本發(fā)明涉及激光修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種軸類零件現(xiàn)場修復(fù)的方法。
背景技術(shù)：
核電循環(huán)冷卻水系統(tǒng)(crf)的功能是通過兩條獨(dú)立的進(jìn)水渠給每臺機(jī)組的凝汽器和輔助冷卻水系統(tǒng)(sen)提供冷卻海水，并將循環(huán)水通過虹吸井排到大海中。循環(huán)水泵是核電站流量最大的泵，具有驚人的液體輸送能力，以陽江核電站為例，其循環(huán)水泵流量為30.8m3/s，相當(dāng)于每秒輸送重達(dá)31.7噸的海水。由此可見，核電crf泵軸是在高壓、高速、海水腐蝕的環(huán)境條件下服役的，工作一段時間后，在泵軸軸頸、軸套或者法蘭部位都有可能會產(chǎn)生磨損、腐蝕等缺陷。
一臺核電crf循環(huán)泵價(jià)值在幾百至上千萬元，若是因?yàn)橐恍┹^小的缺陷而造成無法使用或存在安全隱患不得不更換循環(huán)泵，顯然會造成很大的經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)，而且工期會很長，檢修停工一天產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)數(shù)百萬元。目前，傳統(tǒng)的軸類修復(fù)方法，例如堆焊、氣保焊、埋弧焊、氬弧焊、熱噴涂等修復(fù)技術(shù)，都存在一定的問題。其中，熱噴涂是將涂層與工件表面通過機(jī)械結(jié)合在一起，使得泵軸與修復(fù)層結(jié)合強(qiáng)度不高容易剝落；而堆焊、氣保焊、埋弧焊等的方法會使得泵軸熱影響區(qū)大變形大，從而影響其動平衡或損傷泵軸原有性能。
激光修復(fù)是利用激光將合金粉末與工件表層熔化冷卻凝固在一起，修復(fù)層與工件時冶金結(jié)合，相對于熱噴涂，結(jié)合強(qiáng)度提高很多。但是，現(xiàn)有技術(shù)中的軸類激光修復(fù)都無法在現(xiàn)場進(jìn)行修復(fù)操作，都需要將軸運(yùn)到激光廠家的車間進(jìn)行修復(fù)，拆下來發(fā)到檢修廠進(jìn)行修復(fù)也會產(chǎn)生很大的時間經(jīng)濟(jì)損失。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種軸類零件現(xiàn)場修復(fù)的方法。本發(fā)明提供的方法可實(shí)現(xiàn)軸類零件的現(xiàn)場修復(fù)，縮短了修復(fù)工期，同時減小了熱影響區(qū)范圍。
本發(fā)明提供了一種軸類零件現(xiàn)場修復(fù)的方法，包括以下步驟：采用氣載喂料同軸送粉的方式在軸類零件表面輸送熔覆材料，用機(jī)械手固定激光熔覆頭，通過機(jī)械手的移動實(shí)現(xiàn)對軸類零件不同損傷部位的激光修復(fù)。
優(yōu)選的，所述熔覆材料包括如下質(zhì)量含量的組分：鉻24～26％，鉬8～10％，鈮4～6％，鐵2～5％，鈷0.5～1％，碳0.1～0.2％，以及余量的鎳。
優(yōu)選的，所述熔覆材料的粒度為100～200目。
優(yōu)選的，所述送粉的氣體為惰性氣體。
優(yōu)選的，所述惰性氣體的流量為2～4l/min。
優(yōu)選的，所述送粉的粉體流量為20～30g/min。
優(yōu)選的，所述激光修復(fù)的功率為600～800w。
優(yōu)選的，所述激光熔覆頭的移動速度為3～5mm/s。
優(yōu)選的，所述激光熔覆頭的聚焦鏡與軸類零件表面的距離為150～180mm。
