CN103233222A

CN103233222A - 一种汽轮机末级叶片进气边表面的激光熔覆方法

Info

Publication number: CN103233222A
Application number: CN2013101335417A
Authority: CN
Inventors: 陶兴启; 黄旭东; 廖运生
Original assignee: WUHAN DIANJIN LASER TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: WUHAN DIANJIN LASER TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-04-17
Filing date: 2013-04-17
Publication date: 2013-08-07

Abstract

本发明提出了一种汽轮机末级叶片进气边表面的激光熔覆方法，包括以下步骤：步骤S1：对汽轮机末级叶片进气边表面进行预处理；步骤S2：选择钴基合金粉末；步骤S3：调节数控激光加工机的同步送粉装置，使得所述钴基合金粉末自动送入数控激光加工机的激光熔池内；通过所述CO₂横流激光器或半导体激光器产生高功率的聚焦激光束，该聚焦激光束与自动送粉头沿汽轮机末级叶片进气边表面指定方向进给进行激光熔覆，所述汽轮机末级叶片表面加工形成均匀致密的钴基合金粉末熔覆层；步骤S4：用着色探伤法对上述汽轮机末级叶片进气边表面的激光熔覆部位进行检验。本发明大大提高了汽轮机叶片耐蚀性能及使用寿命，保证了汽轮机机组效率及运行安全。

Description

一种汽轮机末级叶片进气边表面的激光熔覆方法

技术领域

本发明涉及激光熔覆技术领域，特别涉及一种汽轮机末级叶片进气边表面的激光熔覆方法。

背景技术

汽轮机是一种以蒸汽为动力，并将蒸汽的热能转化为机械功的旋转机械，是现代火力发电厂中应用最广泛的原动机，其具有单机功率大、效率高、寿命长等优点。

其中，叶片是汽轮机最精细、最重要的零件之一，汽轮机叶片的安全可靠性能直接关系到汽轮机乃至整个电厂设备的安全与工作效率。一旦叶片发生断裂，将引起机组振动、通流部分动、静摩擦，同时损失效率；若没有及时发现或及时处理，将引起事故扩大，可能导致整台机组毁坏，其经济损失数以万计。

汽轮机末级叶片型线下部存在的可能损伤包括：出汽边蒸汽冲蚀损伤、外来硬质异物击伤和固体粒子侵蚀、叶片断裂、结垢及其它损伤。其中，蒸汽冲蚀形成的锯齿状毛刺不仅会造成叶片应力集中以及减小叶片叶型根部截面的面积，还会影响到叶片的振动特性，大大削弱叶片的强度，这样无疑就增加了末级叶片断裂的危险性。

另外，由于蒸汽冲蚀形成的蚀坑具有形状不规则，也给维修带来较大的难度。因此，汽轮机末级叶片材料的抗疲劳性能如何，特别是在湿蒸汽工作条件下的材料抗腐蚀能力直接影响到末级叶片的可靠性。

现有技术中，通常对汽轮机末级叶片采取防护措施所用的方法包括：一是寻找抗热疲劳性能和耐磨性好的合金材料，二是对叶片进行表面处理，以提高其抗热疲劳性能和耐磨性。然而，采用传统的钎焊技术时，由于叶片涂层与基体之间为物理结合，其结合力小、涂层厚度受限，组织致密性差，稀释率大，缺陷多，易造成局部应力过大。因此，汽轮机末级叶片经过长时间水蚀后，合金层剥落非常严重，造成叶片的抗热疲劳性能和耐磨性能较差，影响到汽轮机机组效率及运行安全。

发明内容

本发明的目的是提出一种汽轮机末级叶片进气边表面的激光熔覆方法，能提高汽轮机叶片耐蚀性能及使用寿命，保证汽轮机机组效率及运行安全。

为达到上述目的，本发明提出了一种汽轮机末级叶片进气边表面的激光熔覆方法，包括以下步骤：

步骤S1：对汽轮机末级叶片进气边表面进行预处理；

步骤S2：选择钴基合金粉末，所述钴基合金粉末的各成分重量百分含量为：

C：1.0～1.5%、Cr：25～30%、Ni：0.5～0.9%、Mn：0.1～0.15%、Si：1.0～1.5%、W：3.5～5.0%、Fe：0.6～0.9%，余量为Co；

步骤S3：选用CO₂横流激光器或半导体激光器及数控激光加工机，调节数控激光加工机的同步送粉装置，使得所述钴基合金粉末自动送入数控激光加工机的激光熔池内；

通过所述CO₂横流激光器或半导体激光器产生高功率的聚焦激光束，该聚焦激光束与自动送粉头沿汽轮机末级叶片进气边表面指定方向进给进行激光熔覆，所述汽轮机末级叶片表面加工形成均匀致密的钴基合金粉末熔覆层；

