CN103451650A - 一种大型旋转机械轴瓦激光快速修复工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光熔覆技术领域，特别指大型旋转机械轴瓦激光快速修复的工艺方法。本发明是在零部件表面预置一层能满足使用要求的特制粉末材料,然后用高能激光束对涂层进行快速扫描处理。预置粉末在瞬间熔化并凝固涂层下基体金属随之熔化一薄层二者之间的界面在很窄的区域内迅速产生分子或原子级的交互扩散,同时形成牢固的冶金结合。在快速加热下基体受热影响极小,无变形。本发明实现了在以铸钢和青铜合金作为基材上局部和整面积的巴氏合金激光熔覆层，厚度根据需求实现1.0-15mm巴氏合金层。实现巴氏合金与不同基材的冶金结合，激光熔覆层具有稀释度小，组织致密、无脱层、无气孔、无夹渣、无裂纹等质量缺陷。

Description

一种大型旋转机械轴瓦激光快速修复工艺方法

技术领域

本发明涉及激光熔覆技术领域，特别指大型旋转机械轴瓦激光快速修复的工艺方法。

背景技术

随着现代化生产需求，国家经济发展的需要，特别能源领域对核泵、大型火力发电机、压缩机等大型旋转机械的性能要求越来越高，其相对应的配套的轴瓦性能质量要求高，轴瓦的质量而直接影响到机组的正常运行和安全生产。轴瓦以铸钢和青铜合金作为基体，在基体上浇铸巴氏合金制造加工而成。在实际运行中因各种原因造成轴瓦巴氏合金出现裂纹、磨损、划伤、脱层或者烧损，造成机组正常运行和安全生产，必须采取一种更快速更高效的制做或修复巴氏合金轴瓦的方法,恢复轴瓦的使用性能。

激光熔覆技术作为一种先进的再制造技术，近年来得到迅速发展和推广应用。激光熔覆技术是在需处理的零部件表面预置一层能满足使用要求的特制粉末材料,然后用高能激光束对涂层进行快速扫描处理。预置粉末在瞬间熔化并凝固涂层下基体金属随之熔化一薄层二者之间的界面在很窄的区域内迅速产生分子或原子级的交互扩散,同时形成牢固的冶金结合。在快速加热下基体受热影响极小,无变形。

该项技术主要特点为：

(1)可通过混合不同合金粉末进行成分设计,得到完全致密的冶金结合层，结合强度高；

(2)由于快速加热和冷却,激光熔覆层组织均匀致密,微观缺陷少性能优于其它工艺；

(3)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,且对基体的热影响甚微；

(4)熔覆层的稀释度小,且可精确控制；

(5)属于无接触型处理,便于自动化,实现柔性加工。

在现有的对巴氏合金制做或修复的技术中，专利号为97123228“一种大型轴瓦直接焊巴氏合金钎剂及使用方法”，该专利钎剂主要含有氯化铵、氯化亚锡、氯化锌、氧化铈及适量的调合用蒸馏水。使用它时，先清洗干净轴瓦修补面，再刷涂一层钎剂，接着加热轴瓦基体到180℃～220℃，然后用巴氏合金焊条进行挂底和堆焊或浇注。施焊后降至常温后用热水清渣。

 专利号为201210571271“巴氏合金钨极惰性气体保护机器人工作站的焊接方法”，该专利一种巴氏合金钨极惰性气体保护机器人工作站的焊接方法，包括：①将待焊接滑块、推力块零件固定；②打开焊接设备电源，并接通惰性保护气体；③选择焊接材料和保护气体；④将弧焊机器人的焊枪移动至焊接位置，引燃电弧，将丝状巴氏合金送至电弧处熔化后点状分布于零件的表面，同步横向移动直至在所形成的巴氏合金面上重复操作增加零件表面巴氏合金的厚度；⑤关闭焊接设备电源，停止向焊接位置通惰性保护气体，自然冷却所钎焊的巴氏合金层。

