CN103286459B - 大型pta干燥机密封面磨损现场精密脉冲堆焊修复工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于大型化工设备密封面现场原位修复技术，具体为一种大型PTA干燥机密封面磨损现场精密脉冲堆焊修复工艺，（1）磨损处堆焊前清理；（2）精密脉冲显微堆焊：选择耐磨性较基体高且焊接性优良的镍/钴基合金作为磨损处的堆焊材料，采用精密脉冲显微堆焊机对磨损处进行堆焊；（3）堆焊层预加工：采用电动或气动打磨工具对堆焊层进行预加工；（4）精加工：采用油石及不同粒度的砂纸对修复面进行最后精加工，以满足密封面尺寸及精度要求。本发明对大型装置的密封面进行现场原位堆焊修复，堆焊过程中基体一直维持在较低温度，无变形；所得堆焊层与基体呈冶金结合，强度高，所用堆焊材料较基体耐磨性高，堆焊效率高、成本较低。
Description
技术领域
本发明属于大型化工设备密封面现场原位修复技术，具体的说是一种大型PTA干燥机密封面磨损现场精密脉冲堆焊修复工艺。
背景技术
精对苯二甲酸（PTA）是生产聚酯薄膜、纤维及包装树脂的原料，而聚酯纤维和包装树脂又是服装、食品饮料包装行业的重要原材料。随着我国服装等相关行业的迅猛发展，国内PTA产量已无法跟上市场需求。百万吨级PTA干燥机是PTA实现大规模生产的重要装置以往该设备要全部依赖国外进口，每套设备的价格高达上亿元人民币，百万吨级PTA干燥机是我国“十一五”规划重点攻关项目之一，目前我国首台百万吨级PTA干燥机已经研制成功，其价格只有国外同类设备的一半，结束了我国大型石化关键设备长期依赖进口的历史，填补了国内重大装备制造领域的空白。目前，国内的一些大型化工企业已安装国产百万吨级PTA干燥机并投入正式生产，为企业带来了巨大的经济效益。然而，随着设备的不断运行也暴露出设备的一些小问题，比如进料端及出料端密封不严，尤其是出料端，成品从密封面间隙溢出，影响了设备的正常运行。
对于该类部件的磨损修复主要考虑以下几个问题：（1）修复工艺的可行性，修复工艺要综合考虑部件的实际工作情况来确定修复工艺的可行性；（2）修复工期，修复工期不能太长，对企业来说时间就是金钱，修复时间必须控制在企业可以接受的范围之内；（3）修复质量，堆焊层的各方面性能要与原件性能相当甚至较原件性能好；（4）修复费用，修复费用不可能太高，修复费用一般为新件的10-20％，太高很多企业也不能接受。
对于该类密封面磨损的常见修复方法有以下几种，但是各有优缺点。（1）返厂车削，该修复方法的优点是车削部位表面材质没有变化，光洁度高。但是返厂车削时间长而且费用比较高；密封面车削后必须配非标密封圈，密封面若再次磨损就有报废的危险。结合部件实际工况条件来看，该密封面是整体焊接在干燥机上的，不可能采用此修复方法。（2）电刷镀修复，该修复方法的优点是可以现场修复，容易操作；修复工期较短；刷镀时工件温升低，无变形，镀层残余应力小，表面金相组织无变化。但是电刷镀堆焊层结合强度低；硬度较低，耐磨性较差，只能修复非承力部位；操作不当镀层会整块脱落。该密封面出厂时采用的电刷镀镍进行强化，但是现场情况来看镀镍层已经大部分脱落，电刷镀也不适合该部件的修复。（3）激光熔覆焊修复，该修复方法的优点是可以现场修复；堆焊层与基体冶金结合，永不脱落；材料的原则性广，选择合适的熔覆材料，可以使修复层耐磨性成倍提高，但是激光熔覆设备复杂，不易操作；修复时间较长，效率较低；长时间连续工作，基体变形大，残余应力水平较高易产生裂纹；修复费用高。（4）微弧火花沉积修复，该修复方法的优点是适合现场修复，操作容易，堆焊层与基体冶金结合，永不脱落；堆焊修复时工件温升低，无变形，不产生热应力，修复部位温度维持在60℃以内。但是该修复方法的最大缺点是修复效率很低。
