專利名稱：一種金屬葉片的激光強化工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬表面激光強化工藝，適用于旋轉(zhuǎn)金屬葉片的表面強化尤其適用于汽輪機進汽部分葉片的表面強化，。
背景技術(shù)：
金屬葉片是某些機器設(shè)備中重要的零部件之一，葉片的壽命及磨損直接影響到設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。盡管對疲勞損傷的機理已經(jīng)有所了解，但由于影響葉片壽命的因素較多，因此，葉片壽命的問題始終沒有得到解決，葉片故障占各類設(shè)備故障的30％以上。例如杭州汽輪機集團公司生產(chǎn)的火電30萬千瓦給水泵機組，采用NK50/60冷凝型，其末級采用HK56-3葉片，擔(dān)負(fù)將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的任務(wù)。由于工作區(qū)為濕蒸汽區(qū)，含有大量水滴，在很高的輪轉(zhuǎn)速度及離心力下沖蝕葉片，使葉片頂部進汽邊產(chǎn)生點蝕而失效，葉片抗水蝕能力的高低直接影響到汽輪機的工作效率及安全運行。為提高葉片的抗水蝕能力，目前主要有以下幾種工藝方法(1)火焰淬火強化在葉片出汽邊火焰加熱淬火，該方法工藝較簡單但溫度不易控制，易產(chǎn)生變形、裂紋、硬度不均勻等問題；(2)高頻感應(yīng)加熱淬火該工藝采用感應(yīng)加熱后低溫回火，產(chǎn)生2～6mm厚回火馬氏體，可提高效率，但感應(yīng)加熱設(shè)備復(fù)雜，尤其是感應(yīng)圈設(shè)計和制作復(fù)雜；(3)局部加覆蓋層在葉片進汽邊的局部位置覆蓋一層新合金，采用的工藝方法有釬焊司太立合金片、熱噴吐、堆焊、電鍍、化學(xué)轉(zhuǎn)化膜、涂料與涂裝等。該類方法存在工藝復(fù)雜、殘余應(yīng)力大、覆蓋層易脫落等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種針對葉片局部金屬強化的激光加工方法，采用激光表面合金化表面改性技術(shù)，它利用激光快速加熱、熔池快速凝固的特點，能夠在材料表面形成性能優(yōu)異的合金化層，從而提高零件的使用壽命。發(fā)明解決了火焰加熱、金屬感應(yīng)加熱時的形變、選區(qū)不準(zhǔn)、裂紋，提高了金屬表面硬度，細(xì)化晶粒，同時，實現(xiàn)了激光強化硬度、深度可控制。
本發(fā)明的主要技術(shù)方案是先清潔金屬葉片表面，并在表面涂覆合金吸光涂料，合金吸光涂層干燥后，根據(jù)處理面積選擇一種光斑的光束進行激光處理，同時，用氣體保護激光局部作用區(qū)，控制激光作用區(qū)薄層微熔。
通過以上方法處理的葉片，可達(dá)到以下具體技術(shù)指標(biāo)局部硬化層平均硬度可達(dá)到HV450～650，由外至內(nèi)呈梯度下降；單邊硬化層深度≥0.25mm；硬化帶寬度根據(jù)不同型號的技術(shù)要求可調(diào)可控。
激光工藝參數(shù)如下表所示。實施時應(yīng)根據(jù)具體情況，根據(jù)葉片大小，對以上范圍的參數(shù)進行優(yōu)化搭配。

根據(jù)葉片處理部位的型線進行數(shù)控編程，通過數(shù)控編程實現(xiàn)激光光束在葉片處理區(qū)表面的三維運動。
上述的合金吸光涂層涂料成份為合金10～20％、粘結(jié)劑80～90％，主要用途是提高對光的吸收以及表層合金化，其中合金組成為W 30～50％、Co 20～40％、Cr 5～15％、Mo 1～3％、Si 1～2％、Ni 5～10％、C 1～4％、Fe 1～4％、V 1～2％。
所述保護氣體是氬氣或氮氣。
本發(fā)明解決了金屬火焰、感應(yīng)加熱時的形變，硬度較感應(yīng)加熱淬火高10～20％，同時，光束定位精確，選區(qū)處理不影響其他部位性能，通過數(shù)控編程可以實現(xiàn)工件的自動加工生產(chǎn)。