優(yōu)選的，所述激光修復(fù)前對軸類零件進(jìn)行預(yù)處理，所述預(yù)處理依次包括去污、探傷和磨修。
本發(fā)明提供了一種軸類零件現(xiàn)場修復(fù)的方法，包括以下步驟：采用氣載喂料同軸送粉的方式在軸類零件表面輸送熔覆材料，用機(jī)械手固定激光熔覆頭，通過機(jī)械手的移動實(shí)現(xiàn)對軸類零件不同損傷部位的激光修復(fù)。本發(fā)明采用氣載喂料同軸送粉方式進(jìn)行激光修復(fù)，減小熱影響區(qū)范圍，提高修復(fù)層的質(zhì)量和粉末利用率；泵軸無需拆卸和轉(zhuǎn)動，利用機(jī)械手帶動激光熔覆頭對泵軸缺損部位進(jìn)行熔鑄修復(fù)，實(shí)現(xiàn)了軸類零件的現(xiàn)場修復(fù)，工藝簡單效率高，縮短了修復(fù)工期。
并且，軸類零件經(jīng)本發(fā)明提供的方法現(xiàn)場修復(fù)后，修復(fù)層與泵軸結(jié)合強(qiáng)度高，不脫落；修復(fù)后泵軸變形小，表面精度高，無裂紋氣孔等缺陷，熱影響區(qū)小，不改變基體組織；且耐磨性和耐腐蝕性要強(qiáng)于原有材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，軸類零件經(jīng)本發(fā)明提供的方法現(xiàn)場修復(fù)后，表面粗糙度達(dá)到8μm，跳動1～2m，表面耐磨性和耐腐蝕性較原材料提高了一倍。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供了一種軸類零件現(xiàn)場修復(fù)的方法，包括以下步驟：采用氣載喂料同軸送粉的方式在軸類零件表面輸送熔覆材料，用機(jī)械手固定激光熔覆頭，通過機(jī)械手的移動實(shí)現(xiàn)對軸類零件不同損傷部位的激光修復(fù)。在本發(fā)明中，所述同軸送粉能夠減少熔覆層氣孔，減小熱影響區(qū)范圍，提高修復(fù)層的質(zhì)量和粉末利用率。
在本發(fā)明中，所述軸類零件優(yōu)選為循環(huán)泵泵軸，更優(yōu)選為核電循環(huán)冷卻水系統(tǒng)(crf)循環(huán)泵泵軸。在本發(fā)明中，所述軸類零件的材質(zhì)優(yōu)選為雙相不銹鋼，更優(yōu)選為cr18型不銹鋼、cr23型不銹鋼、cr22型不銹鋼或cr25型不銹鋼，最優(yōu)選為00cr22ni5mo3n、cr23ni4n、cr25ni6mo3cu2n0.2或cr25ni7mo3.7n0.3。
在本發(fā)明中，所述熔覆材料優(yōu)選包括如下質(zhì)量含量的組分：鉻24～26％，鉬8～10％，鈮4～6％，鐵2～5％，鈷0.5～1％，碳0.1～0.2％，以及余量的鎳，更優(yōu)選為鉻24.5～25.5％，鉬8.5～9.5％，鈮4.5～5.5％，鐵3～4％，鈷0.6～0.8％，碳0.14～0.18％，以及余量的鎳，最優(yōu)選為鉻25％，鉬9％，鈮5％，鐵3.5％，鈷0.7％，碳0.15％，以及余量的鎳。在本發(fā)明中，所述熔覆材料中通過添加cr，ni元素提高耐磨性和耐腐蝕性；添加一定量的碳元素與合金元素生成碳化物合金相，通過彌散強(qiáng)化和固溶強(qiáng)化提高修復(fù)層強(qiáng)度和耐磨性。
在本發(fā)明中，所述熔覆材料的粒度優(yōu)選為100～200目，更優(yōu)選為120～180目，最優(yōu)選為140～160目。本發(fā)明對所述熔覆材料的制備的操作沒有特殊的限定，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的制備合金粉體的方法即可。在本發(fā)明中，所述熔覆材料優(yōu)選通過熔體霧化制備得到。
