专利名称：炼油厂烟机涡轮盘冲蚀区的激光修复方法
技术领域：
本发明涉及一种烟气轮机激光修复方法，主要用于炼油厂烟机锅轮盘被含有催化剂粒子高温烟气冲蚀损伤区的恢复几何尺寸和一定的力学强度并具有更高的抗冲蚀性能，也适用于新的烟机锅轮盘的局部表面强化处理。
烟机是炼油厂作为余热利用自供电能的重要效益性装置，而烟机锅轮盘是该烟机的关键而又十分贵重的部件，目前制约锅轮盘使用性能与寿命的主要″天敌″是来自催化裂化系统的含有催化剂颗粒的高温燃气冲蚀，这种冲蚀使得锅轮盘榫头区域的设计结构严重破坏，几何尺寸显著减少，由此导致此处机械强度的降低，涡轮盘高速旋转下的动平衡破坏和应力集中，若采用报废旧的更换新的或对冲蚀区表面机械光整加工等方法，只能是增加生产成本或导致安全生产周期的缩短。
为解决烟机涡轮盘被冲蚀损伤问题，本发明的目的提供一种激光修复，重建涡轮盘冲蚀区的工艺方法，利用此方法以达到被冲蚀损伤的涡轮盘可再生使用，并具有更高的安全生产运行周期的目的。
本发明的工艺方法是这样实现的本发明之工艺方法涡轮盘冲蚀区的表面处理；榫齿槽的专用成型胎模具的加工；涡轮盘定位与移动；激光辐照生成；辐照生成层的精修加工；生成层表面的喷涂处理。
其详细工艺流程如下首先对烟机涡轮盘冲蚀区进行机械光整加工，除去表示污物，保持原冲蚀状态；根据涡轮盘形状利用石黑或Al或Cu等材料制作榫齿槽成型胎模具；利用转盘与非金属隔热垫板，可X-Y方向运动的工作台，He-Ne完成机构指针定位；在涡轮盘子修复表面采用自动与非自动方式预置粉末，用CO2激光与Nb-YAG激光束连续或脉冲式辐照，以及恒焦或变焦距辐照，恒速与变速辐照和原位随形辐照方式，柔性与非柔性光学系统，激光熔敷，激光熔铸和激光层层堆接，多种修复层生成方式的底层，过渡后，面层的一致或非一致的生长层结构，生长层材料为Co各自熔合金成Ni基自熔合金或Fe基自熔合金以及它们极互间接一定比例相混合的材料；在生长层表面磨削加工和生长层侧面进行打磨精整；在生长层表面进行火焰喷涂，等离子喷涂以及激光束等离子焊金属陶瓷或非金属陶瓷成氧化物。
其中涡轮盘冲蚀区的激光修复层建立的形成与材料是在一冲蚀区所建立起来的修复层，一般是由软底层、过渡层和硬面层复合构成的梯度合金层或者是硬度与涡轮盘材料相当的的均匀的合金层，采用的材料为Ni基自熔合金粉末或Co基自熔合金粉末，金属陶瓷材料或非金属陶瓷材料，或两者按一定比例相混合的粉末；或同涡轮盘材料，喷涂材料为金属陶瓷材料。其中冲蚀区内的榫齿槽或叶片定位台阶所用的铜质胎模，β激光束的恒速与变速辐照和定焦与变焦辐照以及脉冲与连续辐照。
本发明之优点涡轮盘的基体受热影响小，无变形，涡轮盘的冲蚀区不但可以恢复到原设计几何尺寸，而且该区的机械强度可以恢复85％以上，修复好的涡轮盘使用冲性后仍可继续再修复，以至多次，该工艺方法简单，加工容易，成本低，是解决烟机涡轮盘冲蚀修。
本发明之实施例例1某厂催化车间烟机第二级国外进口涡轮盘(p860mm，重350Kg)材质为Waspolloy Ni基超合金，所有榫具进气部位经运行约一年均被烟气粉尘冲蚀，出现严重沟壑损伤，最深处为15mm。
其激光修复加工工艺如下在表面除去氧化皮与积垢，用有机溶剂清洗，装镶石墨胎模和施敷表面保护剂，人工预布粉末床，粉末为不同硬度的Ni基自熔合金粉，机械指针定位指示，Co2激光辐照，功率800～2000W，扫描速度2～10mm/秒，光斑直径2.0～4.5mm，洗顺沿着沟壑辐照，填平，然后逐层堆接生长，形成硬度梯度层，一个齿一个齿修复，Ar气体保护，修复层硬度由里向外，是从HRC38～HRC56，采用气动打磨工具修理榫齿槽，然后机械珩磨加工，其表面再辅以喷丸强化，厂方装机安全运行一年半，激光修复后还剩30％正待进行第二次修复，无掉块剥落。