激光熔覆工艺参数如下：

激光功率P＝3000～4000W；

聚焦矩形光斑尺寸：长为8～10mm，宽为1～1.5mm；

或长为2.5～3.5mm宽为1～1.5mm；

所述高功率聚焦激光束扫描速度V＝300～600mm/min，搭接率40～50％；

所述钴基合金粉末熔覆层的厚度为0.8～2mm；

步骤S4：用着色探伤法对上述汽轮机末级叶片进气边表面的激光熔覆部位进行检验，确保该处无裂纹、气孔或夹杂的缺陷。

进一步，在所述一种汽轮机末级叶片进气边表面的激光熔覆方法中，所述步骤S1具体包括：

在室温下对汽轮机末级叶片进气边表面的待激光熔覆部位进行除油、除锈，并用酒精清洗干净；

用着色探伤法对叶片进气边表面加工部位进行检验，确保该处无裂纹、气孔或夹杂的缺陷。

进一步，在所述一种汽轮机末级叶片进气边表面的激光熔覆方法中，所述步骤S3中还包括：通过窄带积分镜调节所述CO2横流激光器或半导体激光器的离焦量，使得该聚焦激光束的光斑为矩形，其中，所述窄带积分镜调节长为3mm，宽为1mm，所述聚焦激光束的光斑的长为2.5mm，宽为1.5mm。

进一步，在所述一种汽轮机末级叶片进气边表面的激光熔覆方法中，所述钴基合金粉末的各成分重量百分含量优选为：C：1.21%、Cr：28.44%、Ni：0.65%、Mn：0.13%、Si：1.25%、W：4.44%、Fe：0.79%，余量为Co。

进一步，在所述一种汽轮机末级叶片进气边表面的激光熔覆方法中，所述钴基合金粉末的各成分重量百分含量优选为：C：1.0 %、Cr：30%、Ni：0.5%、Mn：0.15%、Si：1.0%、W：3.5%、Fe：0.9%，余量为Co。

进一步，在所述一种汽轮机末级叶片进气边表面的激光熔覆方法中，所述钴基合金粉末的各成分重量百分含量优选为：C：1.5 %、Cr：25%、Ni：0.9%、Mn：0.1%、Si：1.5%、W：5.0%、Fe：0.6%，余量为Co。

本发明一种汽轮机末级叶片进气边表面的激光熔覆方法采用具有良好的抗腐蚀性和耐磨性的合金粉末作为激光熔覆合金材料，通过聚焦激光束将具有耐磨抗蚀性能的合金粉末均匀地熔覆在汽轮机末级叶片上，大大提高了汽轮机叶片耐蚀性能及使用寿命，保证了汽轮机机组效率及运行安全。

附图说明

图1为本发明一种汽轮机末级叶片进气边表面的激光熔覆方法一实施例的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

本发明提出一种汽轮机末级叶片进气边表面的激光熔覆方法，其采用具有良好的抗腐蚀性和耐磨性的合金粉末作为激光熔覆合金材料，通过激光熔覆方法将具有耐磨抗蚀性能的合金粉末均匀地熔覆在汽轮机叶片上，形成均匀致密的冶金结合涂层，熔覆层与基体形成牢固的冶金结合而不产生剥落，大大提高了汽轮机叶片耐蚀性能及使用寿命，保证了汽轮机机组效率及运行安全。

请参阅图1，本发明一种汽轮机末级叶片进气边表面的激光熔覆方法包括以下步骤：

步骤S1：对汽轮机末级叶片进气边表面进行预处理；

激光熔覆工艺参数如下：

激光功率P＝3000～4000W；

聚焦矩形光斑尺寸：长为8～10mm，宽为1～1.5mm；

或长为2.5～3.5mm宽为1～1.5mm；

所述钴基合金粉末熔覆层的厚度为0.8～2mm；

其中，所述步骤S1具体包括：

所述步骤S2中钴基合金粉末的各成分重量百分含量优选为：C：1.21%、Cr：28.44%、Ni：0.65%、Mn：0.13%、Si：1.25%、W：4.44%、Fe：0.79%，余量为Co。

所述步骤S3中还包括：通过窄带积分镜调节所述CO2横流激光器或半导体激光器的离焦量，使得该聚焦激光束的光斑为矩形，其中，所述窄带积分镜调节长为3mm，宽为1mm，所述聚焦激光束的光斑的长为2.5mm，宽为1.5mm。

以下结合具体实施例进一步来说明本发明汽轮机末级叶片进气边表面的激光熔覆方法。

实施例1:

对汽轮机末级叶片进气边表面进行预处理；

选择钴基合金粉末，所述钴基合金粉末的各成分重量百分含量为：

C：1.21%、Cr：28.44%、Ni：0.65%、Mn：0.13%、Si：1.25%、W：4.44%、Fe：0.79%，余量为Co；

选用DJ-LPM-I型CO₂横流激光器或半导体激光器及SIMENS的数控激光加工机，调节数控激光加工机的同步送粉装置，使得所述钴基合金粉末自动送入数控激光加工机的激光熔池内；