在本發(fā)明中，所述送粉的氣體優(yōu)選為惰性氣體，更優(yōu)選為氬氣或氮?dú)?。在本發(fā)明中，所述惰性氣體的流量優(yōu)選為2～4l/min，更優(yōu)選為2.5～3.5l/min，最優(yōu)選為2.8～3.2l/min。在本發(fā)明中，所述送粉的粉體流量優(yōu)選為20～30g/min，更優(yōu)選為22～28g/min，最優(yōu)選為24～26g/min。在本發(fā)明中，所述惰性氣體能夠防止熔融合金的氧化，所述送粉的氣體流量和粉體流量能夠進(jìn)一步提高熔覆層的質(zhì)量，提高修復(fù)層的性能。
本發(fā)明對所述激光修復(fù)的裝置沒有特殊的限定，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的激光熔覆設(shè)備即可。在本發(fā)明中，所述激光修復(fù)的裝置優(yōu)選為1064nm的二極管光纖耦合輸出連續(xù)激光器。
在本發(fā)明中，所述激光修復(fù)的功率優(yōu)選為600～800w，更優(yōu)選為650～750w，最優(yōu)選為680～720w。在本發(fā)明中，所述激光熔覆頭的移動速度優(yōu)選為3～5mm/s，更優(yōu)選為3.5～4.5mm/s，最優(yōu)選為3.8～4.2mm/s。在本發(fā)明中，所述激光熔覆頭的聚焦鏡與軸類零件表面的距離優(yōu)選為150～180mm，更優(yōu)選為160～170mm，最優(yōu)選為165mm。在本發(fā)明中，所述激光熔覆頭在機(jī)械手帶動下相對于泵軸移動，通過控制移動速度控制損傷區(qū)的掃描時間；當(dāng)所述損傷區(qū)面積或深度大時，在上述范圍內(nèi)選擇較低的移動速度以提高掃描時間。本發(fā)明優(yōu)選在修復(fù)層完全蓋住損壞部位，并稍稍高出損傷部位周邊的基準(zhǔn)面時停止對該損傷部位的激光修復(fù)。
本發(fā)明優(yōu)選在激光修復(fù)前對軸類零件進(jìn)行預(yù)處理，所述預(yù)處理依次包括去污、探傷和磨修。本發(fā)明對所述去污的操作沒有特殊的限定，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的合金去污的技術(shù)方案即可。在本發(fā)明中，所述探傷優(yōu)選為滲透探傷。在本發(fā)明中，所述探傷能夠獲取泵軸表面的缺陷分布和疲勞層信息，提高激光修復(fù)的準(zhǔn)確性。
本發(fā)明對所述磨修的操作沒有特殊的限定，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的磨修的技術(shù)方案即可。在本發(fā)明中，所述磨修能夠?qū)⒈幂S表面的缺陷和疲勞層去除。
本發(fā)明優(yōu)選在激光修復(fù)后對所述激光修復(fù)后的軸類零件進(jìn)行表面加工。本發(fā)明對所述表面加工的操作沒有特殊的限定，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的能夠用于現(xiàn)場施工的表面加工的技術(shù)方案即可。在本發(fā)明中，所述表面加工優(yōu)選包括磨制。在本發(fā)明中，所述表面加工使軸類零件的修復(fù)區(qū)域恢復(fù)原始尺寸。
為了進(jìn)一步說明本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明提供的軸類零件現(xiàn)場修復(fù)的方法進(jìn)行詳細(xì)地描述，但不能將它們理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。
