等离子堆焊机 13120669521

激光熔覆技术，也被称为激光堆焊技术，是一种涉及计算机、光学、材料、物理、化学等多门学科的有效且实用的表面处理技术 。它是在上个世纪 60年代提出，随后在 1974 年底由美国 AVCO 公司 D.S. Gnanamuthn 提出专利申请，并于 1976 年授权的一项阐述高能激光熔覆的专利 。目前在不对基体材料产生大的影响的前提下，激光熔覆能在基体表面形成具有优良性能的合金熔覆层，从而降低成本、提高效益，节约贵重稀有金属材料的使用 。因此，不管是在国内还是国外，激光熔覆的发展一直备受关注和重视。
激光熔覆展示
激光熔覆是用高能激光束（104～106 W/cm 2） 辐照金属基体表面，使金属基体表面薄层和其上的熔覆材料一起相互作用，经过快速熔化、凝固形成具有硬度高、耐磨性好、抗腐蚀等特殊物理化学特性的涂覆层的工艺过程。这是一种新型的复合材料，可以补充基体所不具备的优良性能，更充分地发挥二者的优势，克服彼此之间的不足，从而显著地改善基层表面的耐磨损、耐腐蚀、耐热、抗氧化等物理化学性能。
激光熔覆冷却速度快，属于快速凝固过程，容易得到细晶组织或产生平衡态所无法得到的新相，如非稳相、非晶态等；涂层稀释率低，与基体呈牢固的冶金结合或界面扩散结合，通过对激光工艺参数的调整，可以获得低稀释率的良好涂层，并且涂层成份和稀释度可控。
热输入和畸变较小，变形可降低到零件的装配公差内；粉末选择几乎没有任何限制，特别是在低熔点金属表面熔敷高熔点合金；能进行选区熔覆，材料消耗少，具有卓越的性能价格比；光束瞄准可以使难以接近的区域熔覆，工艺过程易于实现自动化。
目前市场上的激光熔覆技术具备如下特点：
1） 冷却速度非常快，高达 10 6℃ /s;
2） 加热速度快，工件畸变小，涂层稀释率能通过对激光的输入能量的控制保持在较低的程度（ 一般小于8%）；
3） 可精准地选择熔覆区域，原料耗损少，性价比相对较高；
4） 通过光束进行瞄准，能够加工平常不易接近的区域，实现熔覆工艺过程的自动化；
5） 适用范围广。正因为激光熔覆的上述优点，近些年来的发展在改良基体表面性能方面受到了高度关注和重视。
激光熔覆按熔覆材料的供给方式大概可分为两大类，即预置式激光熔覆和同步式激光熔覆。预置式激光熔覆的主要工艺流程为：基体材料熔覆表面预处理－预置熔覆材料－预热－激光熔化－后热处理。同步式激光熔覆的主要工艺流程为：基体材料熔覆表面预处理－送料激光熔化－后热处理。
目前我国的激光熔覆加工技术的适用范围和应用领域非常广泛，几乎可以覆盖整个机械制造业，包括矿山机械、石油化工、电力、铁路、汽车、船舶、冶金、航空、机床、发电、印刷、包装、模具、等行业。并且它是集材料制备和表面构型为一体，是绿色再制造技术的重要支撑技术之一，符合国家可持续发展战略的高新技术。我国科学工作者在基础理论研究方面处在国际先进水平，为激光熔覆技术的发展做出了巨大的贡献，相信在制造业市场竞争日趋激烈的今天，激光熔覆技术大有可为。

高压调节阀开启失灵会严重影响机组安全稳定运行。通过对阀门进行解体检查，发现高压调速汽门阀座下沉10 mm，导致阀碟导向凸肩脱离导向槽，无法对蒸汽进行正常调节。鉴于机组临修时间短，阀座下沉现场很难恢复，决定采用堆焊处理，增加导向凸肩的高度，达到恢复高压主汽调节阀原有的使用功能。

1、高压主汽调节阀修复方案
1．1 阀碟导向凸肩工作机理N300－16.7/537/537－3型汽轮机的高压主汽调节阀是由1个主汽阀和2个调节阀组成，高压调节阀是用于调节高压缸的进汽量。机组运行时，油动机作为机械提升装置，使阀碟导向凸肩沿导向槽上下移动，控制调节阀碟的开度。机组运行时，调节阀的高温蒸汽为16．7 MPa，537℃，导向凸肩主要承受热应力和一定的周向剪切应力作用。
1号高压调节阀的阀碟与阀座配合直径为170 mm，其阀碟的结构如图1所示，导向凸肩尺寸为55 mm×30 mm×10 mm（高×宽×厚）。阀碟材料采用20Cr3MoWVA合金钢，为了提高阀碟耐汽蚀的性能，其表面进行过高温渗氮处理。
1．2 堆焊材料和焊接设备的选择根据调节阀的工作条件，阀碟导向凸肩既要保证有足够高温强度，又要满足一定的耐磨性。鉴于机组抢修，无法采购到X佳匹配材料，参照堆焊材料的选用原则以及对各堆焊材料力学性能的分析，选用与母材材质相近的TIG-R34（12Cr2MoWVTIB，Φ2.5 mm）焊丝。焊接设备采用
Lincoln V300－1及氩弧焊接配套工具；温度监控使用美国MX2红外线测温仪。

