CN107723704A - 火电站锅炉水冷壁管的激光表面熔覆方法 - Google Patents

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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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Abstract

一种电站熔炉水冷壁管向火侧的激光熔覆强化方法，包括如下步骤：1)配制预置凃料：2)将所述的涂胶涂敷覆在所述的水冷壁管的表面，涂敷层厚度为0.3～0.5mm；3)在氩气保护下，采用二氧化碳激光加工机或采用半导体激光机进行激光熔覆。本发明发挥了纳米氧化钛和纳米氧化锌的高吸收激光特牲，大幅提升了相等入射激光功率密度的熔覆效果；吸收涂料在熔覆处理中具有纳米抗裂效应，可避免熔覆层开裂；添加了具有优异高温性能的Ni基合金，可避免熔覆层中的组织高温老化。本发明使水冷壁管的激光熔覆取得了突破性进展。

Description

火电站锅炉水冷壁管的激光表面熔覆方法
技术领域
本发明涉及火电站锅炉水冷壁管，特别是一种火电站锅炉水冷壁管的激光表面熔覆方法。
背景技术
火电站锅炉是关系到国计民生的关键能源装备，其中重要部件--水冷壁管是由一定数量的管子并联组编而成的蒸发受热面。主要用来吸收炉膛中高温火焰和烟气的辐射热量，将水部分变成饱和蒸汽，使炉墙温度大大下降，因而炉墙结构简化，减轻了炉墙的重量，降低炉墙附近和炉膛出口处的烟气温度，防止或减少炉膛结渣。在使用过程中，水冷壁管损坏给锅炉的正常运行造成很大的影响，目前水冷壁损坏方式有以下几种：
1、水冷壁向火侧的腐蚀
水冷壁向火侧腐蚀引起的炉管故障是因炉管外表面金属遭到损耗，即管壁减薄所致。水冷壁向火侧腐蚀有时称为“还原气氛”腐蚀。发生在不完全燃烧形成的CO还原气氛中，其中有末经燃烧的煤粉颗粒面向炉管表面时释放出挥发硫和氯化物，对金属产生硫化作用，加速腐蚀，当持续燃烧不良或脉动火焰冲击炉墙，有利于产生熔点仅427度的硫酸盐，加速水冷壁的腐蚀；
2、管壁外表面的冲刷磨损，主要是煤粉及飞灰的冲刷致使管壁向火侧外表面减薄，直至爆管；
3、管子内部塞梗，冷却工质循环破坏、或水位低等造成应力断裂损坏；
4、由材质高温蠕变导致长时间加热爆管；
5、酸碱腐蚀，是指管子内有沉积物或水渣时，酸性碱性盐类破坏金属保护膜，水冷壁管受很大应力。
目前的解决方案是：
除加装防腐档板以及严格控制入炉煤粉颗粒之外，目前主要采用热喷涂来提高水冷壁管向火侧表面的服役性能，但热喷涂层与基体不呈冶金结合，容易剥落使用寿命较低，近年来激光熔覆技术正在迅速发展，可以将多种合金元素以及碳化物氧化物等多组元，通过激光熔覆技术产生的涂层与基体呈冶金结合，具有明显的发展前景，但目前尚有熔覆层开裂敏感性较大的技术瓶颈有待突破。
发明内容
本发明的目的在于提供一种火电站锅炉水冷壁管的激光表面熔覆方法，该方法发挥纳米氧化物(TiO2，ZnO，)的高吸收激光特牲，大幅提升了相等入射激光功率密度的熔覆效果；吸收涂料在熔覆处理中具有纳米抗裂效应，可避免熔覆层开裂；添加了具有优异高温性能的Ni基合金，可避免熔覆层中的组织高温老化。该方法使火电站锅炉水冷壁管的激光熔覆取得了突破性进展。
本发明的技术解决方案如下：
一种电站熔炉水冷壁管向火侧的激光熔覆强化方法，其特点在于该方法包括如下步骤：
1)配制预置凃料：所述的预置涂层的吸光涂料与Ni基合金粉末的重量比为1:1～1：1.25，所述的吸光涂料的组成配比为：
所述的Ni基多元合金粉末的组成配比为：
选定所述的吸光涂料和所述的Ni基多元合金粉末配比后，按选定的配比称量所述的原料，将所述的吸光涂料和所述的Ni基多元合金粉末依次放入高速循环大流量超细纳米级湿法研磨机中并充分分散混合，形成涂胶；
2)将所述的涂胶涂敷覆在所述的水冷壁管的表面，涂敷层厚度为0.3～0.5mm；
