專利名稱：一種汽輪機末級葉片進氣邊表面的激光熔覆方法
技術領域：
本發(fā)明涉及激光熔覆技術領域，特別涉及一種汽輪機末級葉片進氣邊表面的激光熔覆方法。
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背景技術：
汽輪機是一種以蒸汽為動力，并將蒸汽的熱能轉化為機械功的旋轉機械，是現(xiàn)代火力發(fā)電廠中應用最廣泛的原動機，其具有單機功率大、效率高、壽命長等優(yōu)點。其中，葉片是汽輪機最精細、最重要的零件之一，汽輪機葉片的安全可靠性能直接關系到汽輪機乃至整個電廠設備的安全與工作效率。一旦葉片發(fā)生斷裂，將引起機組振動、通流部分動、靜摩擦，同時損失效率；若沒有及時發(fā)現(xiàn)或及時處理，將引起事故擴大，可能導致整臺機組毀壞，其經(jīng)濟損失數(shù)以萬計。汽輪機末級葉片型線下部存在的可能損傷包括:出汽邊蒸汽沖蝕損傷、外來硬質異物擊傷和固體粒子侵蝕、葉片斷裂、結垢及其它損傷。其中，蒸汽沖蝕形成的鋸齒狀毛刺不僅會造成葉片應力集中以及減小葉片葉型根部截面的面積，還會影響到葉片的振動特性，大大削弱葉片的強度，這樣無疑就增加了末級葉片斷裂的危險性。另外，由于蒸汽沖蝕形成的蝕坑具有形狀不規(guī)則，也給維修帶來較大的難度。因此，汽輪機末級葉片材料的抗疲勞性能如何，特別是在濕蒸汽工作條件下的材料抗腐蝕能力直接影響到末級葉片的可靠性?，F(xiàn)有技術中，通常對汽輪機末級葉片采取防護措施所用的方法包括:一是尋找抗熱疲勞性能和耐磨性好的合金材料，二是對葉片進行表面處理，以提高其抗熱疲勞性能和耐磨性。然而，采用傳統(tǒng)的釬焊技術時，由于葉片涂層與基體之間為物理結合，其結合力小、涂層厚度受限，組織致密性差，稀釋率大，缺陷多，易造成局部應力過大。因此，汽輪機末級葉片經(jīng)過長時間水蝕后，合金層剝落非常嚴重，造成葉片的抗熱疲勞性能和耐磨性能較差，影響到汽輪機機組效率及運行安全。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提出一種汽輪機末級葉片進氣邊表面的激光熔覆方法，能提高汽輪機葉片耐蝕性能及使用壽命，保證汽輪機機組效率及運行安全。為達到上述目的，本發(fā)明提出了一種汽輪機末級葉片進氣邊表面的激光熔覆方法，包括以下步驟:
步驟S1:對汽輪機末級葉片進氣邊表面進行預處理；
步驟S2:選擇鈷基合金粉末，所述鈷基合金粉末的各成分重量百分含量為:C:1.0 1.5%、Cr:25 30%、Ni:0.5 0.9%、Mn:0.1 0.15%、S1:1.0 1.5%、W:
3.5 5.0%、Fe:0.6 0.9%,余量為 Co ；
步驟S3:選用CO2橫流激光器或半導體激光器及數(shù)控激光加工機，調節(jié)數(shù)控激光加工機的同步送粉裝置，使得所述鈷基合金粉末自動送入數(shù)控激光加工機的激光熔池內；
通過所述CO2橫流激光器或半導體激光器產生高功率的聚焦激光束，該聚焦激光束與自動送粉頭沿汽輪機末級葉片進氣邊表面指定方向進給進行激光熔覆，所述汽輪機末級葉片表面加工形成均勻致密的鈷基合金粉末熔覆層；
激光熔覆工藝參數(shù)如下:
激光功率P = 3000 4000W ； 聚焦矩形光斑尺寸:長為8 IOmm,寬為I 1.5mm ；
或長為2.5 3.5mm寬為I 1.5mm ;
所述高功率聚焦激光束掃描速度V = 300 600mm/min，搭接率40 50% ;
所述鈷基合金粉末熔覆層的厚度為0.8 2mm ;
步驟S4:用著色探傷法對上述汽輪機末級葉片進氣邊表面的激光熔覆部位進行檢驗，確保該處無裂紋、氣孔或夾雜的缺陷。進一步，在所述一種汽輪機末級葉片進氣邊表面的激光熔覆方法中，所述步驟SI具體包括:
