一種冶金trt機組承缸的修復工藝的製作方法
2023-09-14 13:01:45 1
專利名稱：一種冶金trt機組承缸的修復工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種冶金設備部件的修復技術，特別是涉及一種利用雷射熔覆技術修復TRT機組承缸的工藝。
背景技術：
能量回收透平裝置(簡稱TRT-Blast Furnace Top Gas Recovery TurbineUnit) 是世界公認的鋼鐵企業重大能量回收裝置。它是利用高爐爐頂煤氣的餘壓餘熱，把煤氣導入透平膨脹機，使壓力能和熱能轉化為機械能，驅動發電機發電的一種能量回收裝置。該裝置運行過程中不需要耗費新能源，具有減少環境汙染和能量浪費、穩定爐頂壓力、改善高爐生產條件從而實現無公害發電的優點，是支持循環經濟的綠色能源產品，現已成為當今世界鋼鐵行業公認的節能環保裝置。我國屬能源緊缺的國家，從可持續發展戰略上倡導綠色能源的開發利用，因此TRT裝置對我國的經濟發展和環境保護有著不可替代的作用，是國內外大力推廣的節能環保設備。TRT機組承缸是TRT機組上很重要的部件之一，尺寸和重量較大，構造複雜，製作成本較高。TRT機組承缸一般採用灰口鑄鐵鑄造而成，耐衝刷性能較差。在TRT機組運行過程中，TRT機組承缸受高溫高爐煤氣衝蝕，而且高爐煤氣雜質含量較大，因此，TRT機組承缸衝刷是TRT機組損壞的普遍現象。以前的維修方式一般採用電焊修補方法，存在有較大的缺陷電焊修補熱影響區大，且焊接區組織晶粒粗大，強度差，存在很大的內應力，極易產生裂紋，可焊性極差，而且會產生很大的變形。因此，選擇適當的TRT機組承缸的修復工藝，使修復後的TRT機組承缸性能不低於原設計性能，是所屬領域當前亟待解決的課題。雷射熔覆技術作為一種先進的再製造技術，近年來得到了迅速推廣和廣泛應用。雷射熔覆技術利用高能量雷射束聚集能量極高的特點，瞬間將在基材表面預置或與雷射同步自動送置的、具有特殊物理、化學或力學性能的合金粉末完全熔化，同時基材部分熔化，形成一種新的複合型材料，雷射束掃描後快速凝固，獲得與基體冶金結合的緻密覆層，以達到恢復幾何尺寸和表面強化的目的。目前，關於利用雷射熔覆工藝修復設備部件的專利和報導很多例如，公開號為CN1202534的中國發明專利申請給出的《金屬表面等離子噴塗後雷射熔覆製備陶瓷塗層的方法》，該方法是先在金屬表面用等離子噴塗方法製備陶瓷塗層，然後在雷射照射的同時，將陶瓷粉末噴向塗層表面，對陶瓷塗層進行二次熔覆處理。公開號為CN1786272的中國發明專利申請給出的《雷射熔覆鎳基納米WC/Co預塗層的製備方法》，該製備方法包括下列步驟①按每克重的蟲膠與10 20克重的無水乙醇稱量蟲膠和無水乙醇，然後將所述的蟲膠加入無水乙醇中製成粘結劑；②根據需要按每克鎳基納米WC/Co粉末與0. 1毫升 0. 25毫升的粘結劑的比例，稱量鎳基納米WC/Co粉末和所述的粘結劑並混合，充分攪拌均勻製成預塗膠；③將上述預塗膠均勻地塗在待雷射熔覆處理的工件表面，製成預塗層；④烘乾。採用自製的粘結劑製備鎳基納米WC/Co預塗層，然後再採用雷射熔覆工藝，製備出了表面較平整，較細密、基本消除了裂紋與孔隙並與基體呈冶金結合的鎳基納米WC/Co複合塗層。