CN110616425A - 一种锅炉管的高速激光熔覆方法及锅炉管 - Google Patents

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杨庆东
澹台凡亮
田洪芳
李光浩
郎坤
杜学芸
刘虎
王伟
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    • C22C19/056—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being at least 10% but less than 20%
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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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

本发明属于激光熔覆技术领域，特别涉及一种锅炉管的高速激光熔覆方法，首先对待加工锅炉管进行机械加工留出加工余量，然后去锈蚀及油污，最后将待加工锅炉管放在车床上，设置激光熔覆参数，开始激光熔覆。本发明还涉及一种锅炉管，用上述熔覆方法进行熔覆。本发明高速激光熔覆具备极高的熔覆线速度，可以在短时间内实现涂层的大面积制备，可以获得在零部件表面的高精度成形，熔覆搭接平整，表面粗糙度小。

Description

一种锅炉管的高速激光熔覆方法及锅炉管
技术领域
本发明属于激光熔覆技术领域，具体地说涉及一种锅炉管的高速激光熔覆方法及锅炉管。
背景技术
锅炉管爆裂泄漏是导致非计划停炉的重要原因之一，究其失效形式，如材质不良、超温、磨损、腐蚀、焊接缺陷等，其中磨损失效导致的事故更为突出。锅炉管处于500-1200℃高温，锅炉管壁受热面受高速烟气持续冲刷，管壁因磨损而变薄直至爆管。传统防护如加装防护瓦、管壁表面渗合金等处理，因价格昂贵或不易实施等原因而不能广泛应用。
发明内容
针对现有技术的种种不足，发明人在长期实践中研究设计出一种锅炉管的高速激光熔覆方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种锅炉管的高速激光熔覆方法，包括以下步骤：
S1、熔覆前加工及检测：对待加工锅炉管进行机械加工，检测原始规格尺寸，并留出加工余量；
S2、表面预处理：使用酒精擦拭及砂纸抛光锅炉管待熔覆区域，去锈蚀及油、污；
S3、高速熔覆：首先将待加工锅炉管放置在车床上，使用变位工装装夹，并进行定位找正；然后由机器人抓取激光器沿着锅炉管轴向前进，设置激光熔覆线速度设置为100mm/s-600mm/s；设置好机床参数后，将激光熔覆头移动至锅炉管表面的熔覆起始段，装填合金粉末，开始对待熔覆区域进行激光熔覆。
进一步地，所述步骤S1中，加工余量不小于0.2mm。
进一步地，所述步骤S3中，由机器人抓取激光器沿着锅炉管轴向前进，步距为0.5mm，由变位机带动锅炉管实现0-150°的旋转往复。
进一步地，所述步骤S3中，设置熔覆功率为2000W-4000W、搭接率为30％-50％。
进一步地，所述步骤S3中，设置好参数后装填合金粉末，启动氮气气动送粉，送粉量为30g/min-50g/min。
进一步地，所述步骤S3，熔覆区域为锅炉管侧面局部表面。
进一步地，所述步骤S3，激光熔覆后，最终在锅炉管熔覆区域表面实现“弓”字形熔覆轨迹，熔覆层厚度为0.7mm-1.5mm。
一种锅炉管，在锅炉管外表面局部区域用上述熔覆方法进行加工，熔覆后的锅炉管，熔覆层厚度为0.7mm-1.5mm。
一种高速熔覆锅炉管用粉末，采用以下组分及重量百分比的原料制备得到：C0.72％、Cr 16.58％、Si 3.8％、Mo 2.1％、Cu 1.95％、B 3.18％、Fe3.58％，余量为Ni。
本发明的有益效果是：
(1)高速激光熔覆具备极高的熔覆线速度，可高达100-600mm/s，如此计算，可以在短时间内实现涂层的快速制备，显著提升激光熔覆效率，并且得到高硬度的熔覆层，机械性能更强；
(2)单层熔覆层厚度极薄，由此可以获得在锅炉管表面的高精度成形，而且熔覆搭接平整，熔覆区域表面粗糙度小，极大的减少了后续机械加工去除量，简化了机械加工程序，既能降低材料消耗又可提升加工效率。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合较佳的实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种锅炉管的高速激光熔覆方法，具体步骤如下：
S1：熔覆前加工及检测。对待加工锅炉管进行机械加工，检测原始规格尺寸，并根据技术要求留出加工余量。加工余量一般为熔覆后的直径尺寸减去最终成品直径尺寸，本实施例的加工余量不小于0.2mm。
