激光熔覆修复轴颈过程中气孔与裂纹研究.pdf

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1、第1期(总第131期)机械管理开发2013牟2月No．1(SUMNo．131)MECHANICALMANAGEMENTANDDEVELOPMENTFeb．2013激光熔覆修复轴颈过程中气孔与裂纹研究杨文甫，李晓燕(1．太原理工大学材料科学与工程学院．山西太原030024；2．大唐太原第二热电厂，山西太原030041)摘要：采用激光熔覆对电厂转动设备轴颈磨损进行修复，熔覆层常出现气孔和裂纹缺陷，影响修复质量。通过分析总结激光熔覆层气孔和裂纹产生的机理和类型；提出了减少和控制熔覆层气孔和裂纹产生的措施，从而有效改善激光熔覆层强度。提高轴颈修复质量。关键词：激光熔覆；轴颈修

2、复；气孔；裂纹中图分类号：TG174．4文献标识码：A文章编号：1003—773X(2013)O1—0003—030引言高了轴颈修复质量。热电厂汽轮机、发电机、泵与风机等重要转动设备1试验条件与方法常因转子和轴承润滑不良，或油系统中存在的颗粒进激光熔覆修复试验对象为热电厂转动设备转子入轴承出现磨粒磨损，导致轴颈表面磨损失效，对电厂轴颈，其材料为35CrMo、35CrMoV、40CrNi等合金结的安全运行和经济效益造成很大影响。对损伤零件构钢。轴颈直径85～180mm，磨损沟槽深度0．2～进行修复不仅能够挽回巨大的经济和时间损失，还可1．5mm；宽度0．2—2mm。熔覆

3、材料为Ni74CrSiB、Ni65以提高资源的利用率，符合国民经济可持续发展要合金粉末、Ni60合金粉末，以及添加的WC、TiC等硬质求。轴颈磨损的修复传统上采用车削、热喷涂、电刷相粉末。采用DL—HL—TS000型、5kW、横流CO：激光镀、脉冲闪焊、微弧焊等方法，但普遍存在修复后轴径器同步自动送粉多道搭接熔覆，高纯度氩气保护。激减小必须配非标轴瓦，或者涂层结合强度低、应力大、光熔覆功率为1．5～4kW，扫描速度为180—450mm／min，容易脱落、大面积磨损修复难度大等问题1。而激光光斑直径为3～5mm。激光熔覆前砂纸打磨，丙酮清熔覆技术对零件表面修复效果明显优

4、于上述传统工污，空气中置干后预涂黑体涂料，以增强熔覆过程中轴艺，已在国内外得到初步实际应用州。激光熔覆过程颈基体对激光的吸收率。的实质是高能激光束和金属粉末以及基材相互作用2试验结果与分析时，粉末和基材快速熔化、快速冷却的过程。因为这一2．1气孔类型和产生机理过程时间很短，远离相变平衡态，过热度和过冷度远大激光熔覆轴颈修复过程中，虽然采用高纯度氩气于常规热处理，可以使材料在激光辐照区中形成晶粒施加同步保护防止氧化，但气孑L现象依然存在。高度细化的组织结构、较小的变形以及热影响区很气体主要来源是C与O反应生成CO和CO。其小。由于熔覆成形的金属制件可得到用常规加工方法中

5、c的来源是熔覆材料Ni基合金中添加的WC、TiC等很难获得极高的表面硬度和耐磨性，因此在工业上有难熔金属碳化物硬质相，在激光高温作用下热稳定性广泛的应用前景。虽然激光熔覆技术制备镍基涂差，部分发生分解，形成游离c；而O的来源可能是熔层取得了一定进展，已成为近年来的研究热点和研究覆材料粉末受潮成为氧的来源，也可能是氩气保护的前沿，但对于熔覆材料的选择以及裂纹和气孔的控制熔池发生剧烈的物理化学变化，熔池周围气流剧烈扰仍有待于进行深入细致的研究嗍。动，很难保证保护气体始终笼罩熔池周围，而一旦少量激光熔覆修复转子轴颈磨损多采用Ni基合金添空气卷入并接触熔池，O就进入熔池。这样

6、，游离的C加WC、TiC等难熔金属碳化物硬质相来增强表面硬就会与O结合生成CO和CO：，在快速凝固前来不及逸度，改善熔覆层耐磨性，但熔覆层常出现气孔、裂纹、未出而形成气孔。熔合等缺陷。气孔会降低熔覆层力学性能，产生应力气体的其他来源，Liu等[91认为孔洞是保护气在熔集中，还可能促成裂纹；而熔覆层裂纹对使用性能危害池中的过饱和，材料的不充足而导致收缩以及基材本最大，从而影响熔覆层的综合性能。身的气孔等原因造成。这种观点理论值得实践借鉴。采用激光熔覆技术，对发电厂转动设备转子轴颈如图1所示，轴颈熔覆层中的气孑L从形貌上分，可磨损进行了修复试验研究，对熔覆层气孔和裂纹的形

7、分为不规则形、圆球形、微小密集形三大类。所有这三成机理和类型进行了分析总结，并提出了减少和控制类气孔都会在不同程度上导致熔覆层结构疏松，从而气孔、裂纹的措施，从而有效改善激光熔覆层组织，提降低其强度，甚至引发熔覆层脱落；同时气孔也是引起收稿日期：2012—08—27基金项目：太原理工大学科技发展基金资助项目。作者简介：杨文甫(1969一)，男，山西万荣人，讲师，博士，主要研究方向：材料表面改性。E-mail：yangwenfu1113@163．tom．·3·第1期(总第131期)杨文甫，等：激光熔覆修复轴颈过程中气孔与裂纹研究2013年2月层的大裂纹