在室溫下對汽輪機末級葉片進氣邊表面的待激光熔覆部位進行除油、除銹，并用酒精清洗干凈；
用著色探傷法對葉片進氣邊表面加工部位進行檢驗，確保該處無裂紋、氣孔或夾雜的缺陷。進一步，在所述一種汽輪機末級葉片進氣邊表面的激光熔覆方法中，所述步驟S3中還包括:通過窄帶積分鏡調節(jié)所述C02橫流激光器或半導體激光器的離焦量，使得該聚焦激光束的光斑為矩形，其中，所述窄帶積分鏡調節(jié)長為3mm，寬為1mm，所述聚焦激光束的光斑的長為2.5mm,寬為1.5mm。進一步，在所述一種汽輪機末級葉片進氣邊表面的激光熔覆方法中，所述鈷基合金粉末的各成分重量百分含量優(yōu)選為:c:1.21%、Cr:28.44%、N1:0.65%、Mn:0.13%、Si:
1.25%、W:4.44%、Fe:0.79%，余量為 Co。進一步，在所述一種汽輪機末級葉片進氣邊表面的激光熔覆方法中，所述鈷基合金粉末的各成分重量百分含量優(yōu)選為:c:1.21%、Cr:28.44%、N1:0.65%、Mn:0.13%、Si:
1.25%、W:4.44%、Fe:0.79%,余量為 Co。進一步，在所述一種汽輪機末級葉片進氣邊表面的激光熔覆方法中，所述鈷基合金粉末的各成分重量百分含量優(yōu)選為:c:1.0 %、Cr:30%, N1:0.5%、Mn:0.15%、S1:1.0%、W:
3.5%、Fe:0.9%，余量為 Co。進一步，在所述一種汽輪機末級葉片進氣邊表面的激光熔覆方法中，所述鈷基合金粉末的各成分重量百分含量優(yōu)選為:c:1.5 %、Cr:25%, N1:0.9%、Mn:0.1%、S1:1.5%、W:
5.0%, Fe:0.6%，余量為 Co。本發(fā)明一種汽輪機末級葉片進氣邊表面的激光熔覆方法采用具有良好的抗腐蝕性和耐磨性的合金粉末作為激光熔覆合金材料，通過聚焦激光束將具有耐磨抗蝕性能的合金粉末均勻地熔覆在汽輪機末級葉片上，大大提高了汽輪機葉片耐蝕性能及使用壽命，保證了汽輪機機組效率及運行安全。


圖1為本發(fā)明一種汽輪機末級葉片進氣邊表面的激光熔覆方法一實施例的流程示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。本發(fā)明提出一種汽輪機末級葉片進氣邊表面的激光熔覆方法，其采用具有良好的抗腐蝕性和耐磨性的合金粉末作為激光熔覆合金材料，通過激光熔覆方法將具有耐磨抗蝕性能的合金粉末均勻地熔覆在汽輪機葉片上，形成均勻致密的冶金結合涂層，熔覆層與基體形成牢固的冶金結合而不產生剝落，大大提高了汽輪機葉片耐蝕性能及使用壽命，保證了汽輪機機組效率及運行安全。請參閱圖1，本發(fā)明一種汽輪機末級葉片進氣邊表面的激光熔覆方法包括以下步驟:
步驟S1:對汽輪機末級葉片進氣邊表面進行預處理；
步驟S2:選擇鈷基合金粉末，所述鈷基合金粉末的各成分重量百分含量為:
C:1.0 1.5%、Cr:25 30%、Ni:0.5 0.9%、Mn:0.1 0.15%、S1:1.0 1.5%、W:3.5 5.0%、Fe:0.6 0·.9%,余量為 Co ；
步驟S3:選用CO2橫流激光器或半導體激光器及數(shù)控激光加工機，調節(jié)數(shù)控激光加工機的同步送粉裝置，使得所述鈷基合金粉末自動送入數(shù)控激光加工機的激光熔池內；
通過所述CO2橫流激光器或半導體激光器產生高功率的聚焦激光束，該聚焦激光束與自動送粉頭沿汽輪機末級葉片進氣邊表面指定方向進給進行激光熔覆，所述汽輪機末級葉片表面加工形成均勻致密的鈷基合金粉末熔覆層；
激光熔覆工藝參數(shù)如下:
激光功率P = 3000 4000W ；
聚焦矩形光斑尺寸:長為8 IOmm,寬為I 1.5mm ；
或長為2.5 3.5mm寬為I 1.5mm ;