发明内容
为了克服现有修复技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种大型PTA干燥机密封面磨损现场精密脉冲堆焊修复工艺，解决现有电刷镀堆焊层结合强度低、硬度较低、耐磨性较差，以及激光熔覆焊设备复杂不易操作、修复效率很低、残余应力水平较高、易产生裂纹等问题。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种大型PTA干燥机密封面磨损现场精密脉冲堆焊修复工艺，包括如下步骤：
（1）磨损处堆焊前清理
首先采用抹布将大部分的密封油脂擦掉，剩余未清除部分采用吸水纸进行进一步的擦拭，然后用煤油及丙酮清洗磨损处；最后采用精密电动打磨工具去除磨损处的疲劳层；
（2）精密脉冲堆焊
选择耐磨性、耐蚀性较基体高且焊接性优良的镍基或钴基合金作为磨损处的堆焊材料，镍基焊丝直径为1-1.6mm，其名义成分为：Ni-22Cr-10Mo-5Nb-4Fe-0.1C；钴基焊丝直径为1-1.6mm，其名义成分为Co-30Cr-5W-1.2C；
对于磨损较深的部分首先采用镍基焊丝进行堆焊，然后再用钴基耐磨焊丝进行堆焊；堆焊过程中减小密封面温度的升高，采用环向对称堆焊法，堆焊后加工余量为0.2-0.5mm；
（3）堆焊层预加工
首先采用气动打磨工具对堆焊后的0.2-0.5mm余量进行打磨，使其剩余0.05-0.15mm；然后采用精密电动打磨工具进行打磨，使堆焊层剩余0.04-0.06mm；
（4）精加工
精加工需采用油石与砂纸相结合的方式进行加工，首先采用油石对堆焊区域进行打磨，使修复面与基体面平行但略高于基体面，然后采用不同粒度的砂纸240号、800号、1000号、2000号依次对堆焊层进行抛光，砂纸抛光过程中使该密封面旋转，保证抛光的均匀性。
所述的大型PTA干燥机密封面磨损现场精密脉冲堆焊修复工艺，步骤（2）中，采用精密脉冲显微堆焊机对磨损处进行堆焊，焊接参数为脉冲电流35-45A，脉冲时间40-50ms，脉冲频率2-5Hz。
所述的大型PTA干燥机密封面磨损现场精密脉冲堆焊修复工艺，步骤（4）中，修复面高于基体面0.01-0.02mm。
所述的大型PTA干燥机密封面磨损现场精密脉冲堆焊修复工艺，步骤（4）中，密封面的旋转速度为5-15转/分钟。
本发明的优点及有益效果是：
1、采用本发明工艺热影响区小，通过脉冲超短时放电，实现了前所未有的低热输入堆焊层；结合强度高，由于形成了良好的冶金结合，焊后不会剥落。采用Ni-Cr-Mo合金时，其抗拉强度达到750-800MPa，屈服强度达到400-460MPa；采用Co-Cr-W合金时，其抗拉强度达到800-850MPa，屈服强度达到650-700MPa，硬度达到HRC40-45。
2、采用本发明工艺焊后无裂纹，无变形的塌边，无气孔和砂眼。
3、本发明工艺使用方便灵活，可现场修补，节约设备拆装费用和时间。
4、本发明工艺使用不同硬度的焊材，可以得到不同硬度的堆焊层。
5、本发明工艺堆焊速度快，堆焊效率超过微弧火花沉积及脉冲激光熔覆；堆焊修复成本适中。
附图说明
图1为实施例1干燥机密封面磨损现场无变形精密脉冲显微堆焊修复组织示意图。
图2为实施例2干燥机密封面磨损现场无变形精密脉冲显微堆焊修复组织示意图。
图3为实施例3干燥机密封面磨损现场无变形精密脉冲显微堆焊修复组织示意图。
具体实施方式
本发明针对大型PTA干燥机密封面磨损现场精密脉冲堆焊修复工艺，其工艺步骤为：
（1）磨损处堆焊前清理：由于工作环境的要求，密封面处涂抹了许多密封油脂，首先采用抹布将大部分的密封油脂擦掉，剩余未清除部分采用吸水纸进行进一步的擦拭，然后用煤油及丙酮清洗磨损处；最后采用精密电动打磨工具去除磨损处的疲劳层。
