采用挖孔及激光增材修复泵叶轮盖板的方法与流程

本发明属于金属零部件再制造修复
技术领域：
，涉及一种采用挖孔及激光增材修复泵叶轮盖板的方法。
背景技术：
：泵设备广泛运用石油、化工等领域，其泵叶轮是泵设备的重要组成部分，在恶劣的工况条件下，泵叶轮的盖板常产生裂纹开裂或者掉块失效。由于泵设备单台价值量大，企业如若采用叶轮换新方式，不仅极大提高企业成本，而且由于备件需要重新组织生产或购买，严重耽误企业生产，泵叶轮的残余价值也不能充分利用，污染环境。因此损伤泵叶轮再制造修复具有较大的应用前景。激光熔覆增材再制造技术是一种表面改性与修复技术，该技术可使丧失价值的损伤/废旧零部件实现功能的恢复，继续安全服役。该技术利用激光发射器发射高能光束，配合使用金属粉末，经快速凝固，获得与损伤/废旧零部件基体产生冶金熔合的熔覆层，提高原零部件的耐高温、耐腐蚀、耐磨损等性能，实现零部件几何尺寸与性能恢复。因泵叶轮额定转速高，叶轮盖板损伤区域特殊、壁薄等特点造成激光增材工艺参数控制不易，修复质量难以保证等问题，如修复区域易出现裂纹等缺陷。技术实现要素：鉴于以上所述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种采用挖孔及激光增材修复泵叶轮盖板的方法，充分利用激光增材再制造复合工艺技术实现叶轮泵的功能恢复，并提高修复质量，降低企业的生产成本。为实现上述目的及其他相关目的，本发明技术方案如下：一种采用挖孔及激光增材修复泵叶轮盖板的方法，包括以下步骤，a、将待处理的泵叶轮盖板进行除锈和清洁；b、测量盖板上失效区域的尺寸，所述失效区域包括裂纹和/或掉块区域；c、在盖板上对应失效区域的位置钻修复孔，单个修复孔的尺寸应大于所述裂纹宽度或者覆盖掉块区域，当修复孔为多个时，在盖板周向上间隔分布；d、对修复孔进行激光熔覆增材，激光熔覆增材的厚度高出盖板表面，留加工余量；e、对熔覆后位置进行加工使其满足尺寸要求；f、着色探伤检测，检测修复区域是否存在裂纹，合格后交付使用。本发明，先去除失效区域的材料，再采用激光熔覆增材的方式进行修复，相当于在裂纹或者掉块处形成加强结构，弥补裂纹或者掉块造成的强度降低；使得修复后的盖板及叶轮能够满足使用需求，并提高修复质量，降低企业的生产成本。可选地，所述修复孔应相对于盖板中心对称开设，并且相对称的两个修复孔尺寸相同。可选地，在所述着色探伤检测之后还对所述盖板进行动平衡检测，检测合格后使用。可选地，所述修复孔为贯穿盖板厚度方向的通孔，在激光熔覆时，用挡板挡住修复孔的其中一端，从修复孔的另一端进行激光熔覆增材。可选地，所述加工余量的范围为0.3mm-0.8mm。可选地，所述激光熔覆的粉末选用镍基合金粉末，激光熔覆增材造前，对镍基合金粉末进行真空干燥处理，并对挖修复孔区域打磨除锈及除氧化膜，然后用丙酮清洗烘干。可选地，设修复孔厚度为h，熔覆单层厚度为h，则熔覆层数为h/h+1,1为增加的加工余量。可选地，测量失效区域尺寸时，至少测量裂纹的宽度、裂纹至盖板中心的距离、掉块区域的尺寸、掉块区域至盖板中心的距离。可选地，所述修复孔沿盖板圆周方向间隔分布并覆盖所述失效区域，所有的修复孔的圆心在同一圆周上。可选地，激光熔覆增材设备的激光功率800w~1200w，光斑直径为1.2mm，送粉量3~5g/s，离焦量5mm，扫描速度5~8mm/s，采用同轴送粉，单层送粉厚度为0.3mm-0.8mm。本发明的有益效果是：本发明，先去除失效区域的材料，再采用激光熔覆增材的方式进行修复，相当于在裂纹或者掉块处形成加强结构，弥补裂纹或者掉块造成的强度降低；使得修复后的盖板及叶轮能够满足使用需求，并提高修复质量，降低企业的生产成本。附图说明图1为本发明叶轮的结构示意图；图2为本发明叶轮盖板失效区域的示意图；图3为本发明叶轮盖板挖孔的示意图；图4为本发明叶轮盖板激光熔覆增材后的示意图。零件标号说明：11-第一盖板；12-第二盖板；13-叶片；2-修复孔；3-裂纹。具体实施方式以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。实施例如图1所示为泵叶轮的一般结构，包括第一盖板11和第二盖板12以及安装在第一盖板11与第二盖板12之间的叶片13。其中叶轮13的盖板壁薄、损伤区域特殊，通常在叶轮中部，如图2所示，在盖板上形成裂纹3，局部还有掉块（图2中a、b、c处有掉块），由于该损伤位置特殊，与常规的表面损伤不同，不便于修复。图2中所示裂纹3可能具有不同的宽度，图中未示出宽度，在某些位置也可能没有裂纹。因此，本例中提供一种采用挖孔及激光增材修复泵叶轮盖板的方法，以便于盖板裂纹、掉块等损伤的修复，具体步骤如下：1、将出现失效的泵叶轮进行除锈和清洁，所述除锈和清洁区域至少包括掉块和裂纹区域；其中除锈是指对盖板表面进行除锈，清洁是指表面的灰尘和油污等。