S2：表面预处理，将工件去油污，以保证后熔覆层与基体之间的结合。具体为使用酒精擦拭及砂纸抛光待熔覆区域，去锈蚀及油、污。
S3：高速熔覆。首先将待加工锅炉管放置在车床上，使用变位工装装夹，并进行定位找正；然后由机器人抓取激光器沿着锅炉管轴向前进，步距为0.5mm，由变位机带动锅炉管实现0-150°的旋转往复；设置激光熔覆功率为2000W、搭接率为30％、熔覆线速度设置为100mm/s；设置好机床参数后，将激光熔覆头移动至锅炉管表面的熔覆起始段，根据设备要求确认焦距；然后装填合金粉末，启动氮气气动送粉，送分量30g/min，采用氮气来保护熔池，开始对待熔覆区域进行激光熔覆，最终在锅炉管弧形表面实现“弓”字形熔覆轨迹，熔覆层厚度0.7mm。本实施例熔覆区域控制在锅炉管侧面局部熔覆。
对于得到的熔覆层进行性能测试，达到以下指标：
盐雾试验：经96h铜离子加速乙酸盐雾试验，无锈蚀。
经无损检测，熔覆层无裂纹；熔覆层硬度达50HRC以上，熔覆层稀释率≤3％，熔覆层与基体结合强度达500MPa以上；按国标GB_T6461-2002对熔覆层耐腐蚀性评级为9级。
实施例2
一种锅炉管的高速激光熔覆方法，具体步骤如下：
S1：熔覆前加工及检测。对待加工锅炉管进行机械加工，检测原始规格尺寸，并根据技术要求留出加工余量。加工余量一般为熔覆后的直径尺寸减去最终成品直径尺寸，本实施例的加工余量不小于0.2mm。
S2：表面预处理，将工件去油污，以保证后熔覆层与基体之间的结合。具体为使用酒精擦拭及砂纸抛光待熔覆区域，去锈蚀及油、污。
S3：高速熔覆。首先将待加工锅炉管放置在车床上，使用变位工装装夹，并进行定位找正；然后由机器人抓取激光器沿着锅炉管轴向前进，步距为0.8mm，由变位机带动锅炉管实现0-150°的旋转往复；设置激光熔覆功率为3000W、搭接率为40％、熔覆线速度设置为350mm/s；设置好机床参数后，将激光熔覆头移动至锅炉管表面的熔覆起始段，根据设备要求确认焦距；然后装填合金粉末，启动氮气气动送粉，送分量40g/min，采用氮气来保护熔池，开始对待熔覆区域进行激光熔覆，最终在锅炉管弧形表面实现“弓”字形熔覆轨迹，熔覆层厚度1.1mm。本实施例熔覆区域控制在锅炉管侧面局部熔覆。
对于得到的熔覆层进行性能测试，达到以下指标：
盐雾试验：经96h铜离子加速乙酸盐雾试验，无锈蚀。
经无损检测，熔覆层无裂纹；熔覆层硬度达50HRC以上，熔覆层稀释率≤3％，熔覆层与基体结合强度达500MPa以上；按国标GB_T6461-2002对熔覆层耐腐蚀性评级为9级。
实施例3
一种锅炉管的高速激光熔覆方法，具体步骤如下：
S1：熔覆前加工及检测。对待加工锅炉管进行机械加工，检测原始规格尺寸，并根据技术要求留出加工余量。加工余量一般为熔覆后的直径尺寸减去最终成品直径尺寸，本实施例的加工余量不小于0.2mm。
S2：表面预处理，将工件去油污，以保证后熔覆层与基体之间的结合。具体为使用酒精擦拭及砂纸抛光待熔覆区域，去锈蚀及油、污。
S3：高速熔覆。首先将待加工锅炉管放置在车床上，使用变位工装装夹，并进行定位找正；然后由机器人抓取激光器沿着锅炉管轴向前进，步距为1.0mm，由变位机带动锅炉管实现0-150°的旋转往复；设置激光熔覆功率为4000W、搭接率为50％、熔覆线速度设置为600mm/s；设置好机床参数后，将激光熔覆头移动至锅炉管表面的熔覆起始段，根据设备要求确认焦距；然后装填合金粉末，启动氮气气动送粉，送分量50g/min，采用氮气来保护熔池，开始对待熔覆区域进行激光熔覆，最终在锅炉管弧形表面实现“弓”字形熔覆轨迹，熔覆层厚度1.5mm。本实施例熔覆区域控制在锅炉管侧面局部熔覆。
对于得到的熔覆层进行性能测试，达到以下指标：
盐雾试验：经96h铜离子加速乙酸盐雾试验，无锈蚀。
经无损检测，熔覆层无裂纹；熔覆层硬度达50HRC以上，熔覆层稀释率≤3％，熔覆层与基体结合强度达500MPa以上；按国标GB_T6461-2002对熔覆层耐腐蚀性评级为9级。
实施例4
一种锅炉管，在其外表面局部区域用上述实施例1～实施例3中任意一种高速激光熔覆方法进行加工，熔覆后的锅炉管，熔覆层厚度0.7mm-1.5mm。
本发明的高速激光熔覆方法所用的粉末成分如下表所示：
表1高速熔覆锅炉管粉末成分
所用合金粉末为镍基，添加一定量的Cr元素，具备优异的抗高温腐蚀性能和抗氧化性能，且在700℃以下具备高强度和高塑性。高镍成分使合金具备优异的抗应力腐蚀性能，在碱性环境中也能保持很强的耐蚀性能，且添加的Cr元素使合金在氧化环境下的耐蚀性能更加优异。
本发明开发使用的高速熔覆系统，鉴于镍基合金粉末的优良自熔性及强耐腐蚀性，主要考虑熔覆表面硬度及平整度，调整激光功率、扫描线速度、步距及送粉速率，稀释率控制在≤3％，保证粉路、光路合理配合，获得表面光洁度高的熔覆层。熔覆组织均匀，硬度值在350HV以上。
以上已将发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。

