CN113862666A - 一种用于核电厂阀座的再制造工艺 - Google Patents

一种用于核电厂阀座的再制造工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于核电厂阀座的再制造工艺，阀座包括基材层、结合层、合金层，工艺对基材层、结合层、合金层的缺失区域进行再制造，工艺包括：在基材层、结合层以及合金层的缺失区域依次形成基材熔敷区、结合熔敷区以及合金熔敷区，在基材熔敷区喷射基材粉末并熔敷，在结合熔敷区喷射基材粉末、合金粉末的混合并熔敷，在合金熔敷区喷射合金粉末并熔敷，并且在结合熔敷区中基材粉末、合金粉末按不同比例逐层喷射并熔敷。本发明对阀座的缺失区域逐层喷射粉末并熔敷，形成基材熔敷区、结合熔敷区、合金熔敷区，按比例输送基材、合金粉末，实现结合层熔敷区的厚度可控，按比例逐渐过渡，避免了现有工艺中结合层较薄且金属比例突变的问题。

Description

一种用于核电厂阀座的再制造工艺
技术领域
本发明属于核电设备制造或维修技术领域，具体涉及一种用于核电厂阀座的再制造工艺。
背景技术
核电厂众多管路系统中存在大量的阀门部件，阀门部件中起关闭密封作用的零件是阀座，阀座零件制造是在基体材料表面堆焊一层硬质合金作为密封面，但经过长期运行后，阀座密封面的硬质合金经常出现缺损、划伤或减薄等失效情况，需要维修或更换阀座零件，在阀座密封面维修或制造过程中一般都涉及到硬质合金熔敷工艺。
阀门密封面硬质合金熔敷于基体金属，目前常用焊条（丝）堆焊、超音速火焰喷涂（HVOF）、等离子转移弧粉末堆焊（PTA）等方法，将硬质合金材料熔敷在基体材料表面，再经机加工形成密封面，这些方法都存在熔池（融）范围较大或者结合层较薄的问题。焊条（丝）堆焊通过焊枪尖端与工件之间导电电弧形成熔池，熔化填充金属后熔敷在基体金属表面，因为焊条（丝）有一定直径，所以熔池金属以一定宽度的焊道熔敷。超音速火焰喷涂是将混合硬质合金粉末的可燃气流高速喷出，形成超音速高温焰流，在高温、高速焰流中的硬质合金粉末被喷涂至基体材料表面形成熔敷层，因为焰流有一定直径，在喷射至基体材料表面时形成一定直径的熔融区，且随喷涂方向形成一定宽度的熔敷层。等离子转移弧粉末堆焊是在焊枪内部生成高温等离子弧，再由焊枪中的高压惰性气体将等离子弧吹出焊枪形成转移弧，同时惰性气体将硬质合金粉末喷出，在电弧末端将熔融的硬质合金粉末熔敷在基体金属表面，受惰性气体压力和焊枪至工件距离影响，电弧在基体材料表面形成一定范围熔池，并沿焊接方向形成一定宽度的熔敷层。由于熔敷过程中热源（电弧、超音速火焰、等离子转移弧）参数稳定，且随熔敷方向匀速移动，所以硬质合金与基体材料的结合层厚度相对固定且较薄。
核电厂阀座密封面的维修，某些情况下会因为放射性问题而不得不选择在线修复的方式，所以就要选择对周边不需要修复部位影响尽可能小的热源，也就是熔池范围越小越好。受阀座密封面局部修复条件限制，需要控制结合层厚度，以便使修复区域的材料良好过渡到正常区域。若根据零件缺失区域分层切片熔化过渡金属，需要非常精确的热源输入。
