CN103668188A - 一种汽轮机叶片激光熔覆防水蚀方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种汽轮机叶片激光熔覆防水蚀方法，其能有效保证激光熔覆质量、减小激光熔覆后叶片的变形量、保证叶片不同部位对于耐水蚀性的要求，从而提高叶片使用寿命。其特征在于：首先对叶片熔覆槽表面进行毛化处理，然后将叶片装夹至激光熔覆机床，采用预热器对叶片熔覆区域进行预热，通过旁轴送粉头送粉、使用CO2激光器按多层多道次搭接熔覆的方式由汽轮机叶片叶根向叶顶方向将司太立合金粉末熔覆于所述叶片熔覆槽内。
Description
技术领域
本发明涉及汽轮机叶片加工生产领域，尤其是涉及汽轮机叶片防水蚀处理技术领域，具体为一种汽轮机叶片激光熔覆防水蚀方法。
背景技术
激光熔覆司太立合金是目前较新的用于汽轮机叶片防水蚀表面强化的技术，该技术通过激光将司太立合金粉末熔化并快速冷却从而与叶片基体形成冶金结合，其利用司太立合金的高硬度和高耐磨性来提高叶片抗水蚀能力，较传统钎焊结合强度高，可在汽轮机上直接修复。但是，目前采用激光熔覆司太立合金进行汽轮机叶片进气边防水蚀处理方法往往会出现激光熔覆后叶片变形量大的问题，通常需要在激光熔覆后进行大量的叶片整形处理，使得叶片生产效率低、生产质量达不到使用要求；另外在实际使用过程中叶片不同部位对于防水蚀的要求也不尽相同，如公开号为CN103233222A的中国发明专利申请公开的一种汽轮机末级叶片进气边表面的激光熔覆方法，其不能满足叶片不同部位对于耐水蚀性的要求。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种汽轮机叶片激光熔覆防水蚀方法，其能有效保证激光熔覆质量、减小激光熔覆后叶片的变形量、保证叶片不同部位对于耐水蚀性的要求，从而提高叶片使用寿命。
其技术方案是这样的，其特征在于：首先对叶片熔覆槽表面进行毛化处理，然后将叶片装夹至激光熔覆机床，采用预热器对叶片熔覆区域进行预热，通过旁轴送粉头送粉、使用CO2激光器按多层多道次搭接熔覆的方式由汽轮机叶片叶根向叶顶方向将司太立合金粉末熔覆于所述叶片熔覆槽内，在汽轮机叶片进气边形成司太立合金熔覆层，激光熔覆工艺的参数如下：
激光模式采用斗纳模式或多模模式中的任一种；
激光功率：2500W~3800W；
光斑尺寸：圆光斑直径5~6mm；
移动速度：80~90mm/min；
预热温度：100~300℃；
层间温度：100~300℃；
送粉速度：5~6.5g/min；
熔覆粉末：司太立 6 合金粉末；
载粉气体和保护气体均为氮气。
其进一步特征在于：
所述司太立合金熔覆层设置有三层共14道次，分别为底层熔覆层、中间熔覆层和上层熔覆层，所述底层熔覆层设置有七道、分别为第1至第7道次熔覆层，所述中间熔覆层设置有五道、分别为第8至第12道次熔覆层，所述上层熔覆层设置有两道、分别为第13、14道次熔覆层；
所述司太立合金熔覆层熔覆时，先将底层熔覆层的各道次熔覆层依次搭接熔覆于所述熔覆槽底面，然后再在所述底层熔覆层上依次搭接熔覆所述中间熔覆层的各道次熔覆层，最后在所述中间熔覆层上依次搭接熔覆上层熔覆层的各道次熔覆层，每层所述司太立合金熔覆层中各道次熔覆层依次沿所述熔覆槽自叶片背弧侧、背弧与进气边转接处以及进气边处搭接熔覆；