专利号为201210396133“一种制作巴氏合金的热喷涂喷焊工艺”，该专利包括以下步骤：a酸洗，将车削待喷涂的工件浸泡在35％-37％的盐酸内5-10分钟后取出；b用清水冲洗干净使待喷涂工件的表面不能有铁锈、杂质；c碱煮，将酸洗干净的工件浸泡在烧开的碱水中10-20分钟后取出；d用开水煮15-25分钟取出，使得待喷涂表面不能有铁锈油污，如果有的话再次进行处理；e将合格的工件放在电炉内加热后取出；f用喷枪喷一层防氧化的材料，再用热喷涂技术加工过渡层，检查处理后再喷涂巴氏合金涂层。

专利号为201310042583“轴瓦喷涂巴氏合金的工艺”，该专利包括去除应力、粗加工、脱氢处理、精加工、搪锡处理、喷涂和炉内融合等步骤。

    以上几种技术存在工序复杂、结合强度较差、热量高等方面的不足，利用激光熔覆实现大型旋转机械轴瓦激光快速修复，如何将激光熔覆技术有效的应用在有色金属的修复，也是本领域需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术中存在问题和不足加以改进和创新，提供一种操作简单，造价低廉，无需大型设备的大型旋转机械轴瓦激光快速修复工艺方法，本发明包括以下工艺步骤：

对轴瓦的损伤方式进行确认，确认是局部损伤还是整体损伤方式；

对轴瓦进行表面着色探伤检测和超声波检测；

对损伤的巴氏合金层采用机械加工方式去除表面疲劳损伤层，并进行无损探伤检测，确认表面及结合面无缺陷和脱层现象；

轴瓦的损伤区域利用激光器设备进行激光熔覆，熔覆前对轴瓦熔覆区域使用清洗剂清洗表面进行洁净处理，其激光熔覆工艺参数为：功率为1000-3000W，光斑直径为3-5mm，扫描速度为 8-30mm/s，焦距300-400mm,搭接率20-30％，预置粉料厚度1.0-2.0mm，根据轴瓦巴氏合金层不同损伤程度，激光熔覆层厚度1.0-15mm，并按照图纸尺寸留1.5-2.0mm加工余量；

熔覆材料成分（质量百分数）：10％-13％的Sb、5％-7％ 的Cu、0.02％-0.04％的Pb、0.01％-0.04％的As、0.01％-0.02％的Bi、0.01％-0.03％的Cd、0.01％-0.03％的Fe和余量的Sn组成,目数为-120～+300；

按图纸要求恢复；

进行着色和超声波探伤检测，不允许出现气孔、夹渣、裂纹和脱层等缺陷。

本发明有以下优点和有益效果：

为大型旋转机械轴瓦修复提供了一种全新的修复方法；

本发明实现了在以铸钢和青铜合金作为基材上局部和整面积的巴氏合金激光熔覆层，厚度根据需求实现1.0-15mm巴氏合金层。实现巴氏合金与不同基材的冶金结合，激光熔覆层具有稀释度小，组织致密、无脱层、无气孔、无夹渣、无裂纹等质量缺陷；

本发明工艺简单、快速、无污染和自动化程度高，工艺和方法适应性强，解决了其它方法的工艺流程复杂、周期长、能耗大的不足；

本发明的激光设备为CO2气体激光器、YAG激光器、半导体激光器以及光纤激光器，通用性强；

本发明具有广泛的外延性和扩展性，对激光熔覆技术在其它有色金属领域的拓展、应用具有一定的借鉴指导意义。

具体实施方式

实施方式1： 

为解决某火力发电厂60WM发电机青铜合金双环密封瓦巴氏合金面脱层和磨损的问题，采用本发明工艺实现青铜合金密封瓦巴氏合金面局部脱层和表面磨损的加工处理，具体方法如下：