根据碳当量公式计算，材料20Cr3MoWVA的主要特点是含碳及合金元素较多，焊接时焊缝及热处理区容易出现淬硬组织，当焊件刚性及接头应力较大时，容易产生冷裂纹。
经过渗氮处理的阀碟，其表面硬度高达HV900，焊接时极易产生裂纹。
3、堆焊工艺
3．1 工艺路线焊前打磨清洗－预热－堆焊－焊后热处理－焊后车削。
3．2 焊前准备X先用角向砂轮打磨彻底清理去除堆焊部位20 mm范围内的渗氮层，打磨深度应大于0．4 mm，测量打磨部位的硬度值，并保证施焊区域达到HB185～321的要求。按JB4730－94检测标准，检查打磨后的导向凸肩表面质量不得有裂纹、夹渣等缺陷，达到ⅠX标准为合格。
然后用清洗阀碟焊接部位及其周围50 mm范围内，保证无水、油等；用砂纸清除氩弧焊丝表面的油污和锈斑等脏物。
3．3 焊接工艺及参数采用氧乙炔火焰加热的方法进行焊前预热，预热温度为350～400℃，用测温仪测量预热温度。阀碟焊接部位露出，其它部位用石棉布包覆，避免电弧烧伤。工艺参数I＝80～90 A，氩气流量8～10L/min，直流正接，电压范围10～15 V，焊接速度30～45 mm/min，每道摆动宽度≤10 mm，每层堆焊厚度≤4 mm。预热温度达到后开始焊接，层间温度控制在300～400℃，焊接过程中不允许产生任何缺陷，重点检查引、收弧处，发现缺陷立即用角向磨光机去除。为保证加工余量，按图堆焊尺寸，外径增加5 mm，内径减少5 mm，堆高13 mm。一边堆焊完成后再堆焊另一边。
焊接完成后，用硅酸铝耐火棉包覆缓冷，焊接部位冷到100～150℃，立即进行焊后局部热处理。热处理采用火焰加热至640～660℃，保温30 min，用测温仪监测，升温速度和冷却速度均＜300℃/h，冷却至300℃以下可不控制，冷却时用硅酸铝纤维毯包覆缓冷。
4、焊后检验
按照工艺路线完成阀碟的堆焊和机械加工后，经渗透探伤和超声波探伤检查，焊缝没有裂纹、夹渣、气孔等缺陷质量，堆焊质量达到JB4730－94标准ⅠX的要求；在加工表面进行硬度测试，其平均硬度值为HB241，与原母材的硬度值相近，满足工件的使用性能。
5、高压调节阀的堆焊修复结论
2号机组1号高压主汽调节阀焊接修复并运行近1年后，在机组大修时解体检查，堆焊的阀碟凸肩经5 616 h运行未发现任何问题。可见用TIG－R34氩弧焊丝堆焊20Cr3MoWVA材料采用预热350～400℃，焊后640～650℃，保温30 min处理的焊接工艺是合理可行的。它不但解决了高压主汽调节阀正常对蒸汽进行调节，还节省了上万元资金。

一般而言,堆焊的金属首先应满足焊件的使用条件;其次考虑堆焊的金属焊接性要好,再后适当选择比较经济的堆焊金属。
常见的工作环境条件下使用的堆焊金属有:高应力金属间磨损选用亚共晶钴基合金、含金属间化合物的钴基合金；低应力金属间磨损选用堆焊用低合金钢；金属间磨损＋腐蚀或氧化选用大多钴基合金或镍基合金；低应力磨料磨损、冲击浸蚀、磨料浸蚀选用高合金铸铁；低应力严重磨料磨损、切割刃选用碳化物；气蚀浸蚀选用钴基合金；严重冲击选用高合金锰钢；严重冲击＋腐蚀＋氧化选用亚共晶钴基合金；高温下金属间磨损选用亚共晶钴基合金、含金属间化合物的钴基合金；凿削式磨料磨损选用奥氏体锰钢；热稳定性高温蠕变强度(540℃)选用钴基合金碳化物型钴基合金。

阀门熔覆机

传统激光熔覆的特点
激光熔覆是指以不同的添料方式在被熔覆基体表面上放置被选择的涂层材料经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低，与基体成冶金结合的表面涂层，显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性的工艺方法，从而达到表面改性或修复的目的，既满足了对材料表面特定性能的要求，又节约了大量的贵重元素。
与堆焊、喷涂、电镀和气相沉积相比，激光熔覆具有稀释度小、组织致密、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多、粒度及含量变化大等特点，因此激光熔覆技术应用前景十分广阔。
然而，几位研究人员注意到，有时候在激光熔覆过程中发生的材料快速冷却，会产生结合缺陷，并在熔覆层中产生一些孔隙，从而导致晶粒或其他异质显微结构的形成。这些结构的特殊性质高度依赖于精确的激光工艺参数与采用的熔覆材料，他们还观察到裂缝、孔隙和各种柱状和带状晶粒结构的存在。每一个这样的结构都会影响熔覆层的寿命和有效性。例如，熔覆层裂纹会为腐蚀提供温床，甚至可能会贯通熔覆层直至基体。晶粒或其他微观结构会影响熔覆层的机械性能，并且已经被证明在某些情况下会降低熔覆层的抗拉强度。

自动化等离子熔覆选择 多木13120669521