所述底层熔覆层中，所述第1道至5道次熔覆层为叶片背弧侧熔覆层，所述第6道次为背弧与进气边转接处熔覆层，所述第7道次为进气边处熔覆层；
所述中间熔覆层中，所述第8至第10道次熔覆层为叶片背弧侧熔覆层，所述第11道次为背弧与进气边转接处熔覆层，所述第12道次为进气边处熔覆层；
所述上层熔覆层中，所述第13道次为背弧与进气边转接处熔覆层，所述第14道次为进气边处熔覆层；
所述叶片背弧侧熔覆层熔覆时激光入射方向与叶片内弧基准面之间的夹角α为35°～55°，所述背弧与进气边转接处熔覆层熔覆时激光入射方向与叶片内弧基准面之间的夹角β为60°～75°，所述进气边处熔覆层熔覆时激光入射方向与叶片内弧基准面之间的夹角γ角为85°～95°；
所述底层熔覆层中，所述第2至第5道次熔覆层的搭接率为60%～75%，所述第6道次熔覆层的搭接率为45%～55%，所述第7道次熔覆层的搭接率为20%～40%；
所述中间熔覆层中，所述第9至第11道次熔覆层搭接率为40%～55%，所述第12道次熔覆层搭接率为20%～40%；
所述上层熔覆层中，所述第13道次熔覆层搭接率为45%～55%，所述第14道次熔覆层搭接率为35%～50%；
所述对叶片熔覆槽表面进行毛化处理的具体操作为使用砂轮对所述叶片熔覆槽进行打磨；
所述司太立6合金粉末尺寸为100～200目；
所述氮气为99.999%高纯氮气。
采用本发明方法对汽轮机叶片进气边进行司太立合金激光熔覆其有益效果在于：其能保证熔覆质量，其采用多层多道次搭接熔覆的方式进行熔覆，能够满足汽轮机叶片叶气边不同位置的防水蚀要求，确保熔覆层硬度以及有效控制叶片变形，延长叶片使用寿命。
附图说明
图1为本发明方法中第1道次熔覆层示意图；
图2为本发明方法中第2道次熔覆层搭接示意图；
图3为本发明方法中第3道次熔覆层搭接示意图；
图4为本发明方法中第4道次熔覆层搭接示意图；
图5为本发明方法中第5道次熔覆层搭接示意图；
图6为本发明方法中第6道次熔覆层搭接示意图；
图7为本发明方法中第7道次熔覆层搭接示意图；
图8为本发明方法中第8道次熔覆层搭接示意图；
图9为本发明方法中第9道次熔覆层搭接示意图；
图10为本发明方法中第10道次熔覆层搭接示意图；
图11为本发明方法中第11道次熔覆层搭接示意图；
图12为本发明方法中第12道次熔覆层搭接示意图；
图13为本发明方法中第13道次熔覆层搭接示意图；
图14为本发明方法中第14道次熔覆层搭接示意图。
具体实施方式
下面结合附图，举例详细说明本发明的实施，附图中A为叶片内弧基准面，B为叶片背弧面，C为叶片进气边侧，D为叶片背弧与进气边转角处。
实施例1
一种40英寸汽轮机末级叶片，其材料为0Cr17Ni4Cu4Nb，其激光熔覆的过程是这样的，首先用砂轮将熔覆槽打磨，叶片装夹至熔覆机床，然后加装预热器对熔覆区域进行预热，预热温度为100℃，激光功率设定为2500W，调节离焦量至光斑尺寸为5mm，送粉量设定为5g/min；再将叶片旋转至叶片内弧基准面与激光束方向之间的夹角α为55°，沿着熔覆槽下边缘线进行示教描点，数据采集至软件，设定X轴（叶片径向）速度为80mm/min，设置Y轴(叶片横向)偏移量2.5mm（进气边方向），由软件生成沿着槽边缘线Y方向偏移2.5mm的熔覆路径程序，进行熔覆，第一道次熔覆结束后以上一道次边缘线为基准进行第二道次的示教描点，Y轴偏移量设置为-1.5mm，搭接率约为75%；生成路径程序后，层间温度为100～150℃时，开始熔覆，第3～5道次与第2道次激光熔覆实施方法相同，第6道次叶片旋转至叶片内弧基准面与激光束方向夹角β为75°，Y偏移量为0，搭接率约为55%，第7道次叶片旋转至叶片内弧基准面与激光束方向的夹角γ为95°，Y偏移量为1 