專利名稱：煉油廠煙機渦輪盤沖蝕區(qū)的激光修復方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種煙氣輪機激光修復方法，主要用于煉油廠煙機鍋輪盤被含有催化劑粒子高溫煙氣沖蝕損傷區(qū)的恢復幾何尺寸和一定的力學強度并具有更高的抗沖蝕性能，也適用于新的煙機鍋輪盤的局部表面強化處理。
煙機是煉油廠作為余熱利用自供電能的重要效益性裝置，而煙機鍋輪盤是該煙機的關鍵而又十分貴重的部件，目前制約鍋輪盤使用性能與壽命的主要″天敵″是來自催化裂化系統(tǒng)的含有催化劑顆粒的高溫燃氣沖蝕，這種沖蝕使得鍋輪盤榫頭區(qū)域的設計結構嚴重破壞，幾何尺寸顯著減少，由此導致此處機械強度的降低，渦輪盤高速旋轉下的動平衡破壞和應力集中，若采用報廢舊的更換新的或對沖蝕區(qū)表面機械光整加工等方法，只能是增加生產成本或導致安全生產周期的縮短。
為解決煙機渦輪盤被沖蝕損傷問題，本發(fā)明的目的提供一種激光修復，重建渦輪盤沖蝕區(qū)的工藝方法，利用此方法以達到被沖蝕損傷的渦輪盤可再生使用，并具有更高的安全生產運行周期的目的。
本發(fā)明的工藝方法是這樣實現的本發(fā)明之工藝方法渦輪盤沖蝕區(qū)的表面處理；榫齒槽的專用成型胎模具的加工；渦輪盤定位與移動；激光輻照生成；輻照生成層的精修加工；生成層表面的噴涂處理。
其詳細工藝流程如下首先對煙機渦輪盤沖蝕區(qū)進行機械光整加工，除去表示污物，保持原沖蝕狀態(tài)；根據渦輪盤形狀利用石黑或Al或Cu等材料制作榫齒槽成型胎模具；利用轉盤與非金屬隔熱墊板，可X-Y方向運動的工作臺，He-Ne完成機構指針定位；在渦輪盤子修復表面采用自動與非自動方式預置粉末，用CO2激光與Nb-YAG激光束連續(xù)或脈沖式輻照，以及恒焦或變焦距輻照，恒速與變速輻照和原位隨形輻照方式，柔性與非柔性光學系統(tǒng)，激光熔敷，激光熔鑄和激光層層堆接，多種修復層生成方式的底層，過渡后，面層的一致或非一致的生長層結構，生長層材料為Co各自熔合金成Ni基自熔合金或Fe基自熔合金以及它們極互間接一定比例相混合的材料；在生長層表面磨削加工和生長層側面進行打磨精整；在生長層表面進行火焰噴涂，等離子噴涂以及激光束等離子焊金屬陶瓷或非金屬陶瓷成氧化物。
其中渦輪盤沖蝕區(qū)的激光修復層建立的形成與材料是在一沖蝕區(qū)所建立起來的修復層，一般是由軟底層、過渡層和硬面層復合構成的梯度合金層或者是硬度與渦輪盤材料相當的的均勻的合金層，采用的材料為Ni基自熔合金粉末或Co基自熔合金粉末，金屬陶瓷材料或非金屬陶瓷材料，或兩者按一定比例相混合的粉末；或同渦輪盤材料，噴涂材料為金屬陶瓷材料。其中沖蝕區(qū)內的榫齒槽或葉片定位臺階所用的銅質胎模，β激光束的恒速與變速輻照和定焦與變焦輻照以及脈沖與連續(xù)輻照。
本發(fā)明之優(yōu)點渦輪盤的基體受熱影響小，無變形，渦輪盤的沖蝕區(qū)不但可以恢復到原設計幾何尺寸，而且該區(qū)的機械強度可以恢復85％以上，修復好的渦輪盤使用沖性后仍可繼續(xù)再修復，以至多次，該工藝方法簡單，加工容易，成本低，是解決煙機渦輪盤沖蝕修。
本發(fā)明之實施例例1某廠催化車間煙機第二級國外進口渦輪盤(p860mm，重350Kg)材質為Waspolloy Ni基超合金，所有榫具進氣部位經運行約一年均被煙氣粉塵沖蝕，出現嚴重溝壑損傷，最深處為15mm。
其激光修復加工工藝如下在表面除去氧化皮與積垢，用有機溶劑清洗，裝鑲石墨胎模和施敷表面保護劑，人工預布粉末床，粉末為不同硬度的Ni基自熔合金粉，機械指針定位指示，Co2激光輻照，功率800～2000W，掃描速度2～10mm/秒，光斑直徑2.0～4.5mm，洗順沿著溝壑輻照，填平，然后逐層堆接生長，形成硬度梯度層，一個齒一個齒修復，Ar氣體保護，修復層硬度由里向外，是從HRC38～HRC56，采用氣動打磨工具修理榫齒槽，然后機械珩磨加工，其表面再輔以噴丸強化，廠方裝機安全運行一年半，激光修復后還剩30％正待進行第二次修復，無掉塊剝落。