Claims (9)

1.一种锅炉管的高速激光熔覆方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、熔覆前加工及检测：对待加工锅炉管进行机械加工，检测原始规格尺寸，并留出加工余量；
S2、表面预处理：使用酒精擦拭及砂纸抛光锅炉管待熔覆区域，去锈蚀及油、污；
S3、高速熔覆：首先将待加工锅炉管放置在车床上，使用变位工装装夹，并进行定位找正；然后由机器人抓取激光器沿着锅炉管轴向前进，设置激光熔覆线速度设置为100mm/s-600mm/s；设置好机床参数后，将激光熔覆头移动至锅炉管表面的熔覆起始段，装填合金粉末，开始对待熔覆区域进行激光熔覆。
2.根据权利要求1所述的一种锅炉管的高速激光熔覆方法，其特征在于，所述步骤S1中，加工余量不小于0.2mm。
3.根据权利要求1所述的一种锅炉管的高速激光熔覆方法，其特征在于，所述步骤S3中，由机器人抓取激光器沿着锅炉管轴向前进，步距为0.5mm-1mm，由变位机带动锅炉管实现0-150°的旋转往复。
4.根据权利要求3所述的一种锅炉管的高速激光熔覆方法，其特征在于，所述步骤S3中，设置熔覆功率为2000W-4000W、搭接率为30％-50％。
5.根据权利要求4所述的一种锅炉管的高速激光熔覆方法，其特征在于，所述步骤S3中，设置好参数后装填合金粉末，启动氮气气动送粉，送粉量为30g/min-50g/min。
6.根据权利要求1所述的一种锅炉管的高速激光熔覆方法，其特征在于，所述步骤S3，熔覆区域为锅炉管侧面局部表面。
7.根据权利要求6所述的一种锅炉管的高速激光熔覆方法，其特征在于，所述步骤S3，激光熔覆后，最终在锅炉管熔覆区域表面实现“弓”字形熔覆轨迹，熔覆层厚度为0.7mm-1.5mm。
8.一种锅炉管，其特征在于，在所述锅炉管外表面局部区域用权利要求1至7任一项所述熔覆方法进行加工，熔覆后的锅炉管，熔覆层厚度为0.7mm-1.5mm。
9.一种高速熔覆锅炉管用粉末，其特征在于，采用以下组分及重量百分比的原料制备得到：C 0.72％、Cr 16.58％、Si 3.8％、Mo 2.1％、Cu 1.95％、B 3.18％、Fe3.58％，余量为Ni。
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CN114657557A (zh) * 2022-03-31 2022-06-24 西安必盛激光科技有限公司 一种用于对锅炉管通水的工装及强化锅炉管的方法

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