mm，搭接率约为40%；第8道次叶片旋转至叶片内弧基准面与激光束方向之间的夹角α为55°，描点位置为第二道次与第三道次交界处，Y偏移量为-1mm，第9、10道与第8道次激光熔覆实施方法相同，搭接率约为55%；第11道次叶片旋转至叶片内弧基准面与激光束方向之间的夹角β为75°，Y偏移量为-1.2 mm，搭接率约为55%；第12道次叶片旋转至叶片内弧基准面与激光束方向之间的夹角γ为95°，Y偏移量为1mm，搭接率约为40%；第13道次叶片旋转至α为55°，示教描点位置为10道次与11道次搭接处，Y偏移量为1，搭接率约为55%。第14道次叶片旋转至β为75°，示教描点处为第12道和第13道次之间，Y偏移量为0，搭接率约为50%。本实施例中，采用150目司太立合金6粉末，载粉气体和保护气体均99.999%高纯氮气。
采用所述方法熔覆层的厚度由背弧型面向进气边，随着对耐水蚀要求的提高递增，进气边熔覆厚度大于2mm。进行渗透检测、射线检测熔覆区域未出现裂纹、线性缺陷，以及大于0.5mm以上单个缺陷，满足汽轮机末级叶片对激光熔覆区的质量要求。熔覆层截面硬度均大于400HV1，高于同类合金片硬度。对比前后三坐标测量数据，最大截面变形量约2mm，远小于同类产品钎焊后的4~5mm变形量。
实施例2
一种67英寸汽轮机末级叶片，其熔覆长度、宽度均大于实施例1中的40英寸叶片。其激光熔覆的过程是这样的，首先用砂轮将熔覆槽打磨，叶片装夹至熔覆机床，然后加装预热器对熔覆区域进行预热，预热温度为300℃，激光功率设定为3800W，调节离焦量至光斑尺寸为6mm，送粉量设定为6.5g/min。再将叶片旋转至叶片内弧基准面与激光束方向夹角α为35°，沿着熔覆槽下边缘线进行示教描点，数据采集至软件，设定X轴（叶片径向）速度为90mm/min，设置Y轴(叶片横向)偏移量3mm（进气边方向），由软件生成沿着槽边缘线Y方向偏移3mm的熔覆路径程序，进行熔覆，第一道次熔覆结束后以上一道次边缘线为基准进行第二道次的示教描点，Y轴偏移量设置为-2mm，搭接率约为60%。生成路径程序后，层间温度为250~300℃时，开始熔覆，第3~5道次与第2道次激光熔覆实施方法相同，第6道次叶片旋转至叶片内弧基准面与激光束方向夹角β为60°，Y偏移量为0，搭接率约为45%，第7道次叶片旋转至叶片内弧基准面与激光束方向夹角γ为85°，Y偏移量为2 mm，接率约为20%；第8道次叶片旋转至叶片内弧基准面与激光束方向夹角α为35°，描点位置为第二道次与第三道次交界处，Y偏移量为-1.5mm，第9、10道与第8道次激光熔覆实施方法相同，搭接率约为40%；第11道次叶片旋转至叶片内弧基准面与激光束方向夹角β为60°，Y偏移量为-1.2 mm，搭接率约为40%；第12道次叶片旋转至叶片内弧基准面与激光束方向夹角γ为85°，Y偏移量为1mm，搭接率约为20%；第13道次叶片旋转至叶片内弧基准面与激光束方向夹角α为35°，示教描点位置为10道次与11道次搭接处，Y偏移量为1，搭接率约为45%；第14道次叶片旋转至叶片内弧基准面与激光束方向夹角β为60°，示教描点处为第12道和第13道次之间，Y偏移量为0，搭接率约为35%。本实施例中，采用100目司太立合金6粉末，载粉气体和保护气体均99.999%高纯氮气。