公開號為CN101338427的中國發明專利申請給出的《液壓支架立柱缸筒、活塞杆耐磨抗蝕塗層的雷射熔覆工藝》，包括以下工藝過程首先立柱缸筒、活塞杆表面預處理 室溫下對立柱缸筒、活塞杆表面進行除油、除鏽，並用酒精清洗乾淨；然後合金粉末的選擇和自動送粉裝置的調節選用具有優良耐磨抗蝕性能且與基體冶金相容性良好的鐵基合金粉末，鐵基合金粉末的成份中主要含有Fe、C、Cr、Ni、Mo、Si、N、Nb、Ta、B ；最後自動送粉裝置的調節調節自動送粉裝置，使自動送粉頭出來的合金粉末正好落在雷射熔池內，調節送粉量，使合金粉末塗層的厚度達到0. 6-1. 2mm。公開號為CN101338425的中國發明專利申請給出的《鐵路道岔滑床板表面耐磨抗蝕合金塗層雷射熔覆工藝》，包括以下工藝過程首先滑床板表面預處理，即在室溫下對滑床板表面進行除油除鏽，並用酒精清洗乾淨；然後是合金粉末的預置，即把待熔覆的鐵基、 鎳基或鈷基合金粉末預置於上述處理後的滑床板表面，並用帶有導軌的刮尺來調整預製合金粉末，使之均勻分布在滑床板表面並具有適當的厚度，以滿足熔覆後塗層厚度的要求；最後是光熔覆強化滑床板，選用氣體CO2雷射器，工作檯為數控工具機，在滑床板表面進行雷射熔覆強化。公開號為CN101338428的中國發明專利申請給出的《鎬形截齒齒體頭部雷射熔覆耐磨塗層強化工藝》，包括以下工藝過程首先是截齒齒體頭部表面預處理；然後是合金粉末的選擇和自動送粉裝置的調整；最後是截齒頭部雷射熔覆耐磨合金塗層。現有技術給出的上述技術方案雖能利用雷射熔覆工藝對部分設備部件進行修復處理，取得一定的技術效果。但對其他特定的設備部件，例如像TRT機組承缸這樣的特定設備部件，現有的雷射熔覆工藝參數已明顯不能適應。經本申請人檢索查證採用雷射熔覆工藝修復TRT機組承缸，國內尚無先例，國外也沒有見到相關報導。因此，尋找出適當的採用雷射熔覆修復TRT機組承缸的工藝參數，仍需所屬領域的技術人員進一步作出創造性的研究工作。
發明內容
本發明的目的在於針對現有技術對修復TRT機組承缸處理難的課題，通過反覆研究改進，給出了一種新的冶金TRT機組承缸的修復工藝。該修復工藝使用高功率光斑快速掃描熔覆區，使缸體損傷部位表面微熔，微熔層僅0. 05 0. 1mm，缸體表面的游離碳和其它有害相來不及溶解析出，不僅保證了熔覆層的質量。而且快速熔覆工作效率是傳統熔覆的 10倍。使用此工藝方法修復的承缸，其合金覆層由鎳基合金底層、鈷基合金面層構成，鎳基合金的底層與基體浸潤性好、結合強度高，而鈷基合金的面層有較高的蠕變極限、良好的持久強度和較好的抗熱疲勞及斷裂性能，可以滿足承缸的工作條件。本發明給出的技術方案是這種冶金TRT機組承缸的修復工藝，使用高功率光斑快速掃描熔覆區，使缸體損傷部位表面微熔，微熔層為0. 05 0. 1mm，使缸體表面的游離碳和其它有害相來不及溶解析出，其特點是由下列工序組成(1)承缸的檢測將缸套在立式車床上進行跳動檢測和尺寸檢測，確定損傷部位；
(2)承缸損傷部位的機械清理對承缸損傷部位進行機械清理，去除表面疲勞金屬層；(3)根據損傷部位形狀製造鑲嵌鍛件按照機械清理後承缸的損傷形狀製造一個環形鍛件，並把它鑲嵌在承缸缸體內， 鍛件的材質選用抗衝刷腐蝕性能遠優於原承缸材質的合金鋼，例如2Crl3，鍛件鍛造後經過熱處理和無損檢測，合格後進行機械加工，並把其鑲嵌在承缸損傷部位，邊緣留出適量的焊接破口 ；(4)鍛件與承缸的快速雷射熔覆採用同步送粉雷射熔覆的方式，進行鍛件與承缸的快速雷射熔覆作業，其熔覆層由鎳基合金底層、鈷基合金面層構成，其中鎳基合金底層與基體浸潤性好、結合強度高，而鈷基合金面層有較高的蠕變極限、良好的持久強度和較好的抗熱疲勞及斷裂性能，雷射熔覆操作過程中的工藝參數是雷射功率6200 8000W，光斑直徑 6 11mm，光斑移動速度100 150mm/s ；(5)承缸的機械加工復形把修復後的承缸置於立式車床上按原設計尺寸對承缸進行機械加工復形。