一種高性能汽輪機鍋爐管的雷射熔覆製造工藝的製作方法

2023-04-30 04:28:06

一種高性能汽輪機鍋爐管的雷射熔覆製造工藝的製作方法
【專利摘要】一種高性能汽輪機鍋爐管的雷射熔覆製造工藝，包括以下工藝步驟：（1）汽輪機鍋爐管表面預處理；（2）合金粉末的選擇和自動送粉裝置的調節；（3）光束調節；（4）耐磨塗層雷射熔覆；（5）熔覆後探傷檢驗。本發明具有優良的耐磨性能，顯著提高了輪機鍋爐管的耐磨性能和使用壽命；用於汽輪機鍋爐管制造和修復再製造；降低了生產成本以及提高了產品的質量。
【專利說明】一種高性能汽輪機鍋爐管的雷射熔覆製造工藝
【技術領域】
[0001]本發明涉及雷射熔覆領域，具體為一種高性能汽輪機鍋爐管的雷射熔覆製造工藝。
【背景技術】
[0002]在火力發電廠中，鍋爐是三大動力設備之一，是一種產生熱交換的設備，它的主要作用是將燃料燃燒釋放出的熱能來加熱鍋爐給水，以產生具有一定的壓力和溫度的優良品質蒸汽，送到汽輪機做功。水冷壁管、再熱器管、過熱器管、省煤器管，簡稱鍋爐「四管」，是鍋爐的心臟部位。
[0003]鍋爐管的工作溫度不一樣，非受熱面鍋爐管(如水冷壁管，省煤器管)工作溫度較低，受熱面鍋爐管(如蒸汽導熱管或過熱器管)的工作溫度較高，某些高溫高壓鍋爐的溫度可達600°C左右。鍋爐「四管」表面磨蝕形式主要是由高溫氧化和煙氣中硫化氫等介質腐蝕形成的高溫腐蝕、以及煙氣流與灰粉顆粒形成的衝刷磨損。電站鍋爐水冷壁區域高溫腐蝕是燃煤發電廠普遍存在的問題，也是影響電力安全生產的主要因素之一。高溫腐蝕即金屬高溫受熱面在高溫煙氣環境下在管壁溫度較高處所發生的煙氣側金屬腐蝕，腐蝕可使水冷壁壁厚減薄，強度降低，容易造成爆管、洩漏等事故。
[0004]鍋爐管失效形式有焊縫洩漏、短期超溫爆管、長期超溫爆管、管內氧腐蝕(腐蝕疲勞)、垢下腐蝕(塑性、脆性)、高溫腐蝕、應力腐蝕、熱疲勞等，導致機組發生非計劃停運，嚴重影響火電機組運行的安全性、經濟性以及整個電網的安全生產和調度。其主要失效方式是爆裂，它是由蠕變斷裂引起的，因此鍋爐管的材料應具有足夠高的持久強度，蠕變斷裂塑性及蠕變極限。高壓鍋爐管用鋼是一種應用高溫、高壓鍋爐領域的關鍵裝備，因其長期在高溫、高壓下工作，收到爐水、燃氣、應力等的作用，因此要求鋼的質量在高溫區域內具有較高的持久強度，較高的蠕變強度和較好的抗蒸汽、氫、鹼等腐蝕以及抗氧化性能。目前我國高壓鍋爐管用鋼主要是使用熱 軋圓坯，很少使用連鑄圓坯。與熱軋圓坯相比，連鑄圓坯具有工藝簡單、成材率高、能耗低等明顯的優勢，是高壓鍋爐管用鋼的發展方向。目前國內生產連鑄圓坯基本上採用的是電爐煉鋼。
[0005]低碳鋼管(20A)只能用於工作溫度低於450°C的非受熱面管，而12CrlMoV的工作溫度可以高於580°C。如果蒸汽的工作溫度超過580°C甚至600°C，則必須選用更高級的材料，如12Cr3MoVSiTiB或奧氏體耐熱鋼Crl7Nil3W。這會使材料的價格大大提高，鍋爐管的消耗是很大的，所以在經濟上很不合算。因此目前在設計大容量鍋爐時多趨向於把蒸汽溫度降到540°C左右，儘管工作溫度高可以提高熱效率，但從總的經濟性考慮，採用廉價的耐熱鋼更合理些，這是選材的經濟性限制機械裝置效率的一個很典型的例子。
[0006]表面強化技術可以在不限制鍋爐工作溫度的前提下，提高鍋爐管的使用壽命。方法之一是表面噴塗保護技術，鍋爐「四管」表面的噴塗預保護技術的研究和應用，被列入國家「八五」規劃重大科技推廣項目熱噴塗技術的重要內容之一，它解決了電站鍋爐長期存在的技術難題。對於高溫腐蝕多發生在水冷壁管，採用超音速電弧噴塗工藝製備塗層，使用高鉻合金絲(FeCrAl)塗層結合強度50Mpa，塗層厚度0.4 mm左右，塗層硬度330 HV，具有較好的防腐性能，塗層壽命4年左右，材料價格適中，目前多採用這類材料。
[0007]但是熱噴塗的塗層和基體結合強度低，而且塗層厚度有限，其中存在孔隙和殘餘應力，韌性差，切削加工性較差。另外熱噴塗熱效率低，材料利用率低，而且在操作過程中存
在一些危害因素。

【發明內容】