所述高功率聚焦激光束掃描速度V = 300 600mm/min，搭接率40 50% ;
所述鈷基合金粉末熔覆層的厚度為0.8 2mm ;
步驟S4:用著色探傷法對上述汽輪機末級葉片進氣邊表面的激光熔覆部位進行檢驗，確保該處無裂紋、氣孔或夾雜的缺陷。其中，所述步驟SI具體包括:
在室溫下對汽輪機末級葉片進氣邊表面的待激光熔覆部位進行除油、除銹，并用酒精清洗干凈；
用著色探傷法對葉片進氣邊表面加工部位進行檢驗，確保該處無裂紋、氣孔或夾雜的缺陷。所述步驟S2中鈷基合金粉末的各成分重量百分含量優(yōu)選為:C:1.21%、Cr:28.44%、Ni:0.65%、Mn:0.13%、Si:1.25%、W:4.44%、Fe:0.79%，余量為 Co。所述步驟S3中還包括:通過窄帶積分鏡調節(jié)所述C02橫流激光器或半導體激光器的離焦量，使得該聚焦激光束的光斑為矩形，其中，所述窄帶積分鏡調節(jié)長為3mm，寬為1mm，所述聚焦激光束的光斑的長為2.5mm,寬為1.5mm。
以下結合具體實施例進一步來說明本發(fā)明汽輪機末級葉片進氣邊表面的激光熔覆方法。實施例1:
對汽輪機末級葉片進氣邊表面進行預處理；
選擇鈷基合金粉末，所述鈷基合金粉末的各成分重量百分含量為:
C:1.21%、Cr:28.44%、Ni:0.65%、Mn:0.13%、Si:1.25%、W:4.44%、Fe:0.79%,余量為
Co ；
選用DJ-LPM-1型CO2橫流激光器或半導體激光器及SIMENS的數(shù)控激光加工機，調節(jié)數(shù)控激光加工機的同步送粉裝置，使得所述鈷基合金粉末自動送入數(shù)控激光加工機的激光熔池內；
通過所述CO2橫流激光器或半導體激光器產`生高功率聚焦激光束，該高功率聚焦激光束與自動送粉頭沿汽輪機末級葉片進氣邊表面指定方向進給進行激光熔覆，所述汽輪機末級葉片按設定轉速旋轉，在所述汽輪機末級葉片表面加工形成均勻致密的鈷基合金粉末熔
覆層；
激光熔覆工藝參數(shù)如下:
激光功率P = 4000W ；
聚焦矩形光斑尺寸:長為8mm,寬為1.5mm ；
所述高功率聚焦激光束掃描速度V = 400mm/min，搭接率45% ；
所述鈷基合金粉末熔覆層的厚度為0.8 2mm ;
用著色探傷法對上述汽輪機末級葉片進氣邊表面的激光熔覆部位進行檢驗，確保該處無裂紋、氣孔或夾雜的缺陷。實施例2
對汽輪機末級葉片進氣邊表面進行預處理；
選擇鈷基合金粉末，所述鈷基合金粉末的各成分重量百分含量為:
C:1.0 %、Cr:30%, Ni:0.5%, Mn:0.15%、Si:1.0%、W:3.5%、Fe:0.9%，余量為 Co ；
選用DJ-LPM-1型CO2橫流激光器或半導體激光器及SIMENS的數(shù)控激光加工機，調節(jié)數(shù)控激光加工機的同步送粉裝置，使得所述鈷基合金粉末自動送入數(shù)控激光加工機的激光熔池內；
通過所述CO2橫流激光器或半導體激光器產生高功率聚焦激光束，該高功率聚焦激光束與自動送粉頭沿汽輪機末級葉片進氣邊表面指定方向進給進行激光熔覆，所述汽輪機末級葉片按設定轉速旋轉，在所述汽輪機末級葉片表面加工形成均勻致密的鈷基合金粉末熔
覆層；激光熔覆工藝參數(shù)如下:
激光功率P = 4000W ；
聚焦矩形光斑尺寸:長為IOmm,寬為Imm;
所述高功率聚焦激光束掃描速度V = 300mm/min，搭接率40% ；
所述鈷基合金粉末熔覆層的厚度為0.8 2mm ;
用著色探傷法對上述汽輪機末級葉片進氣邊表面的激光熔覆部位進行檢驗，確保該處無裂紋、氣孔或夾雜的缺陷。實施例3
對汽輪機末級葉片進氣邊表面進行預處理；
選擇鈷基合金粉末，所述鈷基合金粉末的各成分重量百分含量為:
C:1.5 %、Cr:25%, Ni:0.9%, Mn:0.1%、Si:1.5%、W:5.0%、Fe:0.6%，余量為 Co ；