本发明中，精密电动打磨工具的规格、型号、生产厂家为：韩国世新STRONG技工打磨机90(102)或204(102L)。
（2）精密脉冲显微堆焊：修复的目的不仅仅是为了达到原来的使用要求，而应该做到堆焊层的各方面性能较原来基体高，因此选择耐磨性、耐蚀性较基体高且焊接性优良的镍/钴基合金作为磨损处的堆焊材料，镍基焊丝直径为1-1.6mm，其名义成分为：Ni-22Cr-10Mo-5Nb-4Fe-0.1C（按重量百分比计，Cr22，Mo10，Nb5，Fe4，C0.1，Ni余）；钴基焊丝直径为1-1.6mm，其名义成分为Co-30Cr-5W-1.2C（按重量百分比计，Cr30，W5，C1.2，Co余）。对于磨损较深（深度为0.8-1mm）的部分首先采用镍基焊丝进行堆焊，然后再用钴基耐磨焊丝进行堆焊。堆焊设备选用中国科学院金属研究所的精密脉冲显微对焊机（PPWWM-1型），焊接参数为脉冲电流35-45A，脉冲时间40-50ms，脉冲频率2-5Hz。堆焊过程中为了尽可能的减小温度的升高，采用环向对称堆焊法，堆焊后加工余量为0.2-0.5mm。
本发明中，环向对称堆焊法是指：修复过程中两名技术人员在密封面对称部位进行堆焊修复，此时两人焊丝成180°。
本发明中，干燥机密封面的合金成分为：Fe-13.5Ni-17Cr-2.5Mo（按重量百分比计，Ni13.5，Cr17，Mo2.5，Fe余）。
（3）堆焊层预加工：由于该密封面所在位置不适合车床及磨床的加工条件，因此选择了效率较高的气动及电动打磨工具，首先采用气动打磨工具对堆焊后的0.2-0.5mm余量进行打磨，使其剩余约0.1mm左右；然后采用精密电动打磨工具进行打磨，使堆焊层剩余约0.05mm。
（4）最后精加工：最后的精加工需采用油石与砂纸相结合的方式进行加工，首先采用油石对堆焊区域进行打磨，使修复面与基体面平行但略高于（0.01-0.02mm）基体面，然后采用不同粒度的砂纸240号、800号、1000号、2000号依次对堆焊层进行抛光，砂纸抛光过程中让该密封面以适合速度旋转（旋转速度为5-15转/分钟），有利于抛光的均匀性。
实施例1
本实施例对重量为300吨的大型PTA干燥机密封面进行修复，干燥机密封面磨损现场无变形精密脉冲显微堆焊修复工艺，包括如下步骤：
（1）磨损处堆焊前清理
首先采用抹布将大部分的密封油脂擦掉，剩余未清除部分采用吸水纸进行进一步的擦拭，然后用煤油及丙酮清洗磨损处；最后采用精密电动打磨工具去除磨损处的疲劳层；
（2）精密脉冲显微堆焊
选择耐磨性、耐蚀性较基体高且焊接性优良的镍基或钴基合金作为磨损处的堆焊材料，镍基焊丝直径为1-1.6mm，其名义成分为：Ni-22Cr-10Mo-5Nb-4Fe-0.1C；钴基焊丝直径为1-1.6mm，其名义成分为Co-30Cr-5W-1.2C；
对于磨损较深的部分首先采用镍基焊丝进行堆焊，然后再用钴基耐磨焊丝进行堆焊；堆焊过程中减小密封面温度的升高，采用环向对称堆焊法，堆焊后加工余量为0.2mm；
采用精密脉冲显微堆焊机对磨损处进行堆焊，焊接参数为脉冲电流40A，脉冲时间45ms，脉冲频率3Hz。
（3）堆焊层预加工
首先采用气动打磨工具对堆焊后的0.2mm余量进行打磨，使其剩余0.1mm；然后采用精密电动打磨工具进行打磨，使堆焊层剩余0.05mm；
（4）精加工
精加工需采用油石与砂纸相结合的方式进行加工，首先采用油石对堆焊区域进行打磨，使修复面与基体面平行但略高于基体面，修复面高于基体面0.015mm，然后采用不同粒度的砂纸240号、800号、1000号、2000号依次对堆焊层进行抛光，砂纸抛光过程中使该密封面旋转，密封面的旋转速度为12转/分钟，保证抛光的均匀性。