[0008]本發明所解決的技術問題在於提供一種高性能汽輪機鍋爐管的雷射熔覆製造工藝，以解決上述【背景技術】中提出的問題。
[0009]本發明所解決的技術問題採用以下技術方案來實現:
一種高性能汽輪機鍋爐管的雷射熔覆製造工藝，包括以下工藝步驟:
(1)汽輪機鍋爐管表面預處理；室溫下對汽輪機鍋爐管表面進行除油、除鏽，並用酒精清洗乾淨，採用著色探傷法對其進行檢驗，要求表面無裂紋、氣孔、雜質；
(2)合金粉末的選擇和自動送粉裝置的調節；選用與基體冶金相容性良好的鈷基合金粉末，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0.8~2_ ;
(3)光束調節；選用10*lmm寬帶積分鏡，並調節離焦量使聚焦雷射光斑為矩形，光斑尺寸長* 寬=(8 ~10)* (I ~1.5) mm;
(4)耐磨塗層雷射熔覆；選用二氧化碳雷射器、數控雷射加工機，採用同步送粉裝置將合金粉末自動送入雷射熔池，在汽輪機鍋爐管表面形成均勻緻密的雷射熔覆層；
(5)熔覆後探傷檢驗；用著色探傷法對汽輪機鍋爐管表面加工部位進行檢驗，要求加工部位無裂紋、氣孔。
[0010]進一步的，步驟(2)中的鈷基合金粉末化學成份有Fe、Mo、S1、W、N1、Mn ;其化學成份按重量百分比分別為:ff:4%, Fe:3%, Ni:3%, Mo:1%，Si ；1.1%，餘量為Co。
[0011]進一步的，步驟(4)中的熔覆工藝參數如下:雷射功率P = 3000~4000W ;聚焦矩形光斑尺寸長*寬=(8~10)* (I~1.5)謹；掃描速度V = 300~600mm/min ;搭接率40~60% ;塗層厚度:(λ 8~2_。
[0012]本發明的原理是:採用具有良好的耐磨性能、與汽輪機鍋爐管基體具有良好冶金與力學相容的鐵基合金粉末，在高功率雷射束輻照工件表面的同時，採用自動送粉裝置同步向雷射熔池送入合金粉末，合金粉末在熔池內發生快速熔化和凝固，形成均勻緻密的耐磨熔覆層，熔覆層與基體形成牢固的冶金結合，熔覆層厚度在0.8~2_，且均勻分布。
[0013]與傳統的技術相比，本發明有益效果如下:
1、採用同步送粉法，形成均勻、緻密的雷射熔覆層，且厚度可調控，調控範圍較大；
2、與基體形成牢固的冶金結合，具有優良的耐磨性能，顯著提高了輪機鍋爐管的耐磨性能和使用壽命；
3、用於汽輪機鍋爐管制造和修復再製造；降低了生產成本以及提高了產品的質量。【具體實施方式】
[0014]為了使本發明的實現技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。
[0015]實施例一
一種高性能汽輪機鍋爐管的雷射熔覆製造工藝，包括以下工藝步驟:
(1)汽輪機鍋爐管表面預處理；室溫下對汽輪機鍋爐管表面進行除油、除鏽，並用酒精清洗乾淨；用著色探傷法對其加工部位進行檢驗，要求加工部位無裂紋、氣孔、雜質；
(2)合金粉末的選擇和自動送粉裝置的調節；選用與基體冶金相容性良好的鈷基合金粉末，調節自動送粉頭使粉末正好落在雷射熔池內，調節送粉量使塗層厚度達到1.0mm ；
(3)光束調節；選用10*lmm寬帶積分鏡，並調節離焦量使聚焦雷射光斑為矩形，光斑尺寸長 * 寬=8*1.5mm ；
(4)耐磨塗層雷射熔覆；選用二氧化碳雷射器、數控雷射加工機，採用同步送粉裝置將合金粉末自動送入雷射熔池，在汽輪機鍋爐管表面形成均勻緻密的雷射熔覆層；
熔覆工藝參數如下:雷射功率P = 4000W ;聚焦矩形光斑尺寸長*寬=8*1.5mm ;掃描速度 V = 400mm/mi η ;搭接率 45% ；
(5)熔覆後探傷檢驗；用著色探傷法對汽輪機鍋爐管表面加工部位進行檢驗，要求加工部位無裂紋、氣孔。
[0016]實施例二
一種高性能汽輪機鍋爐管的雷射熔覆製造工藝，包括以下工藝步驟:
(1)汽輪機鍋爐管表面預處理；室溫下對汽輪機鍋爐管表面進行除油、除鏽，並用酒精清洗乾淨；用著色探傷法 對其加工部位進行檢驗，要求加工部位無裂紋、氣孔、雜質；
(2)合金粉末的選擇和自動送粉裝置的調節；選用與基體冶金相容性良好的鈷基合金粉末，調節自動送粉頭使粉末正好落在雷射熔池內，調節送粉量使塗層厚度達到1.8mm ；