例2某石化厂催化装置引进烟机上用国产转子二级涡轮盘(直径850mm，高65mm)材质为Waspolloy Ni基高温合金，经过约190天的连续运行，在直径730mm和790mm之间发生严重冲蚀，冲蚀沟槽的深度约10nm，宽30mm，此处的强度降低1/7～1/6，严重威胁涡轮盘安全正常运行。
该涡轮盘激光修复加工工艺如下对冲蚀区进行机械光整如工，有机溶剂清洗，装镶Cu胎模和施敷表面保护剂，涡轮盘由高速电机驱动旋转和X-Y工作台驱动平移，自动送粉器在线置粉，粉末材料底层为M′基合金，中间层为Co基与N1基混合粉末，面层为Co基合金粉，CO2激光和Na-yAG激光先后辐照。
CO2激光功率800～2000W，扫描速度2～10mm/秒，光斑直径2.0～4.5mm。
Na-YAG激光100W～500W，脉宽0.8～12mSec，脉动频率1～20Hz，搭接30～60％，Ar气体保护。
采用电动打磨刀具修整榫齿槽，然后机械珩磨修复层表面，再辅以喷丸强化。
权利要求
1.一种炼油厂烟机涡轮盘冲蚀区的激光修复方法，其特征在于首先对烟机涡轮盘冲蚀区进行机械光整加工，除去表示污物，保持原冲蚀状态；根据涡轮盘形状利用石黑或Al或Cu等材料制作榫齿槽成型胎模具；利用转盘与非金属隔热垫板，可X-Y方向运动的工作台，He-Ne完成机构指针定位；在涡轮盘予修复表面采用自动与非自动方式预置粉末，用CO2激光与Nb-YAG激光束连续或脉冲式辐照，以及恒焦或变焦距辐照，恒速与变速辐照和原位随形辐照方式，柔性与非柔性光学系统，激光熔敷，激光熔铸和激光层层堆接，多种修复层生成方式的底层，过渡后，面层的一致或非一致的生长层结构，生长层材料为Co各自熔合金成Ni基自熔合金或Fe基自熔合金以及它们极互问按一定比例相混合的材料；在生长层表面磨削加工和生长层侧面进行打磨精整；在生长层表面进行火焰喷涂，等离子喷涂以及激光束等离子焊金属陶瓷或非金属陶瓷成氧化物。
2.按权利要求1所述的激光修复方法，其特征是涡轮盘冲蚀区的激光修复层建立的形成与材料是在一冲蚀区所建立起来的修复层，一般是由软底层、过渡层和硬面层复合构成的梯度合金层或者是硬度与涡轮盘材料相当的的均匀的合金层，采用的材料为Ni基自熔合金粉末或Co基自熔合金粉末，金属陶瓷材料或非金属陶瓷材料，或两者按一定比例相混合的粉末；或同涡轮盘材料，喷涂材料为金属陶瓷材料。
3.按权利要求1所述的激光修复方法，其特征是冲蚀区内的榫齿槽或叶片定位台阶所用的铜质胎模，β激光束的恒速与变速辐照和定焦与变焦辐照以及脉冲与连续辐照。
全文摘要
本发明属于炼油厂使用过的烟机涡轮盘其冲蚀损伤区的一种激光修复方法,其工艺方法是先预置粉末后,激光辐照或边喂送粉末边辐照,采用激光熔敷,激光熔铸和激光层的堆焊等多种方法将涡轮盘的冲蚀区修复到原设计的几何尺寸,修复区的材料或涡轮盘相同,或不同,修复后的涡轮盘具有与新涡轮盘相当或更高的坑冲蚀性能,本方法具有工艺简单,修复加工快,无任何损伤,修复质量好,涡轮盘可进行反复修复使用。
文档编号B23K26/00GK1191788SQ97101560
公开日1998年9月2日 申请日期1997年2月25日 优先权日1997年2月25日
发明者王茂才, 吴维, 陈江, 白林祥, 龙康 申请人:中国科学院金属腐蚀与防护研究所