CN108118335B

CN108118335B - 一种高压水除鳞集管的激光修复方法

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Publication number: CN108118335B
Application number: CN201711453409.9A
Authority: CN
Inventors: 李佳; 张静波; 刘文孝
Original assignee: DALU LASER TECHNOLOGY Co Ltd SHENYANG
Current assignee: DALU LASER TECHNOLOGY Co Ltd SHENYANG
Priority date: 2017-12-28
Filing date: 2017-12-28
Publication date: 2020-02-21
Anticipated expiration: 2037-12-28
Also published as: CN108118335A

Abstract

本发明属于高压水除鳞设备修复领域，尤其涉及一种采用激光熔覆技术修复高压水除鳞集管的方法，具体为一种高压水除鳞集管的激光修复工艺方法。所述激光熔覆的防腐合金粉末,所述材料的化学成分中主要含有：Ni：35‑40%、Cu：15‑20%、Fe：10‑12%，除上述成分外还添加La、Yb、Y、Sc、Pr稀土元素中的至少三种，其中La：0.1‑1%、Yb：0.1‑0.5%、Y：0.1‑0.5%、Sc：0.1‑0.5%、Pr：0.1‑0.5%、Cr：余量。本发明有效的解决了不能维修只能换新的问题，大大的降低了高压水除鳞的技术成本。

Description

一种高压水除鳞集管的激光修复方法

技术领域

本发明属于高压水除鳞设备修复领域，尤其涉及一种采用激光熔覆技术修复高压水除鳞集管的方法，具体为一种高压水除鳞集管的激光修复方法。

背景技术

用于热轧板带高压水除鳞箱内部除鳞集管，承载除鳞压力一般为400bar左右，除鳞水质呈弱碱性；除鳞集管喷射面距离钢坯约55mm，钢坯温度1150℃-1200℃，除鳞集管喷嘴结合面容易发生热变形；集管喷射面及入口侧位置持续受板坯上反弹回的高压除鳞水冲刷磨损（反弹回的高压除鳞水中含有大量的高速飞溅的氧化铁皮），同时生产时有大量水蒸汽集管锈蚀，受除鳞集管使用工况的影响，容易造成除鳞集管喷嘴定位块安装结合面、喷嘴压板结合面磨损，以及管本体磨损和部分螺栓孔损坏。

近几年，随着我国钢铁行业的不断发展，大部分高压水除鳞集管都在超负荷情况下运行，高压水除鳞集管的故障率也不断增加，而在高压水除鳞集管检修过程中，80%以上需要对高压水除鳞集管进行更换，据不完全统计，新产品约20万一套，每年大约更换上万台次以上，更换成本大约20个亿。因此，为了降低维修成本，加快维修工期，对高压水除鳞集管进行修复方法研究，显得尤为重要；然而，经过修复的高压水除鳞集管，必须保证修复后的高压水除鳞集管的热变形小、规范性强及修复后的高压水除鳞集管满足实际的使用要求，是当前亟待解决的课题。

激光熔覆修复技术，作为一种先进的再制造技术，近年来得到了迅速推广和广泛应用。利用激光熔覆，在基材表面制备一种新的材料，并与基体形成冶金结合的再制造技术。激光表面熔覆为非接触式加工（利用强激光束加热工件而无需接触工件），且输入热量可控（通过控制激光器的输出功率，光斑直径的大小和扫描速度来控制输入基体中的热量）；激光表面熔覆具有能量密度高，熔覆质量致密，结合强度高，熔覆层组织的稀释率低、热影响区小等特点，采用的规范激光修复方法可以解决其它焊接方法造成焊接残余应力和开裂倾向；实践应用表明，该方法适用于质量要求较高的零件局部处理以及修复，尤其适合修复几何形状复杂且修复后变形要求小的零件。