采用所述方法熔覆层的厚度由背弧型面向进气边，随着对耐水蚀要求的提高递增，进气边熔覆厚度大于2.5mm，进行渗透检测、射线检测熔覆区域未出现裂纹、线性缺陷，以及大于0.5mm以上单个缺陷，满足汽轮机末级叶片对激光熔覆区的质量要求。熔覆层截面硬度均大于400HV1，高于同类合金片硬度。对比前后三坐标测量数据，最大截面变形量约2.5mm，远小于同类产品钎焊后的5~6mm变形量。
实施例3
一种48英寸汽轮机末级叶片，其材料为1Cr12Ni3Mo2VN，其激光熔覆的过程是这样的，首先用砂轮将熔覆槽打磨，叶片装夹至熔覆机床，然后加装预热器对熔覆区域进行预热，预热温度为200℃，激光功率设定为3000W，调节离焦量至光斑尺寸为5.5mm，送粉量设定为5.75g/min。再将叶片旋转至叶片内弧基准面与激光束方向夹角α为45°，沿着熔覆槽下边缘线进行示教描点，数据采集至软件，设定X轴（叶片径向）速度为85mm/min，设置Y轴(叶片横向)偏移量2.5mm（进气边方向），由软件生成沿着槽边缘线Y方向偏移2.5mm的熔覆路径程序，进行熔覆，第一道次熔覆结束后以上一道次边缘线为基准进行第二道次的示教描点，Y轴偏移量设置为-1.5mm，搭接率约为70%；生成路径程序后，层间温度为150~200℃时，开始熔覆，第3~5道次与第2道次激光熔覆实施方法相同，第6道次叶片旋转至叶片内弧基准面与激光束方向夹角β为70°，Y偏移量为0，搭接率约为50%，第7道次叶片旋转至叶片内弧基准面与激光束方向夹角γ为90°，Y偏移量为1 mm，接率约为30%；第8道次叶片旋转至叶片内弧基准面与激光束方向夹角α为45°，描点位置为第二道次与第三道次交界处，Y偏移量为-1mm，第9、10道与第8道次激光熔覆实施方法相同，搭接率约为50%；第11道次叶片旋转至叶片内弧基准面与激光束方向夹角β为70°，Y偏移量为-1.2 mm，搭接率约为50%；第12道次叶片旋转至叶片内弧基准面与激光束方向夹角γ为90°，Y偏移量为1mm，搭接率约为30%；第13道次叶片旋转至叶片内弧基准面与激光束方向夹角α为45°，示教描点位置为10道次与11道次搭接处，Y偏移量为1，搭接率约为50%；第14道次叶片旋转至叶片内弧基准面与激光束方向夹角β为70°，示教描点处为第12道和第13道次之间，Y偏移量为0，搭接率约为45%。本实施例中，采用200目司太立合金6粉末，载粉气体和保护气体均99.999%高纯氮气。
采用所述方法熔覆层的厚度由背弧型面向进气边，随着对耐水蚀要求的提高递增，进气边熔覆厚度大于2.2mm。进行渗透检测、射线检测熔覆区域未出现裂纹、线性缺陷，以及大于0.5mm以上单个缺陷，满足汽轮机末级叶片对激光熔覆区的质量要求。熔覆层截面硬度均大于400HV1，高于同类合金片硬度。对比前后三坐标测量数据，最大截面变形量约2.1mm，远小于同类产品钎焊后的4~5mm变形量。
Claims (9)
1.一种汽轮机叶片激光熔覆防水蚀方法，其特征在于：首先对叶片熔覆槽表面进行毛化处理，然后将叶片装夹至激光熔覆机床，采用预热器对叶片熔覆区域进行预热，通过旁轴送粉头送粉、使用CO2激光器按多层多道次搭接熔覆的方式由汽轮机叶片叶根向叶顶方向将司太立合金粉末熔覆于所述叶片熔覆槽内，在汽轮机叶片进气边形成司太立合金熔覆层，激光熔覆工艺的参数如下：