(3)光束調節；選用10*lmm寬帶積分鏡，並調節離焦量使聚焦雷射光斑為矩形，光斑尺寸長*寬=10*lmm ；
(4)耐磨塗層雷射熔覆；選用二氧化碳雷射器、數控雷射加工機，採用同步送粉裝置將合金粉末自動送入雷射熔池，在汽輪機鍋爐管表面形成均勻緻密的雷射熔覆層；
熔覆工藝參數如下:雷射功率P = 4000W ;聚焦矩形光斑尺寸長*寬=10*lmm ;掃描速度 V = 600mm/mi η ;搭接率 45%。
[0017](5)熔覆後探傷檢驗；用著色探傷法對汽輪機鍋爐管表面加工部位進行檢驗，加工部位無裂紋、氣孔。
[0018]實施例三
一種高性能汽輪機鍋爐管的雷射熔覆製造工藝，包括以下工藝步驟:
(1)汽輪機鍋爐管表面預處理；室溫下對汽輪機鍋爐管表面進行除油、除鏽，並用酒精清洗乾淨，用著色探傷法對其加工部位進行檢驗，要求加工部位無裂紋、氣孔、雜質；
(2)合金粉末的選擇和自動送粉裝置的調節；選用與基體冶金相容性良好的鈷基合金粉末，調節自動送粉頭使粉末正好落在雷射熔池內，調節送粉量使塗層厚度達到1.5mm ；
(3)光束調節；選用10*lmm寬帶積分鏡，並調節離焦量使聚焦雷射光斑為矩形，光斑尺寸長*寬=9*1_ ；
(4)耐磨塗層雷射熔覆
選用二氧化碳雷射器、數控雷射加工機，採用同步送粉裝置將合金粉末自動送入雷射熔池，在汽輪機鍋爐管表面形成均勻緻密的雷射熔覆層。[0019]熔覆工藝參數如下:雷射功率P = 4000W ;聚焦矩形光斑尺寸長*寬=9*lmm ;掃描速度 V = 500mm/min ;搭接率 45%。
[0020](5)熔覆後探傷檢驗；用著色探傷法對汽輪機鍋爐管表面加工部位進行檢驗，加工部位無裂紋、氣孔。
[0021]以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特徵和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明的要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【權利要求】
1.一種高性能汽輪機鍋爐管的雷射熔覆製造工藝，其特徵是:包括以下工藝步驟: (1)汽輪機鍋爐管表面預處理；室溫下對汽輪機鍋爐管表面進行除油、除鏽，並用酒精清洗乾淨，採用著色探傷法對其進行檢驗，要求表面無裂紋、氣孔、雜質； (2)合金粉末的選擇和自動送粉裝置的調節；選用與基體冶金相容性良好的鈷基合金粉末，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0.8~2_ ; (3)光束調節；選用10*lmm寬帶積分鏡，並調節離焦量使聚焦雷射光斑為矩形，光斑尺寸長 * 寬=(8 ~10) * (I ~1.5) mm ; (4)耐磨塗層雷射熔覆；選用二氧化碳雷射器、數控雷射加工機，採用同步送粉裝置將合金粉末自動送入雷射熔池，在汽輪機鍋爐管表面形成均勻緻密的雷射熔覆層； (5)熔覆後探傷檢驗；用著色探傷法對汽輪機鍋爐管表面加工部位進行檢驗，要求加工部位無裂紋、氣孔。
2.根據權利要求1所述的一種高性能汽輪機鍋爐管的雷射熔覆製造工藝，其特徵是:步驟(2)中的鈷基合金粉末化學成份有Fe、Mo、S1、W、N1、Mn ;其化學成份按重量百分比分別為:ff:4%, Fe:3%, Ni:3%, Mo: 1%, Si ；1.1%，餘量為 Co。
3.根據權利要求1所述的一種高性能汽輪機鍋爐管的雷射熔覆製造工藝，其特徵是:步驟(4)中的熔覆工藝參數如下:雷射功率P = 3000~4000W;聚焦矩形光斑尺寸長*寬=(8~10) * (I~1.5) mm ;掃描速度V = 300~600mm/min ;搭接率40~60% ;塗層厚度:.0.8 ~2mm。
【文檔編號】C23C24/10GK103469199SQ201310219656
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年6月5日 優先權日:2013年6月5日
【發明者】陶興啟, 孫桂芳, 黃旭東 申請人:武漢團結點金雷射科技有限公司