上述目前常用方法都是在基体材料上熔敷硬质合金，都存在较大范围熔池（融）区，在阀座密封面修复应用中，很容易将周围正常区域材料边缘熔化过多，而且分散的热输入容易使工件整体温度上升导致尺寸变化。并且因为材料熔点相对固定，所以熔敷金属与基体材料的结合层厚度相对固定而且较薄，这对局部修复区域材料的平滑过渡带来挑战。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于核电厂阀座的再制造工艺。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种用于核电厂阀座的再制造工艺，所述的阀座包括依次设置的基材层、结合层、合金层，所述的工艺对所述的基材层、结合层、合金层的缺失区域进行再制造，所述的工艺包括：在所述的基材层、结合层以及合金层的缺失区域依次形成基材熔敷区、结合熔敷区以及合金熔敷区，
在所述的基材熔敷区喷射基材粉末并熔敷，在所述的结合熔敷区喷射所述的基材粉末、合金粉末的混合并熔敷，在所述的合金熔敷区喷射所述的合金粉末并熔敷，并且在所述的结合熔敷区中所述的基材粉末、合金粉末按不同比例逐层喷射并熔敷。
优选地，在所述的基材熔敷区、结合熔敷区、合金熔敷区通过3D打印分层喷射并熔敷。
进一步优选地，所述的工艺根据所述的阀座缺失区域的尺寸及形状，分层切片分析，确定所述的基材熔敷区、结合熔敷区、合金熔敷区中各自需要喷射的层数以及所述的结合熔敷区中所述的基材粉末、合金粉末的比例，可以实现区域分层切片精准熔敷，可以适应阀座缺失区域的曲面变化。
更进一步优选地，在所述的基材熔敷区、结合熔敷区、合金熔敷区喷射每一层的厚度范围是0.5~3mm。
优选地，在所述的结合熔敷区中，靠近所述的基材熔敷区的所述的基材粉末的比例大于所述的合金粉末的比例，靠近所述的合金熔敷区的所述的基材粉末的比例小于所述的合金粉末的比例，采用不同比例的混合粉末逐层熔敷的方式，使得结合熔敷区厚度可控。
进一步优选地，所述的结合熔敷区中，所述的基材粉末的比例沿所述的基材熔敷区向所述的合金熔敷区的方向逐渐减小，所述的合金粉末的比例沿所述的基材熔敷区向所述的合金熔敷区的方向逐渐增大，按比例逐渐过渡，避免了目前常见工艺中结合熔敷区较薄且金属比例突变的问题。
更进一步优选地，所述的基材粉末的比例沿所述的基材熔敷区向所述的合金熔敷区的方向由80%逐渐减小至5%，所述的合金粉末的比例沿所述的基材熔敷区向所述的合金熔敷区的方向由20%逐渐增大至95%。
优选地，所述的工艺通过激光提供所述的基材粉末、合金粉末熔敷所需的热量，实现金属熔池微小、可控，在修复状态下，最大程度减小了对周围金属的影响。
进一步优选地，通过改变所述的激光的功率大小提供熔敷所述的基材粉末、合金粉末所需的不同热量，所述的激光的功率范围是1~6KW。
优选地，所述的基材粉末的材质包括碳钢材料，奥氏体不锈钢材料，中、低合金钢材料，所述的合金粉末的材质包括马氏体不锈钢材料、钴基合金材料、镍基合金材料、铁基合金材料。
优选地，所述的基材熔敷区位于其所在的所述的阀座的基材层范围内，所述的合金熔敷区位于其所在的所述的阀座的合金层的范围内，所述的结合熔敷区位于所述的基材熔敷区、合金熔敷区之间并可以延伸至其所在的所述的阀座的基材层和/或其所在的所述的阀座的合金层的范围内。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明对阀座的缺失区域逐层喷射粉末并熔敷，形成基材熔敷区、结合熔敷区、合金熔敷区，按比例输送基材粉末与合金粉末，实现结合层熔敷区的厚度可控，按比例逐渐过渡，避免了目前常见工艺中结合层较薄且金属比例突变的问题。
附图说明
附图1为本实施例中阀座的截面示意图。
