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激光熔覆在电力行业发电装置修复中的应用 2020-05-16

随着经济社会的发展,可再生能源被赋予了节能减排、温室气体排放控制和大气污染防治等新使命。风力和水力作为无公害、无污染的发电新能源,为电力行业做出了巨大贡献。

而在电力行业中,电力设备分布量大、不间断运转,其零部件的损坏机率高。发电设备的零部件在作业环境中均不同程度地承受着燃气、高温、高压、腐蚀介质的考验。长期使用的设备可能会因为老化而出现局部破损,如风/水力发电设备中的叶轮,水轮机、轮轴等,为了延长昂贵的生产设备的使用寿命,使用表面再制造技术可以对其进行修复,尤其是用于发电机组的叶片往往造价极高,将修复后的叶片重装再利用,将大大地降低电厂的发电成本。

技术是材料表面改性技术的一种重要方法,利用高能密度的激光束将具有不同成分、性能的合金与基材表面快速熔化,在基材表面形成与基材具有完全不同成分和性能的合金层的快速凝固过程。在快速热作用下,基体受热影响极小,无变形。熔层合金自成体系,其组织致密,晶粒细化,硬度和强韧性提高,表面性能大大改善。技术解决了传统电焊、氩弧焊等热加工过程中不可避免的热变形、热疲劳损伤等一系列技术难题。


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激光熔覆稀释率低、组织致密、涂层与基体结合好,使用可靠。就目前激光熔覆的应用来看,其主要用在三个方面:一是材料表面改性,如汽轮机叶片、轧辊等;二是零件修复,如风电主轴、行星架、行星轮等;三是快速原型制造,即利用金属粉末逐层烧结叠加,快速制造出模型。采用激光器还可对受损的三维复杂零部件进行修复,充分体现了技术的柔性化以及先进性。


激光熔覆工艺方法有两种类型——

01二步法(预置法)

该法是在激光熔覆处理前,先将熔覆材料置于工作表面,然后采用激光将其熔化,冷凝后形成熔覆层。预置熔覆材料的方式包括:

1)预置涂覆层:通常是应用手工涂敷,最为经济、方便,它是用粘结剂将熔覆用粉末调成糊状置于工件表面,干燥后再进行激光熔覆处理。但此法生产效率低,熔覆厚度不一致,不宜用于大批量生产。

2)预置片:将熔覆材料的粉末加入少量粘接剂模压成片,置于工件需熔覆部位,再进行激光处理。此法粉末利用率高,且质量稳定,适宜于一些深孔零件,如小口径阀体,采用此法处理能获得高质量涂层。



02一步法(同步法)

这是在激光束辐射工件的同时向激光作用区送熔覆材料的工艺,有两种方法:


1)同步送粉法:使用专用喷射送粉装置将单种或混合粉末送入熔池,控制粉末送入量和激光扫描速度即可调整熔覆层的厚度。由于松散的粉末对激光的吸收率大,热效率高,可获得比其他方法更厚的熔覆层,容易实现自动化。

2)同步送丝法:此法工艺原理与同步送粉法相同,但熔覆材料是预先加工成丝材或使用填充丝材。此法便利且不浪费材料,更易保证熔覆层的成分均匀性,尤其是当熔覆层是复合材料时,不会因粉末比重或粒度大小的不同而影响熔覆层质量,且通过对丝材进行预热的精细处理可提高熔覆速率。但是丝材表面光滑,对激光的反射较强,激光利用率相对较低;此外,线材制造过程较复杂,且品种规格少。


激光熔覆技术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。但另一方面,激光熔覆技术的应用水平和规模还不能适应市场的需求。需要解决工程应用中的关键技术,研究开发专用的合金粉末体系,开发专用的粉末输送装置与技术,系统研究无损伤修复的工艺方法,建立质量保证和评价体系,加大力度,培养工程应用方面的人才,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。


久恒光电摘编《激光制造网》

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