹配的合金粉末作为工作层，粉末成分为。
C 1.15，Cr 22，Si0.8，W 1.4，Mn O.7，Mo 1.0，Ni 5，V 0.2，余量为Fe。
调节重力送粉装置，预置送粉。调节送粉量，使合金粉末涂层的厚度达到1.1mm。
3、高功率激光器熔覆耐磨合金层。
选用高功率CO
2
激光器，以数控机床为工作台，用红旗纸烧斑法选取最佳的激光模式，然后利用高功率CO
2
激光成套设备熔覆耐磨合金层；采取重力送粉方式预置合金粉末，具体工艺参数如下。
聚焦镜f = 300-400。
熔覆功率P=4000W。
光斑直径D=3.5mm。
熔覆扫描速度V=1200mm/min。
搭接率50% 。
Claims (1)
1.一种激光熔覆制造或再制造的耐磨抗蚀风电电机轴的方法，包括以下过程：
（1）电机轴表面预处理
在室温下用车床对风电电机轴的锈蚀或划伤部位进行机加处理，用超声波探伤法对风电电机轴进行检验，要求电机轴无裂纹、气孔、夹杂缺陷；
（2）合金粉末的选择和重力送粉装置的调节
选用耐磨性与电机轴性能相匹配的合金粉末作为工作层；
调节重力送粉装置，预置送粉，调节送粉量，使合金粉末涂层的厚度达到0.8—1.1mm；
（3）高功率激光器熔覆耐磨合金层
选用高功率CO2激光器，以数控机床为工作台，用有红旗纸烧斑法选取的激光模式，然后利用高功率CO2激光成套设备熔覆耐磨合金层，采取重力送粉方式预置合金粉末，具体工艺参数如下：
聚焦镜f = 200～400 ，
熔覆功率P=3000～5000W
光斑直径D=1.5～3.5mm ，
熔覆扫描速度V=500～1200mm/min，
搭接率40～60% ；
（4）熔覆后探伤检验
用超声波探伤法对风电电机轴进行检验，要求电机轴无裂纹、夹杂、气孔缺陷；
其特征在于所述的作为工作层的合金粉末成分的重量百分数%为：
C 1.10，Cr 20，Si 0.9，W 1.0，Mn O.6，Mo 1.2，Ni 4，V 0.15，余量为Fe；或
C 1.15，Cr 22，Si0.8，W 1.4，Mn O.7，Mo 1.0，Ni 5，V 0.2，余量为Fe。
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