以上附图中：1、基材层；2、结合层；3、合金层；4、基材熔敷区；5、结合熔敷区；6、合金熔敷区。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，一种用于核电厂阀座的再制造工艺，阀座包括依次设置的基材层1、结合层2、合金层3，工艺对基材层1、结合层2、合金层3的缺失区域进行再制造，工艺包括：基于激光3D打印工艺技术，在基材层1、结合层2以及合金层3的缺失区域依次形成基材熔敷区4、结合熔敷区5以及合金熔敷区6，基材层1、结合层2、合金层3、基材熔敷区4、结合熔敷区5以及合金熔敷区6为金属材料制造形成。在本实施例中，合金为硬质合金。
工艺在基材熔敷区4喷射基材粉末并熔敷，在结合熔敷区5喷射基材粉末、合金粉末的混合并熔敷，在合金熔敷区6喷射合金粉末并熔敷，并且在结合熔敷区5中基材粉末、合金粉末按不同比例逐层喷射并熔敷；工艺在基材熔敷区4、结合熔敷区5、合金熔敷区6通过3D打印分层喷射并熔敷，根据阀座缺失区域的尺寸及形状，分层切片分析，确定基材熔敷区4、结合熔敷区5、合金熔敷区6中各自需要喷射的层数以及结合熔敷区5中基材粉末、合金粉末的比例，可以实现区域分层切片精准熔敷，可以适应阀座缺失区域的曲面变化；工艺通过激光提供基材粉末、合金粉末熔敷所需的热量，提供精确的热源输入，实现金属熔池微小、可控，在修复状态下，最大程度减小了对周围金属的影响。基材粉末、合金粉末均为金属粉末，在本实施例中，基材粉末的材质包括碳钢材料，奥氏体不锈钢材料，中、低合金钢材料（当合金总量低于5%时称为低合金钢，合金含量在5-10%之间称为中合金钢，大于10%的称为高合金钢），合金粉末的材质包括马氏体不锈钢材料、钴基合金材料、镍基合金材料、铁基合金材料。
基材熔敷区4位于其所在的阀座的基材层1范围内，合金熔敷区6位于其所在的阀座的合金层3的范围内，结合熔敷区5位于基材熔敷区4、合金熔敷区6之间并可以延伸至其所在的阀座的基材层1和/或其所在的阀座的合金层3的范围内，可以提供更大的过渡区间，通过逐层喷粉使过渡更加平滑。在基材熔敷区4、结合熔敷区5、合金熔敷区6喷射每一层的厚度范围是0.5~3mm。
在结合熔敷区5中，靠近基材熔敷区4的基材粉末的比例大于合金粉末的比例，靠近合金熔敷区6的基材粉末的比例小于合金粉末的比例，采用不同比例的混合粉末逐层熔敷的方式，使得结合熔敷区5厚度可控。并且其中，基材粉末的比例沿基材熔敷区4向合金熔敷区6的方向逐渐减小，合金粉末的比例沿基材熔敷区4向合金熔敷区6的方向逐渐增大，按比例逐渐过渡，避免目前常见工艺中结合熔敷区5较薄且金属比例突变的问题。其中，基材粉末的比例由靠近基材熔敷区4的80%向合金熔敷区5过渡时逐渐减小至5%，而合金粉末的比例由靠近基材熔敷区4的20%向合金熔敷区5过渡时逐渐增大至95%，两者的比例在过渡转变时通过逐层喷粉而逐渐变化，即在最靠近基材熔敷区4，基材粉末与合金粉末的比例为4:1，最靠近合金熔敷区5，基材粉末与合金粉末的比例为1:19。
在对粉末熔敷时，不同材质的熔敷温度不同，通过改变激光的功率大小提供熔敷基材粉末、合金粉末所需的不同热量，激光的功率范围是1~6KW。
以下具体阐述一下本实施例的工作原理：