實(shí)施例1:
某核電廠，檢修發(fā)現(xiàn)crf循環(huán)泵泵軸軸頸處存在磨損和腐蝕損傷，磨損處尺寸φ440，磨損長度300mm，磨損深度0.5mm，泵軸材質(zhì)為雙相不銹鋼00cr22ni5mo3n。
對磨損表面清洗去污并探傷，通過磨修逐步去除缺陷處和疲勞層；
選用200目的鎳基合金粉末，成分重量百分比為：鉻25％、鉬8.5％、鈮5％、鐵2.4％、鈷0.8％、碳0.2％和余量為鎳，進(jìn)行激光修復(fù)；
激光光源采用波長為1064nm的二極管光纖耦合輸出連續(xù)激光器，激光功率800w，激光掃描速度為5mm/s，工件距離加工頭聚焦鏡180mm，利用氬氣氣載粉末同軸送粉進(jìn)行激光修復(fù)，氣體流量為2l/min，粉體流量為20g/min；同軸熔覆頭固定于機(jī)械手上，對機(jī)械手編程讓熔覆頭沿磨損面軸向方向逐條搭接掃描；
熔覆完畢采用氣動打磨再精磨至軸徑尺寸為440，表面探傷無缺陷，經(jīng)過一年多時間的運(yùn)轉(zhuǎn)，沒有發(fā)生脫落起皮等不良狀況，運(yùn)轉(zhuǎn)正常。
對修復(fù)后區(qū)域與原始軸類進(jìn)行耐磨性測試，在同樣的試驗(yàn)條件下，修復(fù)層磨損損失質(zhì)量3mg，原材料磨損損失質(zhì)量6mg，提高了一倍。
實(shí)施例2:
福建某核電廠，檢修發(fā)現(xiàn)crf循環(huán)泵法蘭部位有一些腐蝕處細(xì)孔和一些較大的蝕坑，細(xì)孔有七八處，大小在0.5～2mm之間，蝕坑有兩三處，大小在10～20mm之間，泵軸材料同為雙相不銹鋼(00cr25ni7mo4n)。
對細(xì)孔進(jìn)行氣動打磨，再對蝕坑內(nèi)粗糙處氣動打磨，然后清洗探傷打磨缺陷，選用100目鎳基合金粉末，成分重量百分比為：鉻26％、鉬8％、鈮4％、鐵2％、鈷0.5％和余量為鎳，進(jìn)行激光修復(fù)；
激光光源采用波長為1064nm的二極管光纖耦合輸出連續(xù)激光器，激光功率600w，激光掃描速度為3mm/s，工件距離加工頭聚焦鏡150mm，利用氬氣氣載粉末同軸送粉進(jìn)行激光修復(fù)，氣體流量為4l/min，粉體流量為30g/min；同軸熔覆頭固定于機(jī)械手上，在對細(xì)孔修復(fù)時，讓加工頭對準(zhǔn)細(xì)孔送粉出光2秒，在對蝕坑進(jìn)行修復(fù)時，對機(jī)械手編程讓熔覆頭沿蝕坑面逐條逐層搭接掃描；
熔覆完畢采用氣動打磨再精磨至原始尺寸，表面探傷無缺陷，經(jīng)過兩年多時間的運(yùn)轉(zhuǎn)，沒有發(fā)生脫落腐蝕等狀況，運(yùn)轉(zhuǎn)正常。
對修復(fù)后區(qū)域與原始軸類進(jìn)行中性鹽霧試驗(yàn)，同樣的條件下，修復(fù)層材料的腐蝕深度在0.1mm，原材料腐蝕深度在0.25mm左右，提高了一倍。
從以上實(shí)施例可以看出，本發(fā)明提供的方法可用于核電crf泵軸現(xiàn)場激光修復(fù)，縮短了修復(fù)工期，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益；修復(fù)層與泵軸結(jié)合強(qiáng)度高、不脫落，耐磨性和耐腐蝕性要強(qiáng)于原有材料；變形小精度高，無裂紋氣孔等缺陷，熱影響區(qū)小不改變基體組織；能重復(fù)修復(fù)使用，可廣泛應(yīng)用于各種軸類現(xiàn)場機(jī)修。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。