本發明選用作為底層的鎳基合金合金粉末的化學成份按重量百分數(％ )為Cr 11 20、Mo 2 3、W 2 4、餘量為Ni。本發明選用作為面層的鈷基合金粉末的化學成份按重量百分數(％ )為Cr21 30, W 2 6、Mo 2 11、餘量為 Co。為更好的實現本發明的目的，所述作為底層的鎳基合金合金粉末中還可以至少含有八1、11、(、18、51、而、01中的一種，其加入的重量百分數(％ )含量低於5。為更好的實現本發明的目的，所述作為面層的鈷基合金粉末中還可以至少含有 Al、Ti、N、B、Si、Nd、Cu中的一種，其加入的重量百分數(％)含量低於5。與現有技術相比，本發明的有益效果是實現了傳統方法不易實現對TRT承缸的修復，具有修復工藝適應性強、操作簡便、熱變形小、焊接組織均勻、殘餘應力小和可不做修復熱處理的特點，而且修復後的TRT承缸性能遠優於原設計性能。
附圖為修復後的TRT承缸結構示意圖。
具體實施例方式實施例1 :MPG4. 4-219型TRT機組承缸修復如圖所示，承缸缸體1重量約7噸，長度為細，最大直徑1. 6m，轉子轉速3000轉/ 分，承缸缸體1材質ht-350，承缸缸體1表面衝蝕減薄，最大損傷深度為35mm以上並多處存在裂紋。損傷部位經機械清理後採用2Crl3鍛件2鑲嵌後表面用特製的鎳基合金和特製的鈷基合金粉末雷射熔覆層3修復，雷射熔覆的工藝參數為雷射功率7200 7500W，光斑直徑10mm，光斑移動速度120mm/s ；再把修復後的承缸置於立式車床上按原設計尺寸對承缸進行機械加工復形。經驗收合格經過各種測試，其硬度指標達到原硬度要求的HB220 260，無損探傷檢測沒有孔洞、夾渣、裂紋等缺陷；金相分析結果，熔覆層組織為緻密的奧氏體組織；經驗收合格。承缸修復後上機運轉，沒有剝落、起皮等不良現象產生，運轉正常，使用壽命是原設計壽命的2倍以上。本實施例選用作為底層的鎳基合金合金粉末的化學成份按重量百分數(％ )為Cr 12、Mo 2、W 2、Al 1. 5, Ti 2. 5、餘量為 Ni ；作為面層的鈷基合金粉末的化學成份按重量百分數(％ )為Cr 25, W 4, Mo 6, Al 2, Ti 2、餘量為 Co。實施例2 :MPG3. 5-200型TRT機組承缸修復承缸缸體1重量約3噸，長度為2m，最大直徑1. 2m,轉子轉速3000轉/分，承缸缸體1材質ht-250，承缸缸體1表面衝蝕減薄，最大損傷深度為25mm以上並多處存在裂紋。損傷部位經機械清理後採用2Crl3鍛件2鑲嵌後表面用特製的鎳基合金和特製的鈷基合金粉末雷射熔覆層3修復，雷射熔覆的工藝參數為雷射功率6500 6800W，光斑直徑12mm， 光斑移動速度100mm/S ；再把修復後的承缸置於立式車床上按原設計尺寸對承缸進行機械加工復形。經驗收合格經過各種測試，其硬度指標達到原硬度要求的HB230 250，無損探傷檢測沒有孔洞、夾渣、裂紋等缺陷；金相分析結果，熔覆層組織為緻密的奧氏體組織；經驗收合格。承缸修復後上機運轉，沒有剝落、起皮等不良現象產生，運轉正常，使用壽命是原設計壽命的2倍以上。本實施例選用作為底層的鎳基合金合金粉末的化學成份按重量百分數(％ )為Cr 10、Mo 2. 2、W 2. 3, Al 2、Ti 3. 5、餘量為 Ni ；作為面層的鈷基合金粉末的化學成份按重量百分數(％ )為Cr 15、W 1. 5, Mo 2、Al 1. 5, Ti 2. 5、餘量為 Co。同傳統雷射熔覆工藝相比，本發明的工藝特點如下