激光模式采用斗纳模式或多模模式中的任一种；
激光功率：2500W~3800W；
光斑尺寸：圆光斑直径5~6mm；
移动速度：80~90mm/min；
预热温度：100~300℃；
层间温度：100~300℃；
送粉速度：5~6.5g/min；
熔覆粉末：司太立 6 合金粉末；
载粉气体和保护气体均为氮气。
2.根据权利要求1所述的一种汽轮机叶片激光熔覆防水蚀方法，其特征在于：所述司太立合金熔覆层设置有三层共14道次，分别为底层熔覆层、中间熔覆层和上层熔覆层，所述底层熔覆层设置有七道、分别为第1至第7道次熔覆层，所述中间熔覆层设置有五道、分别为第8至第12道次熔覆层，所述上层熔覆层设置有两道、分别为第13、14道次熔覆层。
3.根据权利要求2所述的一种汽轮机叶片激光熔覆防水蚀方法，其特征在于：所述司太立合金熔覆层熔覆时，先将底层熔覆层的各道次熔覆层依次搭接熔覆于所述熔覆槽底面，然后再在所述底层熔覆层上依次搭接熔覆所述中间熔覆层的各道次熔覆层，最后在所述中间熔覆层上依次搭接熔覆上层熔覆层的各道次熔覆层，每层所述司太立合金熔覆层中各道次熔覆层依次沿所述熔覆槽自叶片背弧侧、背弧与进气边转接处以及进气边处搭接熔覆。
4.根据权利要求3所述的一种汽轮机叶片激光熔覆防水蚀方法，其特征在于：所述底层熔覆层中，所述第1道至5道次熔覆层为叶片背弧侧熔覆层，所述第6道次为背弧与进气边转接处熔覆层，所述第7道次为进气边处熔覆层；所述中间熔覆层中，所述第8至第10道次熔覆层为叶片背弧侧熔覆层，所述第11道次为背弧与进气边转接处熔覆层，所述第12道次为进气边处熔覆层；所述上层熔覆层中，所述第13道次为背弧与进气边转接处熔覆层，所述第14道次为进气边处熔覆层。
5.根据权利要求4所述的一种汽轮机叶片激光熔覆防水蚀方法，其特征在于：所述叶片背弧侧熔覆层熔覆时激光入射方向与叶片内弧基准面之间的夹角α为35°～55°，所述背弧与进气边转接处熔覆层熔覆时激光入射方向与叶片内弧基准面之间的夹角β为60°～75°，所述进气边处熔覆层熔覆时激光入射方向与叶片内弧基准面之间的夹角γ角为85°～95°。
6.根据权利要求5所述的一种汽轮机叶片激光熔覆防水蚀方法，其特征在于：所述底层熔覆层中，所述第2至第5道次熔覆层的搭接率为60%～75%，所述第6道次熔覆层的搭接率为45%～55%，所述第7道次熔覆层的搭接率为20%～40%；所述中间熔覆层中，所述第9至第11道次熔覆层搭接率为40%～55%，所述第12道次熔覆层搭接率为20%～40%；所述上层熔覆层中，所述第13道次熔覆层搭接率为45%～55%，所述第14道次熔覆层搭接率为35%～50%。
7.根据权利要求6所述的一种汽轮机叶片激光熔覆防水蚀方法，其特征在于：所述对叶片熔覆槽表面进行毛化处理的具体操作为使用砂轮对所述叶片熔覆槽进行打磨。
8.根据权利要求6所述的一种汽轮机叶片激光熔覆防水蚀方法，其特征在于：所述司太立6合金粉末尺寸为100～200目。
9.根据权利要求8所述的一种汽轮机叶片激光熔覆防水蚀方法，其特征在于：所述氮气为99.999%高纯氮气。
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