采用精密脉冲显微堆焊技术对大型装置的密封面进行现场原位堆焊修复，堆焊过程中基体一直维持在较低温度（50-60℃），无变形；所得堆焊层与基体呈冶金结合（如图1所示），采用Ni-Cr-Mo合金时，其抗拉强度达到800MPa，屈服强度达到460MPa；采用Co-Cr-W合金时，其抗拉强度达到850MPa，屈服强度达到700MPa，硬度达到HRC43。可以看出，所用堆焊材料较基体耐磨性高、强度高，堆焊效率高。
实施例2
本实施例对重量为400吨的大型PTA干燥机密封面进行修复，干燥机密封面磨损现场无变形精密脉冲显微堆焊修复工艺，包括如下步骤：
（1）磨损处堆焊前清理
首先采用抹布将大部分的密封油脂擦掉，剩余未清除部分采用吸水纸进行进一步的擦拭，然后用煤油及丙酮清洗磨损处；最后采用精密电动打磨工具去除磨损处的疲劳层；
（2）精密脉冲显微堆焊
选择耐磨性、耐蚀性较基体高且焊接性优良的镍基或钴基合金作为磨损处的堆焊材料，镍基焊丝直径为1-1.6mm，其名义成分为：Ni-22Cr-10Mo-5Nb-4Fe-0.1C；钴基焊丝直径为1-1.6mm，其名义成分为Co-30Cr-5W-1.2C；
对于磨损较深的部分首先采用镍基焊丝进行堆焊，然后再用钴基耐磨焊丝进行堆焊；堆焊过程中减小密封面温度的升高，采用环向对称堆焊法，堆焊后加工余量为0.3mm；
采用精密脉冲显微堆焊机对磨损处进行堆焊，焊接参数为脉冲电流35A，脉冲时间50ms，脉冲频率2Hz。
（3）堆焊层预加工
首先采用气动打磨工具对堆焊后的0.3mm余量进行打磨，使其剩余0.05mm；然后采用精密电动打磨工具进行打磨，使堆焊层剩余0.04mm；
（4）精加工
精加工需采用油石与砂纸相结合的方式进行加工，首先采用油石对堆焊区域进行打磨，使修复面与基体面平行但略高于基体面，修复面高于基体面0.01mm，然后采用不同粒度的砂纸240号、800号、1000号、2000号依次对堆焊层进行抛光，砂纸抛光过程中使该密封面旋转，密封面的旋转速度为8转/分钟，保证抛光的均匀性。
采用精密脉冲显微堆焊技术对大型装置的密封面进行现场原位堆焊修复，堆焊过程中基体一直维持在较低温度（50-60℃），无变形；所得堆焊层与基体呈冶金结合（如图2所示），采用Ni-Cr-Mo合金时，其抗拉强度达到780MPa，屈服强度达到450MPa；采用Co-Cr-W合金时，其抗拉强度达到830MPa，屈服强度达到680MPa，硬度达到HRC41。可以看出，所用堆焊材料较基体耐磨性高、强度高，堆焊效率高。
实施例3
本实施例对重量为200吨的大型PTA干燥机密封面进行修复，干燥机密封面磨损现场无变形精密脉冲显微堆焊修复工艺，包括如下步骤：
（1）磨损处堆焊前清理
首先采用抹布将大部分的密封油脂擦掉，剩余未清除部分采用吸水纸进行进一步的擦拭，然后用煤油及丙酮清洗磨损处；最后采用精密电动打磨工具去除磨损处的疲劳层；
（2）精密脉冲显微堆焊
选择耐磨性、耐蚀性较基体高且焊接性优良的镍基或钴基合金作为磨损处的堆焊材料，镍基焊丝直径为1-1.6mm，其名义成分为：Ni-22Cr-10Mo-5Nb-4Fe-0.1C；钴基焊丝直径为1-1.6mm，其名义成分为Co-30Cr-5W-1.2C；
对于磨损较深的部分首先采用镍基焊丝进行堆焊，然后再用钴基耐磨焊丝进行堆焊；堆焊过程中减小密封面温度的升高，采用环向对称堆焊法，堆焊后加工余量为0.4mm；
采用精密脉冲显微堆焊机对磨损处进行堆焊，焊接参数为脉冲电流50A，脉冲时间40ms，脉冲频率5Hz。
（3）堆焊层预加工