例2某石化廠催化裝置引進煙機上用國產轉子二級渦輪盤(直徑850mm，高65mm)材質為Waspolloy Ni基高溫合金，經過約190天的連續(xù)運行，在直徑730mm和790mm之間發(fā)生嚴重沖蝕，沖蝕溝槽的深度約10nm，寬30mm，此處的強度降低1/7～1/6，嚴重威脅渦輪盤安全正常運行。
該渦輪盤激光修復加工工藝如下對沖蝕區(qū)進行機械光整如工，有機溶劑清洗，裝鑲Cu胎模和施敷表面保護劑，渦輪盤由高速電機驅動旋轉和X-Y工作臺驅動平移，自動送粉器在線置粉，粉末材料底層為M′基合金，中間層為Co基與N1基混合粉末，面層為Co基合金粉，CO2激光和Na-yAG激光先后輻照。
CO2激光功率800～2000W，掃描速度2～10mm/秒，光斑直徑2.0～4.5mm。
Na-YAG激光100W～500W，脈寬0.8～12mSec，脈動頻率1～20Hz，搭接30～60％，Ar氣體保護。
采用電動打磨刀具修整榫齒槽，然后機械珩磨修復層表面，再輔以噴丸強化。
權利要求
1.一種煉油廠煙機渦輪盤沖蝕區(qū)的激光修復方法，其特征在于首先對煙機渦輪盤沖蝕區(qū)進行機械光整加工，除去表示污物，保持原沖蝕狀態(tài)；根據渦輪盤形狀利用石黑或Al或Cu等材料制作榫齒槽成型胎模具；利用轉盤與非金屬隔熱墊板，可X-Y方向運動的工作臺，He-Ne完成機構指針定位；在渦輪盤予修復表面采用自動與非自動方式預置粉末，用CO2激光與Nb-YAG激光束連續(xù)或脈沖式輻照，以及恒焦或變焦距輻照，恒速與變速輻照和原位隨形輻照方式，柔性與非柔性光學系統(tǒng)，激光熔敷，激光熔鑄和激光層層堆接，多種修復層生成方式的底層，過渡后，面層的一致或非一致的生長層結構，生長層材料為Co各自熔合金成Ni基自熔合金或Fe基自熔合金以及它們極互問按一定比例相混合的材料；在生長層表面磨削加工和生長層側面進行打磨精整；在生長層表面進行火焰噴涂，等離子噴涂以及激光束等離子焊金屬陶瓷或非金屬陶瓷成氧化物。
2.按權利要求1所述的激光修復方法，其特征是渦輪盤沖蝕區(qū)的激光修復層建立的形成與材料是在一沖蝕區(qū)所建立起來的修復層，一般是由軟底層、過渡層和硬面層復合構成的梯度合金層或者是硬度與渦輪盤材料相當的的均勻的合金層，采用的材料為Ni基自熔合金粉末或Co基自熔合金粉末，金屬陶瓷材料或非金屬陶瓷材料，或兩者按一定比例相混合的粉末；或同渦輪盤材料，噴涂材料為金屬陶瓷材料。
3.按權利要求1所述的激光修復方法，其特征是沖蝕區(qū)內的榫齒槽或葉片定位臺階所用的銅質胎模，β激光束的恒速與變速輻照和定焦與變焦輻照以及脈沖與連續(xù)輻照。
全文摘要
本發(fā)明屬于煉油廠使用過的煙機渦輪盤其沖蝕損傷區(qū)的一種激光修復方法,其工藝方法是先預置粉末后,激光輻照或邊喂送粉末邊輻照,采用激光熔敷,激光熔鑄和激光層的堆焊等多種方法將渦輪盤的沖蝕區(qū)修復到原設計的幾何尺寸,修復區(qū)的材料或渦輪盤相同,或不同,修復后的渦輪盤具有與新渦輪盤相當或更高的坑沖蝕性能,本方法具有工藝簡單,修復加工快,無任何損傷,修復質量好,渦輪盤可進行反復修復使用。
文檔編號B23K26/00GK1191788SQ97101560
公開日1998年9月2日 申請日期1997年2月25日 優(yōu)先權日1997年2月25日
發(fā)明者王茂才, 吳維, 陳江, 白林祥, 龍康 申請人:中國科學院金屬腐蝕與防護研究所