1、对巴氏合金表面进行着色探伤和超声波检测，确认损伤的方式和部位；

2、采用机械加工方式，对巴氏合金整表面疲劳磨损层进行车削处理； 

3、采用手工打磨方式，对局部巴氏合金脱层的区域进行打磨，直到着色探伤检测无脱层为止，青铜合金密封瓦交界的巴氏合金全部清理干净，见青铜合金本体颜色；

4、将密封瓦夹持在工装卡盘上，进行激光熔覆作业，其中激光熔覆过程的工艺参数为：功率为2500W，光斑直径为3.5mm，扫描速度为16mm/s，焦距300mm,搭接率20％，预置粉料厚度1.0mm。恢复图纸尺寸留1.5-2.0mm加工余量。

5、机械加工复型：按图纸要求进行尺寸恢复。

6、最终进行着色和超声波探伤检测，无气孔、夹渣、裂纹和脱层等缺陷。

实施方式2：

为修复某火力发电厂100WM发电机支撑轴瓦巴氏合金表面出现数条深1.5-2.0mm宽2-3mm的划伤沟槽，具体操作方法如下：

1、对支撑轴瓦巴氏合金表面进行着色探伤和超声波检测，确认无脱层和裂纹现象；

2、采用手工方式对支撑轴瓦巴氏合金沟槽表面进行清理打磨和油脂的洁净处理；

3、将支撑轴瓦固定住，对沟槽进行激光熔覆作业，其中激光熔覆过程的工艺参数为：功率为1500W，光斑直径为3.0mm，扫描速度为12mm/s，焦距300mm,搭接率20％，预置粉料厚度1.2mm。高于基体表面0.8-1.2mm的加工余量；

4、采用手工钳修方法，留0.03-0.05mm的余量与轴径进行对研处理；

5、进行着色和超声波探伤检测，无气孔、夹渣、裂纹和脱层等缺陷。

本实施例可利用半导体激光器和光纤激光器在现场实现对轴瓦缺陷快速恢复。

本发明所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (3)

1.一种大型旋转机械轴瓦激光快速修复工艺方法，其特征在于工艺步骤如下：

对轴瓦的损伤方式进行确认，确认是局部损伤还是整体损伤；

对轴瓦进行表面着色探伤检测和超声波检测；

对损伤的巴氏合金层采用机械加工方式去除表面疲劳损伤层，并进行无损探伤检测，确认表面及结合面无缺陷和脱层现象；

轴瓦的损伤区域利用激光器设备进行激光熔覆，熔覆前对轴瓦熔覆区域使用清洗剂清洗表面进行洁净处理，其激光熔覆工艺参数为：功率为1000-3000W，光斑直径为3-5mm，扫描速度为 8-30mm/s，焦距300-400mm,搭接率20-30％，预置粉料厚度1.0-2.0mm，根据轴瓦巴氏合金层不同损伤程度，激光熔覆层厚度1.0-15mm，并按照图纸尺寸留1.5-2.0mm加工余量；

熔覆材料成分（质量百分数）：10％-13％的Sb、5％-7％ 的Cu、0.02％-0.04％的Pb、0.01％-0.04％的As、0.01％-0.02％的Bi、0.01％-0.03％的Cd、0.01％-0.03％的Fe和余量的Sn组成,目数为-120～+300；

按图纸技术要求和尺寸恢复；

进行着色和超声波探伤检测，不允许出现气孔、夹渣、裂纹和脱层等缺陷。

2.根据权利要求1 所述的大型旋转机械轴瓦激光快速修复工艺方法，其特征在于所述的激光器设备为CO2气体激光器、YAG激光器、半导体激光器以及光纤激光器。

3.根据权利要求1 所述的大型旋转机械轴瓦激光快速修复工艺方法，其特征在于所述的按图纸技术要求和尺寸恢复，可以采用机械加工到尺寸要求，或者采用手工方式打磨留余量后对研。