通过所述CO₂横流激光器或半导体激光器产生高功率聚焦激光束，该高功率聚焦激光束与自动送粉头沿汽轮机末级叶片进气边表面指定方向进给进行激光熔覆，所述汽轮机末级叶片按设定转速旋转，在所述汽轮机末级叶片表面加工形成均匀致密的钴基合金粉末熔覆层；

激光熔覆工艺参数如下：

激光功率P＝4000W；

聚焦矩形光斑尺寸：长为8mm，宽为1.5mm；

所述高功率聚焦激光束扫描速度V＝400mm/min，搭接率45％；

所述钴基合金粉末熔覆层的厚度为0.8～2mm；

用着色探伤法对上述汽轮机末级叶片进气边表面的激光熔覆部位进行检验，确保该处无裂纹、气孔或夹杂的缺陷。

实施例2

对汽轮机末级叶片进气边表面进行预处理；

C：1.0 %、Cr：30%、Ni：0.5%、Mn：0.15%、Si：1.0%、W：3.5%、Fe：0.9%，余量为Co；

激光熔覆工艺参数如下：

激光功率P＝4000W；

聚焦矩形光斑尺寸：长为10mm，宽为1mm；

所述高功率聚焦激光束扫描速度V＝300mm/min，搭接率40％；

所述钴基合金粉末熔覆层的厚度为0.8～2mm；

实施例3

对汽轮机末级叶片进气边表面进行预处理；

C：1.5 %、Cr：25%、Ni：0.9%、Mn：0.1%、Si：1.5%、W：5.0%、Fe：0.6%，余量为Co；

激光熔覆工艺参数如下：

激光功率P＝3500W；

聚焦矩形光斑尺寸：长为2.5mm，宽为1.5mm；

所述高功率聚焦激光束扫描速度V＝600mm/min，搭接率50％；

所述钴基合金粉末熔覆层的厚度为0.8～2mm；

相比于现有技术，本发明一种汽轮机末级叶片进气边表面的激光熔覆方法采用具有良好的抗腐蚀性和耐磨性的合金粉末作为激光熔覆合金材料，通过聚焦激光束将具有耐磨抗蚀性能的合金粉末均匀地熔覆在汽轮机末级叶片上，以形成均匀致密的钴基合金粉末熔覆层，解决了传统方法焊接制造汽轮机叶片进气边表面的热影响区大、稀释率大、熔覆层厚度大、组织稀松且焊层容易剥落等问题。

本发明钴基合金粉末熔覆层的耐热腐蚀性能优于镍基高温合金，使得熔覆层与汽轮机末级叶片的基体形成牢固的冶金结合层具有优良的耐磨抗蚀性能，大大提高了汽轮机叶片耐蚀性能及使用寿命，保证了汽轮机机组效率及运行安全。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims

1.一种汽轮机末级叶片进气边表面的激光熔覆方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤S1：对汽轮机末级叶片进气边表面进行预处理；

激光熔覆工艺参数如下：

激光功率P＝3000～4000W；

聚焦矩形光斑尺寸：长为8～10mm，宽为1～1.5mm；

或长为2.5～3.5mm宽为1～1.5mm；

所述钴基合金粉末熔覆层的厚度为0.8～2mm；

2.根据权利要求1所述的一种汽轮机末级叶片进气边表面的激光熔覆方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：

3.根据权利要求1所述的一种汽轮机末级叶片进气边表面的激光熔覆方法，其特征在于，所述步骤S3中还包括：通过窄带积分镜调节所述CO2横流激光器或半导体激光器的离焦量，使得该聚焦激光束的光斑为矩形，其中，所述窄带积分镜调节长为3mm，宽为1mm，所述聚焦激光束的光斑的长为2.5mm，宽为1.5mm。

4.根据权利要求1所述的一种汽轮机末级叶片进气边表面的激光熔覆方法，其特征在于，所述钴基合金粉末的各成分重量百分含量优选为：C：1.21%、Cr：28.44%、Ni：0.65%、Mn：0.13%、Si：1.25%、W：4.44%、Fe：0.79%，余量为Co。

5.根据权利要求1所述的一种汽轮机末级叶片进气边表面的激光熔覆方法，其特征在于，所述钴基合金粉末的各成分重量百分含量优选为：C：1.21%、Cr：28.44%、Ni：0.65%、Mn：0.13%、Si：1.25%、W：4.44%、Fe：0.79%，余量为Co。

6.根据权利要求1所述的一种汽轮机末级叶片进气边表面的激光熔覆方法，其特征在于，所述钴基合金粉末的各成分重量百分含量优选为：C：1.0 %、Cr：30%、Ni：0.5%、Mn：0.15%、Si：1.0%、W：3.5%、Fe：0.9%，余量为Co。

7.根据权利要求1所述的一种汽轮机末级叶片进气边表面的激光熔覆方法，其特征在于，所述钴基合金粉末的各成分重量百分含量优选为：C：1.5 %、Cr：25%、Ni：0.9%、Mn：0.1%、Si：1.5%、W：5.0%、Fe：0.6%，余量为Co。