然而，由于目前国外高压水除鳞集管在制造时通常选用的是高温合金原材料，受到自身工况影响需要耐高温，修复面与水平成15°夹角，和喷嘴配合面成90°直角，而且和喷嘴内孔配合要求在0.02mm之内，因此修复方法十分复杂，国内外无法对其进行修复；国内尚无先例，国外也没有见到相关报道。因此，研究出一种采用激光熔覆技术激光修复的高压水除鳞集管的工艺方法，从经济角度考虑，显得尤为重要。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种高压水除鳞集管的激光修复方法，修复工艺中采用一种特殊修复材料应用在高压水除鳞集管上，并严格控制激光修复工艺参数，有效的解决了不能维修只能换新的问题，大大的降低了高压水除鳞的技术成本。

为了实现上述目的，本发明提供的高压水除鳞集管的激光修复方法，具体包括以下步骤。

步骤1、将除磷集管放置工装上，按图纸技术要求通过液压系统进行调整，使除磷集管修复面与水平面一致，并用水平仪进行校正，要求：水平度≤0.03；根据损伤情况对水除鳞集管修复部位进行基准确定和机械加工，清理表面的腐蚀、氧化铁皮等疲劳层，要求加工后不得有锈蚀，记录加工前、后记录检测数据。

步骤2、对加工进行表面进行无损探伤检测，包括着色探伤、荧光探伤等无损探伤，不允许有裂纹，气孔缺陷。

步骤3、采用1万瓦气体激光器对水除鳞集管修复面进行激光熔覆；首先用刮尺来调整预制防腐合金粉末，使之均匀分布在加工表面厚度1-2mm，以满足熔覆后涂层厚度的要求；激光熔覆工艺参数是：功率：2000-8000W，光斑直径：Φ1-15mm，扫描速度：200-300mm/s，搭接距离0.5-1.5mm熔覆过程中对熔池采用氩气进行保护；所述激光熔覆的防腐合金粉末（各原料按重量百分比计）,所述材料的化学成分中主要含有：Ni：35-40%、Cu：15-20%、Fe：10-12%，除上述成分外还添加 La、Yb、Y、Sc、Pr稀土元素中的至少三种，其中La：0.1-1%、Yb：0.1-0.5%、Y：0.1-0.5%、Sc：0.1-0.5%、Pr：0.1-0.5%、Cr：余量；混合即得。

步骤4、激光熔覆后用数控加工铣床，按照图纸技术要求进行尺寸精度加工，恢复原设计尺寸及表面光洁度。

本发明的有益效果。

本发明提供熔覆所用材料为一种具有较高耐锌腐蚀能力的专用铬基合金，以Ni、Cu、Fe、Cr四种元素为主要成分，其中Ni元素坚韧，有磁性和良好的可塑性，在空气中不被氧化，具有较强的耐腐蚀性能，因此本发明添加量较高；Cu元素延展性较好，并且在常温下不容易被空气氧化，即便在潮湿的空气中放久后，铜表面会慢慢生成一层铜绿（碱式碳酸铜），铜绿可防止金属进一步腐蚀；Fe有良好的延展性、导电及导热性能，但是容易被氧化，因此本发明限定的用量低于15%。本发明熔覆所用材料的优势如下：1、具有一定的硬度，熔覆后表面硬度为HRC：30-50，能够满足高压水除磷集管实际工况下的硬度要求；2、熔铸层及其界面组织致密，晶粒细小，没有孔洞、夹渣、裂纹等缺陷；3、添加稀土元素可以使材料本身得到良好的塑性、韧性、耐磨性、耐热性、抗氧化性、抗腐蚀性等；4、合金熔覆层为一种专用铬基合金，有较高的耐腐蚀性能、良好的蠕变极限、良好的持久强度和较好的抗热疲劳及断裂性能，以满足高压水除磷集管苛刻的工况条件。