2、测量盖板上失效区域的尺寸，失效区域包括裂纹和/或掉块区域；具体地，用测量工具，例如游标卡尺测量裂纹的宽度、掉块区域的宽度、裂纹至盖板中心的距离、掉块区域至盖板中心的距离等，以便确定修复孔的孔径（因为修复孔应覆盖掉块区域或者裂纹宽度），修复孔至盖板中心的距离等参数。3、在盖板上对应失效区域的位置钻修复孔，其中在掉块区域需要钻修复孔，在裂纹宽度较大的位置钻修复孔，对于裂纹而言，在盖板周向可能是连续或不连续的，只需要保证裂纹较宽的位置钻修复孔即可，而不需要将所有裂纹处钻孔；其中，单个修复孔的尺寸应大于所述裂纹宽度或者覆盖掉块区域，以保证后续激光熔覆材料与修复孔之间在盖板径向上相邻区域的连接。其中，当修复孔为多个时，在盖板周向上间隔分布，形成类似加强筋结构，连接由裂纹分开的盖板内圈和外圈部分；修复孔可通过加工中心钻孔-扩孔的方式加工而成。4、采用激光熔覆设备对各修复孔进行激光熔覆增材，激光熔覆增材的厚度高出盖板表面，留加工余量，以便后续加工，保证盖板的形状和位置精度。5、对熔覆后位置进行加工使其满足尺寸要求，即去除高出盖板表面的余量部分，可通过铣削的方式去除，例如采用加工中心进行粗加工和精加工，恢复叶轮的尺寸与形状与位置精度；6、着色探伤检测，利用红色工业用着色试剂，检测修复区域是否存在裂纹，合格后交付使用。本发明，先去除失效区域的材料，再采用激光熔覆增材的方式进行修复，相当于在裂纹或者掉块处形成加强结构，连接盖板因裂纹分离的内外两部分，弥补裂纹或者掉块造成的强度降低；使得修复后的盖板及叶轮能够满足使用需求，并提高修复质量，降低企业的生产成本。本例中，所述修复孔应相对于盖板中心对称开设，并且相对称的两个修复孔尺寸（孔径和深度）相同。如图3所示，孔2a和孔2b关于盖板圆心对称设置，即孔2a和孔2b圆心的连线经过盖板的圆心；由于叶轮为高速旋转机械，动不平衡量有严格限制，因此步骤3中以圆心为中心，对称挖孔刨除材料，填补相同的材料，降低修复后的动不平衡量。图3所示的各个修复孔中，其中一部分为对应裂纹或者掉块区域设置的修复孔，另一部分可以是为了实现动平衡而开始的孔。当然，如果沿盖板周向均有裂纹，则修复孔可以为间隔分布的一圈，保证对称性即可。图4为修补后的示意图，熔覆材料高出盖板表面，后续需加工去除。由于回转体零件的裂纹，通常情况下大致在一个圆周上，因此本例中，所述修复孔沿盖板圆周方向间隔分布并覆盖所述失效区域（这里并不是孔要完全覆盖所有裂纹，只需在较大的裂纹处开孔即可），所有的修复孔的圆心在同一圆周上。如果盖板径向上有间隔的内外两圈裂纹，则修复孔可以为对应的内外两圈。本例中，在所述着色探伤检测之后还对所述盖板进行动平衡检测，根据gb9239进行动平衡测试，采用去重式平衡，检测合格后使用。其中，所述修复孔为贯穿盖板厚度方向的通孔，在激光熔覆时，用挡板（例如陶瓷板）挡住修复孔的其中一端，从修复孔的另一端进行激光熔覆增材。由于两盖板之间的空间较小，熔覆设备不便于从该空间中伸入；因此本例中，叶轮平放，并装夹固定，在两盖板之间设置挡板，挡在修复孔下端；挡板与盖板内侧贴合，防止熔覆材料流出；激光熔覆设备从盖板外侧对修复孔进行增材熔覆，即在修复孔的上方，采用同轴送粉，即边送粉边熔化，逐层熔覆在孔内。激光熔覆增材设备可采用现有设备，激光功率800w~1200w，光斑直径为1.2mm，送粉量3~5g/s，离焦量5mm，扫描速度5~8mm/s，单层送粉厚度为0.3mm-0.8mm，本例中为0.5mm。设备类型为光纤激光器，工业机器人可采用川崎rs030n。设修复孔厚度为h，熔覆单层厚度为h，则熔覆层数为h/h+1,1为增加的加工余量。其中，图4为增材修复后的示意图，矩形部分为凸出于盖板表面的部分，留的加工余量的范围为0.3mm-0.8mm，本例中为0.5mm。本例中，激光熔覆的粉末选用镍基合金粉末，粉末结合强度应达到叶轮强度的90%；硬度达到叶轮的表面硬度50hrc。激光熔覆增材造前，对镍基合金粉末进行真空干燥处理，并对挖修复孔区域打磨除锈及除氧化膜，然后用丙酮清洗烘干，为后续激光熔覆作准备。具体地，镍基合金粉末熔覆前须在150℃-200℃的真空箱干燥2小时以上。镍基合金粉末属于现有材料，例如ni60镍基合金粉末、镍基ni55a合金粉末等，其中ni55a合金粉末化学成份（wt%）如下：ccrsibfenihrc0.4-0.914-173.5-4.52.5-3.0≤5余量50-58修复区域硬度可到52hrc，动不平衡量为小于750g.mm。本发明，先去除失效区域的材料，再采用激光熔覆增材的方式进行修复，相当于在裂纹或者掉块处形成加强结构，弥补裂纹或者掉块造成的强度降低；使得修复后的盖板及叶轮能够满足使用需求，并提高修复质量，降低企业的生产成本。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属
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中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。当前第1页12