選用DJ-LPM-1型CO2橫流激光器或半導體激光器及SIMENS的數(shù)控激光加工機，調節(jié)數(shù)控激光加工機的同步送粉裝置，使得所述鈷基合金粉末自動送入數(shù)控激光加工機的激光熔池內；
通過所述CO2橫流激光器或半導體激光器產生高功率聚焦激光束，該高功率聚焦激光束與自動送粉頭沿汽輪機末級葉片進氣邊表面指定方向進給進行激光熔覆，所述汽輪機末級葉片按設定轉速旋轉，在所述汽輪機末級葉片表面加工形成均勻致密的鈷基合金粉末熔
覆層；
激光熔覆工藝參數(shù)如下:
激光功率P = 3500W ；
聚焦矩形光斑尺寸:長為2.5mm,寬為1.5mm ；
所述高功率聚焦激光束掃描速度V = 600mm/min，搭接率50% ；
所述鈷基合金粉末熔覆層的厚度為0.8 2mm ;
用著色探傷法對上述汽輪機末級葉片進氣邊表面的激光熔覆部位進行檢驗，確保該處無裂紋、氣孔或夾雜的缺陷。相比于現(xiàn)有技術，本發(fā)明一種汽輪機末級葉片進氣邊表面的激光熔覆方法采用具有良好的抗腐蝕性和耐磨性的合金粉末作為激光熔覆合金材料，通過聚焦激光束將具有耐磨抗蝕性能的合金粉末均勻地熔覆在汽輪機末級葉片上，以形成均勻致密的鈷基合金粉末熔覆層，解決了傳統(tǒng)方法焊接制造汽輪機葉片進氣邊表面的熱影響區(qū)大、稀釋率大、熔覆層厚度大、組織稀松且焊層容易剝落等問題。本發(fā)明鈷基合金粉末熔覆層的耐熱腐蝕性能優(yōu)于鎳基高溫合金，使得熔覆層與汽輪機末級葉片的基體形成牢固的冶金結合層具有優(yōu)良的耐磨抗蝕性能，大大提高了汽輪機葉片耐蝕性能及使用壽命，保證了汽輪機機組效率及運行安全。這里本發(fā)明的描述和應用是說明性的，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述實施例中。這里所披露的實施例的變形和改變是可能的，對于那些本領域的普通技術人員來說實施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領域技術人員應該清楚的是，在不脫離本發(fā)明的精神或本質特征的情況下，本發(fā)明可以以其它形式、結構、布置、比例，以及用其它組件、材料和部件來實現(xiàn)。在不脫離本發(fā)明范圍和精神的情況下，可以對這里所披露的實施例進行其它變形和改變。
權利要求
1.一種汽輪機末級葉片進氣邊表面的激光熔覆方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 步驟S1:對汽輪機末級葉片進氣邊表面進行預處理； 步驟S2:選擇鈷基合金粉末，所述鈷基合金粉末的各成分重量百分含量為:C:1.0 1.5%、Cr:25 30%、Ni:0.5 0.9%、Mn:0.1 0.15%、S1:1.0 1.5%、W:.3.5 5.0%、Fe:0.6 0.9%,余量為 Co ； 步驟S3:選用CO2橫流激光器或半導體激光器及數(shù)控激光加工機，調節(jié)數(shù)控激光加工機的同步送粉裝置，使得所述鈷基合金粉末自動送入數(shù)控激光加工機的激光熔池內； 通過所述CO2橫流激光器或半導體激光器產生高功率的聚焦激光束，該聚焦激光束與自動送粉頭沿汽輪機末級葉片進氣邊表面指定方向進給進行激光熔覆，所述汽輪機末級葉片表面加工形成均勻致密的鈷基合金粉末熔覆層； 激光熔覆工藝參數(shù)如下: 激光功率P = 3000 4000W ； 聚焦矩形光斑尺寸:長為8 IOmm,寬為I 1.5mm ；或長為2.5 3.5mm寬為I 1.5mm ; 所述高功率聚焦激光束掃描速度V = 300 600mm/min，搭接率40 50% ; 所述鈷基合金粉末熔覆層的厚度為0.8 2mm ; 步驟S4:用著色探傷法對上述汽輪機末級葉片進氣邊表面的激光熔覆部位進行檢驗，確保該處無裂紋、氣孔或夾雜的缺陷。