權利要求
1.一種冶金TRT機組承缸的修復工藝，使用高功率光斑快速掃描熔覆區，使缸體損傷部位表面微熔，微熔層為0. 05 0. 1mm，使缸體表面的游離碳和其它有害相來不及溶解析出，其特徵在於由下列工序組成(1)承缸的檢測將缸套在立式車床上進行跳動檢測和尺寸檢測，確定損傷部位；(2)承缸損傷部位的機械清理對承缸損傷部位進行機械清理，去除表面疲勞金屬層；(3)根據損傷部位形狀製造鑲嵌鍛件按照機械清理後承缸的損傷形狀製造一個環形鍛件，並把它鑲嵌在承缸缸體內，鍛件的材質選用抗衝刷腐蝕性能遠優於原承缸材質的合金鋼，鍛件鍛造後經過熱處理和無損檢測，合格後進行機械加工，並把其鑲嵌在承缸損傷部位，邊緣留出適量的焊接破口 ；(4)鍛件與承缸的快速雷射熔覆採用同步送粉雷射熔覆的方式，進行鍛件與承缸的快速雷射熔覆作業，其熔覆層由鎳基合金底層、鈷基合金面層構成，其中鎳基合金底層與基體浸潤性好、結合強度高，而鈷基合金面層有較高的蠕變極限、良好的持久強度和較好的抗熱疲勞及斷裂性能，雷射熔覆操作過程中的工藝參數是雷射功率6200 8000W，光斑直徑6 11mm，光斑移動速度 100 150mm/s ；(5)承缸的機械加工復形把修復後的承缸置於立式車床上按原設計尺寸對承缸進行機械加工復形。
2.根據權利要求1所述的冶金TRT機組承缸的修復工藝，其特徵在於作為底層的鎳基合金合金粉末的化學成份按重量百分數(％)為Cr 11 20、Mo 2 3、W 2 4、餘量為Ni ；作為面層的鈷基合金粉末的化學成份按重量百分數(％ )為Cr 21 30、W2 6、Mo 2 11、餘量為Co。
3.根據權利要求2所述的冶金TRT機組承缸的修復工藝，其特徵在於作為底層的鎳基合金合金粉末中還至少含有Al、Ti、C、N、B、Si、Nd、Cu中的一種，其加入的重量百分數(％ ) 含量低於5。
4.根據權利要求2所述的冶金TRT機組承缸的修復工藝，其特徵在於作為面層的鈷基合金粉末中還至少含有Al、Ti、N、B、Si、Nd、Cu中的一種，其加入的重量百分數(％)含量低於5。
全文摘要
一種冶金TRT機組承缸的修復工藝，使用高功率光斑快速掃描熔覆區，使缸體損傷部位表面微熔，微熔層為0.05～0.1mm，使缸體表面的游離碳和其它有害相來不及溶解析出，其特點是由下列工序組成(1)承缸的檢測；(2)承缸損傷部位的機械清理；(3)根據損傷部位形狀製造鑲嵌鍛件；(4)鍛件與承缸的快速雷射熔覆；(5)承缸的機械加工復形。本發明修復的承缸，其合金覆層由鎳基合金底層、鈷基合金面層構成，具有修復工藝適應性強、操作簡便、熱變形小、焊接組織均勻、殘餘應力小和可不做修復熱處理的特點，而且修復後的TRT承缸性能遠優於原設計性能。
文檔編號C22C19/07GK102453908SQ20101052827
公開日2012年5月16日 申請日期2010年11月2日 優先權日2010年11月2日
發明者劉文孝, 吳偉 申請人:瀋陽大陸雷射技術有限公司