3)在氩气保护下，采用二氧化碳激光加工机或采用半导体激光机进行激光熔覆：
采用二氧化碳激光加工机，激光熔覆工艺参数为：CWCO2激光的扫描速度为：400～450mm/min；入射激光功率密度为11200--12800w/cm2；
采用半导体激光机，激光熔覆工艺参数为：半导体激光的入射激光功率密度为18000～20000w/cm2，扫描速度为350～400mm/min。
所述的纳米氧化物吸收涂料(参见文献(1)，张光钧etal，激光热处理中的纳米氧化物吸收涂料，金属热处理，2004,29(8)：40-43)，所述的高速循环大流量超细纳米级湿法研磨机(参见文献(3)，Norwn说明书，上海凯悉科设备有限公司)
经激光处理的水冷壁管实样送我国电力行业权威测试单位：上海明华电力技术工程公司解剖后进行测试，结果表明达到该另部件的技术指标。
本发明的技术效果如下：
实验表明，本发明具有下列特点：
1、发挥纳米氧化物(TiO2，ZnO，)的高吸收激光特牲【参见文献(1)，张光钧etal，激光热处理中的纳米氧化物吸收涂料，金属热处理，2004,29(8)：40-43】，大幅提升了相等入射激光功率密度的熔覆效果；
2、本发明的吸收涂料具有纳米抗裂效应【参见文献(4)，发明专利激光熔覆陶瓷徐层中孔隙的纳米修补方法，专利号为ZL200510111137.5】，可避免熔覆层开裂；
3、添加了具有优异高温性能的Ni基合金，可避免熔覆层中的组织高温老化【参见文献(2)Partes K etal,temperaturebehavior of NiCr coatings mad of lasercladding,surface and coating technology,2008.202(10)】。
4、本发明使火电站锅炉水冷壁管的激光熔覆取得了突破性进展。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1：对电站熔炉水冷壁管(T91)进行激光熔覆强化方法，包括下列步骤：
1)配制预置凃料：所述的预置涂料的吸光涂料与Ni基合金粉末的重量比为1:1，选定所述的吸光涂料的组成配比为：
所述的Ni基多元合金粉末的组成配比为：
按选定的配比称量所述的原料，所述的预置涂层中吸光涂料与Ni基合金粉末的重量百分比为1:1，将所述的吸光涂料放入高速循环大流量超细纳米级湿法研磨机充分分散混合分散混合3小时后，再放入所述的Ni基多元合金粉末，充分分散混合4小时后，形成涂胶；
2)将所述的涂胶涂敷在所述的水冷壁管的表面，涂敷层厚度为0.35mm；
3)在氩气保护下，采用二氧化碳激光加工机对所述的水冷壁管(T91)进行激光熔覆：CO2Laser的入射激光功率密度为12800w/cm2，扫描速度为450mm/min。
实施例2：采用二氧化碳激光加工机对所述的水冷壁管(15CrMo)进行激光熔覆，包括下列步骤：
1)配制预置凃料：
所述的预置涂料的吸光涂料与Ni基合金粉末的重量比为1:1.25，所述的吸光涂料的组成配比为：
所述的Ni基多元合金粉末的组成配比为：
按选定的配比称量所述的原料，所述的预置涂层中吸光涂料与Ni基合金粉末的重量百分比为1:1.25，将所述的吸光涂料放入高速循环大流量超细纳米级湿法研磨机充分分散混合分散混合4小时后，再放入所述的Ni基多元合金粉末，充分分散混合3小时后，形成涂胶；
2)将所述的涂胶涂敷覆在所述的水冷壁管的表面，涂敷层厚度为0.3mm；
3)在氩气保护下，采用二氧化碳激光加工机进行激光熔覆：采用二氧化碳激光加工机，激光熔覆工艺参数为：CWCO2激光的扫描速度为：420mm/min；入射激光功率密度为11200w/cm2。
实施例3：采用二氧化碳激光加工机对所述的水冷壁管(T91)进行激光熔覆，包括下列步骤：
1)配制预置凃料：所述的预置涂料的吸光涂料与Ni基合金粉末的重量比为1:1.2，选定所述的吸光涂料的组成配比为：
所述的Ni基多元合金粉末的组成配比为：