使用工作机器人根据阀座零件缺失区域执行路径行走，机器人的末端执行机构是激光发射装置及喷粉装置，在阀座上逐层喷粉并熔敷，在基材层1，以纯基材金属粉末配合相应的激光工艺参数，实现基材熔敷；在结合层2，基材、合金粉末以不同比例混合喷出，再配合不同参数的激光，实现混合金属粉末的熔敷，并可以根据粉末比例、熔敷层数控制结合熔敷区5厚度，使得结合熔敷区5由基材逐渐过渡到合金，随熔敷金属厚度增加，混合粉末中两者比例基材逐渐减小、合金逐渐增加，随着粉末比例变化，熔敷金属熔化所需热量也在变化，配以不同参数功率的激光，保证每层的粉末都能良好熔敷；在合金层3，以纯合金粉末配合相应的激光工艺参数，实现合金的熔敷。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于核电厂阀座的再制造工艺，所述的阀座包括依次设置的基材层、结合层、合金层，其特征在于：所述的工艺对所述的基材层、结合层、合金层的缺失区域进行再制造，所述的工艺包括：在所述的基材层、结合层以及合金层的缺失区域依次形成基材熔敷区、结合熔敷区以及合金熔敷区，
在所述的基材熔敷区喷射基材粉末并熔敷，在所述的结合熔敷区喷射所述的基材粉末、合金粉末的混合并熔敷，在所述的合金熔敷区喷射所述的合金粉末并熔敷，并且在所述的结合熔敷区中所述的基材粉末、合金粉末按不同比例逐层喷射并熔敷。
2.根据权利要求1所述的用于核电厂阀座的再制造工艺，其特征在于：在所述的基材熔敷区、结合熔敷区、合金熔敷区通过3D打印分层喷射并熔敷。
3.根据权利要求2所述的用于核电厂阀座的再制造工艺，其特征在于：所述的工艺根据所述的阀座缺失区域的尺寸及形状，分层切片分析，确定所述的基材熔敷区、结合熔敷区、合金熔敷区中各自需要喷射的层数以及所述的结合熔敷区中所述的基材粉末、合金粉末的比例。
4.根据权利要求3所述的用于核电厂阀座的再制造工艺，其特征在于：在所述的基材熔敷区、结合熔敷区、合金熔敷区喷射每一层的厚度范围是0.5~3mm。
5.根据权利要求1所述的用于核电厂阀座的再制造工艺，其特征在于：在所述的结合熔敷区中，靠近所述的基材熔敷区的所述的基材粉末的比例大于所述的合金粉末的比例，靠近所述的合金熔敷区的所述的基材粉末的比例小于所述的合金粉末的比例。
6.根据权利要求5所述的用于核电厂阀座的再制造工艺，其特征在于：所述的结合熔敷区中，所述的基材粉末的比例沿所述的基材熔敷区向所述的合金熔敷区的方向逐渐减小，所述的合金粉末的比例沿所述的基材熔敷区向所述的合金熔敷区的方向逐渐增大。
7.根据权利要求6所述的用于核电厂阀座的再制造工艺，其特征在于：所述的基材粉末的比例沿所述的基材熔敷区向所述的合金熔敷区的方向由80%逐渐减小至5%，所述的合金粉末的比例沿所述的基材熔敷区向所述的合金熔敷区的方向由20%逐渐增大至95%。
8.根据权利要求7所述的用于核电厂阀座的再制造工艺，其特征在于：通过改变所述的激光的功率大小提供熔敷所述的基材粉末、合金粉末所需的不同热量，所述的激光的功率范围是1~6KW。
9.根据权利要求1所述的用于核电厂阀座的再制造工艺，其特征在于：所述的基材粉末的材质包括碳钢材料、奥氏体不锈钢材料、合金钢材料，所述的合金粉末的材质包括马氏体不锈钢材料、钴基合金材料、镍基合金材料、铁基合金材料。
10.根据权利要求1所述的用于核电厂阀座的再制造工艺，其特征在于：所述的基材熔敷区位于其所在的所述的阀座的基材层范围内，所述的合金熔敷区位于其所在的所述的阀座的合金层的范围内，所述的结合熔敷区位于所述的基材熔敷区、合金熔敷区之间并可以延伸至其所在的所述的阀座的基材层和/或其所在的所述的阀座的合金层的范围内。
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