圖1為對葉片進行激光強化工藝的數(shù)控編程流程圖；圖2本發(fā)明實施例葉片的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖2的A-A剖面圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合圖1～圖3對本發(fā)明實施例作一詳細(xì)說明，本發(fā)明實施例葉片由葉冠1和葉根2組成，材質(zhì)為2Cr13，調(diào)質(zhì)態(tài)。處理前，預(yù)先確定處理葉冠1面積和搭接量，并根據(jù)葉片處理部位的型線進行數(shù)控編程，制作葉片定位夾具，清洗處理區(qū)，涂合金吸光涂料。激光光斑為矩形激光光斑10mm×2mm，處理時惰性氣體保護。
下面以SK/MK56-3氣輪機葉片制作步驟為例，說明如下1、根據(jù)處理區(qū)域要求，按照葉片型線進行數(shù)控編程，程序框圖如圖1所示，程序代碼如下葉片進汽邊R處的數(shù)控程序N0005 G64N0010 M4N0015 G91 G01 M2＝4 S2＝5 X19 Y25 Z125 F300 M08N0020 M09N0025 G91 G01 X-19Y-25 Z-125 F1000N0040 M30
葉片進汽邊葉背處的淬火程序N0005 G64N0010 M4N0015 G91 M2＝4 S2＝5 X16 Y-20 Z125 F300 M08N0020 M09N0025 G91 G01 X-16 Y20 Z-125 F1000N0040 M302、清洗處理部位用丙酮、松香水等去油污。
3、定位裝夾按照每一種型號分別制作定位夾具。
4、激光處理激光工藝參數(shù)本工藝使用寬帶積分鏡，帶寬為10mm×2mm，功率900W速度300mm/min，兩條搭接量20％，Ar2保護。
5、清理處理表面。
6、檢測1)顯微硬度檢測結(jié)果(沿處理帶截面制作金相試樣，載荷200g)進氣邊R處

進氣邊內(nèi)側(cè)平面處

2)X射線探傷檢驗，無內(nèi)裂紋。
對工業(yè)汽輪機葉片進汽邊預(yù)先局部激光合金化強化處理后，改善了局部強度硬度和抗沖蝕的性能，可提高整機壽命，延長大修期。
權(quán)利要求
1，一種金屬葉片的激光強化工藝，其特征在于工藝步驟如下清潔金屬需處理區(qū)表面，并在表面涂覆合金吸光涂料，合金吸光涂層干燥后，根據(jù)處理面積選擇一種光斑的光束進行激光處理，同時用氣體保護激光作用區(qū)。
2，根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬葉片的激光強化工藝，其特征在于所述合金吸光涂料的成份為10～20％合金、粘結(jié)劑80～90％，主要用途是提高對光的吸收以及表層合金化，其中合金組成為W 30～50％、Co 20～40％、Cr 5～15％、Mo 1～3％、Si 1～2％、Ni 5～10％、C 1～4％、Fe 1～4％、V 1～2％；
3，根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬葉片的激光強化工藝，其特征在于所述激光處理的工藝參數(shù)如下激光輸出功率900～2000W，掃描速度300～700mm/min，光斑10×2mm，搭接量10～30％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬葉片的激光強化工藝，其特征在于所述激光處理是通過數(shù)控編程實現(xiàn)激光光束在葉片處理區(qū)表面的三維運動。
5，根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬葉片的激光強化工藝，其特征在于所述氣體是惰性氣體。
6，根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的一種金屬葉片的激光強化工藝，其特征在于所述氣體是氮氣或氬氣。
全文摘要
一種金屬葉片激光強化工藝，通過在金屬需處理區(qū)表面涂覆合金吸光涂料后，根據(jù)處理面積選擇一定光斑的光束進行激光處理，處理區(qū)激光定位和運動通過對葉片局部處理區(qū)型線的數(shù)控編程實現(xiàn)光束的三維運動，同時，用惰性氣體保護作用區(qū)，局部硬化層平均硬度達(dá)到HV450－650，并由外至內(nèi)呈梯度下降；單邊硬化層深度≥0.25mm；硬化帶寬度可調(diào)，無處理裂紋、變形。發(fā)明解決了金屬火焰、感應(yīng)加熱淬火時的形變問題，硬度較感應(yīng)加熱淬火高10－20％。
文檔編號B23K26/18GK1603052SQ0315141
公開日2005年4月6日 申請日期2003年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月29日
發(fā)明者姚建華, 陳智君, 孫東躍 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)