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種汽輪機末級葉片進氣邊表面的激光熔覆方法，其特征在于，所述步驟SI具體包括: 在室溫下對汽輪機末級葉片進氣邊表面的待激光熔覆部位進行除油、除銹，并用酒精清洗干凈； 用著色探傷法對葉片進氣邊表面加工部位進行檢驗，確保該處無裂紋、氣孔或夾雜的缺陷。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種汽輪機末級葉片進氣邊表面的激光熔覆方法，其特征在于，所述步驟S3中還包括:通過窄帶積分鏡調節(jié)所述C02橫流激光器或半導體激光器的離焦量，使得該聚焦激光束的光斑為矩形，其中，所述窄帶積分鏡調節(jié)長為3mm，寬為1mm，所述聚焦激光束的光斑的長為2.5mm,寬為1.5_。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種汽輪機末級葉片進氣邊表面的激光熔覆方法，其特征在于，所述鈷基合金粉末的各成分重量百分含量優(yōu)選為:C:1.21%、Cr:28.44%、N1:0.65%、Mn:.0.13%、Si:1.25%、W:4.44%、Fe:0.79%，余量為 Co。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種汽輪機末級葉片進氣邊表面的激光熔覆方法，其特征在于，所述鈷基合金粉末的各成分重量百分含量優(yōu)選為:C:1.21%、Cr:28.44%、N1:0.65%、Mn:.0.13%、Si:1.25%、W:4.44%、Fe:0.79%，余量為 Co。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種汽輪機末級葉片進氣邊表面的激光熔覆方法，其特征在于，所述鈷基合金粉末的各成分重量百分含量優(yōu)選為:c:1.0 %、Cr:30%, N1:0.5%、Mn:.0.15%、Si:1.0%、W:3.5%, Fe:0.9%，余量為 Co。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種汽輪機末級葉片進氣邊表面的激光熔覆方法，其特征在于，所述 鈷基合金粉末的各成分重量百分含量優(yōu)選為:c:1.5 %、Cr:25%, N1:0.9%、Mn:.0.1%, Si:1.5%、W:5.0%, Fe:0.6%，余量為 Co。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種汽輪機末級葉片進氣邊表面的激光熔覆方法，包括以下步驟步驟S1對汽輪機末級葉片進氣邊表面進行預處理；步驟S2選擇鈷基合金粉末；步驟S3調節(jié)數(shù)控激光加工機的同步送粉裝置，使得所述鈷基合金粉末自動送入數(shù)控激光加工機的激光熔池內；通過所述CO2橫流激光器或半導體激光器產生高功率的聚焦激光束，該聚焦激光束與自動送粉頭沿汽輪機末級葉片進氣邊表面指定方向進給進行激光熔覆，所述汽輪機末級葉片表面加工形成均勻致密的鈷基合金粉末熔覆層；步驟S4用著色探傷法對上述汽輪機末級葉片進氣邊表面的激光熔覆部位進行檢驗。本發(fā)明大大提高了汽輪機葉片耐蝕性能及使用壽命，保證了汽輪機機組效率及運行安全。
文檔編號C23C24/10GK103233222SQ20131013354
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月17日 優(yōu)先權日2013年4月17日
發(fā)明者陶興啟, 黃旭東, 廖運生 申請人:武漢點金激光科技有限公司