按选定的配比称量所述的原料，所述的预置涂层中吸光涂料与Ni基合金粉末的重量百分比为1:1.1，将所述的吸光涂料放入高速循环大流量超细纳米级湿法研磨机充分分散混合分散混合4小时后，再放入所述的Ni基多元合金粉末，充分分散混合4小时后，形成涂胶；
2)将所述的涂胶涂敷在所述的水冷壁管的表面，涂敷层厚度为0.4mm；
3)在氩气保护下，采用二氧化碳激光加工机对所述的水冷壁管(T91)进行激光熔覆：CO2Laser的入射激光功率密度为12400w/cm2，扫描速度为430mm/min。
取实施例1制取样品作检测，检测结果表明达到的技术指标如下：
(1)水冷壁管向火侧的熔覆层基体金相组织为珠光体铁素体；
(2)向火侧外壁有厚约0.3mm熔覆层；
(3)向火侧屈服强度符合标准要求，抗拉强度高于标准要求的最大值，断后伸长率低于标准要求的最小值；
(4)向火侧高温拉伸(500度)屈服强度符合标准要求；
(5)向火侧基体硬度均在标准要求的范围内。上述均达到水冷壁管的使用性能要求。
实施例4:采用半导体激光加工机对所述的水冷壁管(T91)进行激光熔覆：半导体激光的输入功率密度为18000w/cm2，扫描速度为380mm/min。预置涂层中吸光涂料与Ni基合金粉末的重量比为1:1，具体配比和分散混合的时间与实施例1相同。
实施例5：采用半导体激光加工机对所述的水冷壁管(T91)进行激光熔覆，半导体激光的输入功率密度为20000w/cm2，扫描速度为400mm/min。预置涂层中吸光涂料与Ni基合金粉末的重量比为1:1.25，具体配比和分散混合的时间与实施例2相同。
实施例6：采用半导体激光加工机对所述的水冷壁管(T91)进行激光熔覆，半导体激光的输入功率密度为19000w/cm2，扫描速度为380mm/min，预置涂层中吸光涂料与Ni基合金粉末的重量比为1:1.15，具体配比和分散混合的时间与实施例3相同。
取经半导体激光熔覆处理实施例5的样品的检测结果如下:
(1)熔合区未发现开裂,经31小时630℃工艺试验后均末发现开裂，
(2)具有良好断裂韧性,30Kg下未开裂，
(3)熔复层硬度高出基体约70-80,630度工艺试验后高出基体约60-70HV，
(4)未发现明显氧化腐蚀现象.，达到水冷壁管的使用性能要求。
激光熔覆层的检测报告表明:达到水冷壁管的使用性能要求。
实验表明，本发明具有下列特点：
1、本发明发挥纳米氧化物(TiO2，ZnO，)的高吸收激光特牲，大幅提升了相等入射激光功率密度的熔覆效果；
2、本发明的吸收涂料在熔覆处理中还有纳米抗裂效应，可避免熔覆层开裂；
3、添加了具有优异高温性能的Ni基合金，可避免熔覆层中的组织高温老化。
4、本发明方法使火电站锅炉水冷壁管的激光熔覆取得了突破性进展。

Claims (1)

1.一种电站熔炉水冷壁管向火侧的激光熔覆强化方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
1)配制预置凃料：
所述的预置涂层的吸光涂料与Ni基合金粉末的重量比的范围为1:1～1：1.25，所述的吸光涂料的组成配比为：
所述的Ni基多元合金粉末的组成配比为：
选定所述的吸光涂料和所述的Ni基多元合金粉末配比后，按选定的配比称量所述的原料，将所述的吸光涂料和所述的Ni基多元合金粉末依次放入高速循环大流量超细纳米级湿法研磨机中并充分分散混合，形成涂胶；
2)将所述的涂胶涂敷覆在所述的水冷壁管的表面，涂敷层厚度的范围为0.3～0.5mm；
3)在氩气保护下，采用二氧化碳激光加工机或采用半导体激光机进行激光熔覆：
采用二氧化碳激光加工机，激光熔覆工艺参数为：CWCO2激光的扫描速度为：400～450mm/min；入射激光功率密度为11200--12800w/cm2；
采用半导体激光机，激光熔覆工艺参数为：半导体激光的入射激光功率密度为18000～20000w/cm2，扫描速度为350～400mm/min。
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