首先采用气动打磨工具对堆焊后的0.4mm余量进行打磨，使其剩余0.15mm；然后采用精密电动打磨工具进行打磨，使堆焊层剩余0.06mm；
（4）精加工
精加工需采用油石与砂纸相结合的方式进行加工，首先采用油石对堆焊区域进行打磨，使修复面与基体面平行但略高于基体面，修复面高于基体面0.02mm，然后采用不同粒度的砂纸240号、800号、1000号、2000号依次对堆焊层进行抛光，砂纸抛光过程中使该密封面旋转，密封面的旋转速度为6转/分钟，保证抛光的均匀性。
采用精密脉冲显微堆焊技术对大型装置的密封面进行现场原位堆焊修复，堆焊过程中基体一直维持在较低温度（50-60℃），无变形；所得堆焊层与基体呈冶金结合（如图3所示），采用Ni-Cr-Mo合金时，其抗拉强度达到760MPa，屈服强度达到430MPa；采用Co-Cr-W合金时，其抗拉强度达到840MPa，屈服强度达到690MPa，硬度达到HRC42。可以看出，所用堆焊材料较基体耐磨性高、强度高，堆焊效率高。
实施例结果表明，本发明通过：（1）磨损处堆焊前清理：对密封面磨损处采用物理及化学清理相结合的方法去除磨损处的油污及疲劳层。（2）精密脉冲显微堆焊：选择耐磨性较基体高且焊接性优良的镍/钴基合金作为磨损处的堆焊材料，采用精密脉冲显微堆焊机对磨损处进行堆焊。（3）堆焊层预加工：采用电动或气动打磨工具对堆焊层进行预加工。（4）最后精加工：采用油石及不同粒度的砂纸对修复面进行最后精加工，以满足密封面尺寸及精度要求。采用精密脉冲显微堆焊技术对大型装置的密封面进行现场原位堆焊修复，堆焊过程中基体一直维持在较低温度（50-60℃），无变形；所得堆焊层与基体呈冶金结合，强度高，所用堆焊材料较基体耐磨性高，堆焊效率高、成本较低。从而，为企业的正常生产提供了有力的技术保障。
Claims (3)
1.一种大型PTA干燥机密封面磨损现场精密脉冲堆焊修复工艺，其特征在于，包括如下步骤：
（1）磨损处堆焊前清理
首先采用抹布将大部分的密封油脂擦掉，剩余未清除部分采用吸水纸进行进一步的擦拭，然后用煤油及丙酮清洗磨损处；最后采用精密电动打磨工具去除磨损处的疲劳层；
（2）精密脉冲堆焊
选择耐磨性、耐蚀性较基体高且焊接性优良的镍基焊丝或钴基焊丝作为磨损处的堆焊材料，镍基焊丝直径为1-1.6mm，其名义成分为：Ni-22Cr-10Mo-5Nb-4Fe-0.1C；钴基焊丝直径为1-1.6mm，其名义成分为Co-30Cr-5W-1.2C；
对于磨损较深的部分深度为0.8-1mm，首先采用镍基焊丝进行堆焊，然后再用钴基焊丝进行堆焊；堆焊过程中减小密封面温度的升高，采用环向对称堆焊法，堆焊后加工余量为0.2-0.5mm；
（3）堆焊层预加工
首先采用气动打磨工具对堆焊后的0.2-0.5mm余量进行打磨，使其剩余0.05-0.15mm；然后采用精密电动打磨工具进行打磨，使堆焊层剩余0.04-0.06mm；
（4）精加工
精加工需采用油石与砂纸相结合的方式进行加工，首先采用油石对堆焊区域进行打磨，使修复面与基体面平行但高于基体面0.01-0.02mm，然后采用不同粒度的砂纸240号、800号、1000号、2000号依次对堆焊层进行抛光，砂纸抛光过程中使该密封面旋转，保证抛光的均匀性。
2.按照权利要求1所述的大型PTA干燥机密封面磨损现场精密脉冲堆焊修复工艺，其特征在于，步骤（2）中，采用精密脉冲显微堆焊机对磨损处进行堆焊，焊接参数为脉冲电流35-45A，脉冲时间40-50ms，脉冲频率2-5 Hz。
3.按照权利要求1所述的大型PTA干燥机密封面磨损现场精密脉冲堆焊修复工艺，其特征在于，步骤（4）中，密封面的旋转速度为5-15转/分钟。
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