本发明能够满足稳定辊实际工况下的硬度要求，本发明是采用1万瓦气体激光器对高压水除鳞集管喷嘴结合面进行激光修复，并配备工装进行检测、加工、熔覆。用数控加工铣床做前期和后期加工处理，该修复方法实现了高压水除鳞集管喷嘴结合面的修复，而且修复工艺操作简单、适应性强、采用激光熔覆技术使之热变形小、规范性强，修复后的高压水除鳞集管保证高质量、高精度，满足使用要求，对降低高压水除鳞集管的维修成本具有巨大价值。

本发明经过长期的理论分析和大量的试验，结合激光熔覆这种先进的再制造技术，实现了用于高压水除鳞集管的激光修复方法。本发明提供了完整的制造方法；该技术针对气体激光器程序控制，操作简便的特点，利用数控加工铣床进行操作，大大减轻了劳动强度、提高加工精度；激光熔覆层与基体为冶金结合，结合强度不低于原基材的90%；激光熔覆选用防腐性能好的材料，改善了高压水除鳞集管表面的腐蚀特性，提高使用效率；激光熔覆时热输入量小基体温度不超过80℃，对表面影响很小，不会带来较大的变形，数控加工铣床加工后表面平整、均匀、精度高；采用激光熔覆技术修复高压水除磷集管，修复周期大概1周左右，修复成本为购置新产品的1/3，每年可节约上亿元。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明。

实施例1。

对X钢厂的高压水除鳞集管修复。

高压水除鳞集管的基体材料为34CrNiMo₆。

熔覆材料的化学成分为Ni：35%、Cu：20%、Fe：10%、La：0.2%、Yb：0.2%、Y：0.2%、Sc：0.2%、Pr：0.2%、Cr：余量。

由于除鳞集管修复面与水平存在15°夹角，通过液压系统进行调整，使修复面与水平面一致，并用水平仪进行校正。

高压水除鳞集管的激光修复工艺方法，步骤如下：步骤1. 将工装固定在数控加工铣床上，除磷集管放置工装上，按图纸技术要求通过液压系统进行调整，使修复面与水平面一致，并用水平仪进行校正，水平度≤0.03；对高压水除鳞集管喷嘴结合面进行机械加工，清理表面的腐蚀、氧化铁皮等疲劳层；步骤2.对加工部位进行表面着色探伤，不允许有裂纹，气孔等缺陷；步骤3. 将除鳞集管放置工装上，根据步骤1要求进行调整，采用1万瓦气体激光器对高压水除鳞集管加工表面进行激光熔覆，在熔覆过程中用刮尺来调整预制防腐熔覆材料，选择最佳的熔覆工艺参数（功率8000W，扫描速度300mm/s，搭接间距1.5mm，熔覆层厚度2mm，过渡区厚度5mm，工作效率0.8m²/h）；并保证熔覆层厚度满足所需的尺寸；步骤4.用数控铣床按图纸对激光熔覆表面进行精加工处理，恢复原设计尺寸及表面光洁度。

修后检测：尺寸检测、着色无损探伤检测、符合图纸要求，探伤没有裂纹、气孔等缺陷。

实施例2。

对Y钢厂的高压水除鳞集管修复。

高压水除鳞集管的基体材料为34CrNiMo₆。

熔覆材料的化学成分为Ni：36%、Cu：15%、Fe：11%、La：1%、Yb：0.5%、Y：0.1%、Sc：0.1%、Pr：0.5%、Cr：余量。

高压水除鳞集管的激光修复工艺方法，步骤如下：步骤1、将除磷集管放置工装上，按图纸技术要求通过液压系统进行调整，使除磷集管修复面与水平面一致，并用水平仪进行校正，要求：水平度≤0.03；根据损伤情况对水除鳞集管修复部位进行基准确定和机械加工，清理表面的腐蚀、氧化铁皮等疲劳层，要求加工后不得有锈蚀，记录加工前、后记录检测数据；步骤2、对加工进行表面进行无损探伤检测，包括着色探伤、荧光探伤等无损探伤，不允许有裂纹，气孔缺陷；步骤3、采用1万瓦气体激光器对水除鳞集管修复面进行激光熔覆；首先用刮尺来调整预制防腐合金粉末，使之均匀分布在加工表面厚度1-2mm，以满足熔覆后涂层厚度的要求；激光熔覆工艺参数是：功率：5500W，光斑直径：Φ5mm，扫描速度：230mm/s，搭接距离1.0mm熔覆过程中对熔池采用氩气进行保护；步骤4、激光熔覆后用数控加工铣床，按照图纸技术要求进行尺寸精度加工，恢复原设计尺寸及表面光洁度。

对比例1。

高压水除鳞集管的基体材料为34CrNiMo₆。

熔覆材料的化学成分为Ni：35%、Cu：20%、Fe：10%，Cr：余量；不添加任何稀土元素。

激光熔覆工艺同实施例1。

修复结果：尺寸检测、着色无损探伤检测、符合图纸要求，探伤没有裂缺陷，但是有气孔现象，并且使用半年时间，修复处出现腐蚀现象。

对比例2。

高压水除鳞集管的基体材料为34CrNiMo₆。

熔覆材料的化学成分为Ni：35%、Cu：20%、Fe：10%、La：0.2%、Yb：0.2%、Cr：余量；添加2种稀土元素。

激光熔覆工艺同实施例1。

修复结果：尺寸检测、着色无损探伤检测、符合图纸要求，探伤没有裂缺陷，但是有气孔现象，气孔出现率比对比例1低；并且使用半年时间，修复处出现腐蚀现象，但腐蚀现象没有对比例1明显。因此本发明在主要金属成分基础上添加三种以上的稀土元素。

Claims

1.一种高压水除鳞集管的激光修复方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1、将除磷集管放置工装上，按图纸技术要求通过液压系统进行调整，使除磷集管修复面与水平面一致，并用水平仪进行校正，要求：水平度≤0.03；根据损伤情况对水除鳞集管修复部位进行基准确定和机械加工，清理表面的腐蚀、氧化铁皮等疲劳层，要求加工后不得有锈蚀，记录加工前、后记录检测数据；

步骤2、对加工进行表面进行无损探伤检测，包括着色探伤、荧光探伤等无损探伤，不允许有裂纹，气孔缺陷；

步骤3、采用1万瓦气体激光器对水除鳞集管修复面进行激光熔覆；首先用刮尺来调整预制防腐合金粉末，使之均匀分布在加工表面厚度1-2mm，以满足熔覆后涂层厚度的要求；激光熔覆工艺参数是：激光熔覆工艺参数是：功率：5500-8000W，光斑直径：Φ5-15mm，扫描速度：200-300mm/s，搭接距离1.0-1.5mm熔覆过程中对熔池采用氩气进行保护；

步骤4、激光熔覆后用数控加工铣床，按步骤1进行调整，按照图纸技术要求进行尺寸精度加工，恢复原设计尺寸及表面光洁度；

所述激光熔覆的防腐合金粉末,所述材料的化学成分中主要含有：Ni：35-40%、Cu：15-20%、Fe：10-12%，除上述成分外还添加 La、Yb、Y、Sc、Pr稀土元素中的至少三种，其中La：0.1-1%、Yb：0.1-0.5%、Y：0.1-0.5%、Sc：0.1-0.5%、Pr：0.1-0.5%、Cr：余量。

2.如权利要求1所述的高压水除鳞集管的激光修复方法，其特征在于，所述激光熔覆的防腐合金粉末中各原料按重量百分比计：Ni：35%、Cu：20%、Fe：10%、La：0.2%、Yb：0.2%、Y：0.2%、Sc：0.2%、Pr：0.2%、Cr：余量。

3.如权利要求1所述的高压水除鳞集管的激光修复方法，其特征在于，所述激光熔覆的防腐合金粉末中各原料按重量百分比计：Ni：36%、Cu：15%、Fe：11%、La：1%、Yb：0.5%、Y：0.1%、Sc：0.1%、Pr：0.5%、Cr：余量。