專利名稱：氣體壓縮機(jī)失效轉(zhuǎn)子的激光修復(fù)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油化工行業(yè)，系所使用的機(jī)械設(shè)備的失效部件維修復(fù)原的一種新方法。
石油化工用空氣、氨氣、二氧化碳、氫氣等氣體介質(zhì)的氣壓機(jī)透平轉(zhuǎn)子和螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速在2980～15000轉(zhuǎn)/分，長(zhǎng)期工作溫度為-30～250℃，經(jīng)過(guò)3～6年長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)子兩端軸徑處出現(xiàn)環(huán)溝狀嚴(yán)重磨損，磨損區(qū)寬度達(dá)80～120mm，深度達(dá)0.6～3.0mm；透平轉(zhuǎn)子的葉輪氣封肩臺(tái)處出現(xiàn)嚴(yán)重溝狀磨損，寬度達(dá)10～20mm，深度達(dá)2～4mm；螺栓壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的凸、凹主副螺桿齒面出現(xiàn)嚴(yán)重碰撞損傷，長(zhǎng)度占螺桿大部分，深度3.5～6mm。壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子從美國(guó)、英國(guó)、日本進(jìn)口，制造材料為SAE4340鋼、AISI1040鋼和2Cr13鋼，幾何尺寸精度和形態(tài)要求十分精密。損傷后用常規(guī)機(jī)械和熱焊及深層方法無(wú)法修復(fù)，只能作失效報(bào)廢處理，由此造成的損失十分嚴(yán)重。
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)對(duì)進(jìn)口設(shè)備損傷失效部件修復(fù)難的課題，提供了一種采用激光修復(fù)氣體壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子損傷部位，達(dá)到原設(shè)計(jì)要求指標(biāo)的工藝方法。氣體壓縮機(jī)失效轉(zhuǎn)子的損傷區(qū)域，由高能量密度的激光束輻射，用與轉(zhuǎn)子一致或相類同的金屬材料熔鑄修復(fù)損傷部位，使其恢復(fù)至原設(shè)計(jì)幾何尺寸形態(tài)和技術(shù)指標(biāo)，并使修復(fù)后的轉(zhuǎn)子耐磨性、耐介質(zhì)腐蝕的能力更佳。
氣體壓縮機(jī)失效轉(zhuǎn)子的激光修復(fù)工藝，是由損傷部件預(yù)處理、物料預(yù)置、激光熔鑄、磨修、檢測(cè)、噴涂、拋光等多道工序組成，其特征是
a.激光束沿著壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的損傷區(qū)，實(shí)行20×Y(Y＝1～20mm)寬帶光斑掃描輻照，掃描激光束均勻覆蓋損傷區(qū)域，激光束功率為3000～8000W，激光熔鑄每層厚度在0.3～6mm范圍內(nèi)自由調(diào)節(jié)；b.當(dāng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子損傷區(qū)出現(xiàn)變形或產(chǎn)生裂紋及氫脆，在激光熔鑄修復(fù)前、后均應(yīng)進(jìn)行熱處理，修復(fù)前溫度為100～200℃，修復(fù)后溫度為120～300℃；c.轉(zhuǎn)子修復(fù)材料，按轉(zhuǎn)子材質(zhì)和使用性能要求，采用底層具有與基體浸潤(rùn)性好，結(jié)合強(qiáng)度高的Ni基合金，面層為硬度和強(qiáng)度高的、抗裂性好的Co基合金形成的雙層復(fù)合材料；亦可采用上述兩層材料為基礎(chǔ)，再熔鑄一層具有抗沖刷、耐磨損和耐腐蝕性高的不銹鋼材料；d.激光熔鑄送粉方式一種是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方式與粉劑流的運(yùn)動(dòng)方向夾角小于90°的正向送入，另一種是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向與粉劑流的運(yùn)動(dòng)方向夾角大于90°的逆向送入，兩種方式既可簡(jiǎn)化工藝，又能提高粉劑利用率。
本發(fā)明的積極效果是修復(fù)速度快，轉(zhuǎn)子基體無(wú)變形，無(wú)裂紋缺陷；修復(fù)后的氣體壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，既恢復(fù)了原設(shè)計(jì)幾何尺寸形態(tài)，又能提高其強(qiáng)度指標(biāo)，使轉(zhuǎn)子安全和使用性能大幅度提高，經(jīng)濟(jì)效益頗明顯。也適用于油、氨等液體介質(zhì)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子損傷失效的修復(fù)加工，具有很大的產(chǎn)業(yè)和技術(shù)前景。
實(shí)施例1某公司使用的氫氣壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，型號(hào)441B6型，是美國(guó)德萊塞蘭公司的進(jìn)口產(chǎn)品；最大連續(xù)轉(zhuǎn)速15000rPm，使用溫度150℃，轉(zhuǎn)子材料為SAE4340鋼；轉(zhuǎn)子損傷情況轉(zhuǎn)子端φ88.9mm軸徑磨損傷嚴(yán)重，寬度為100mm、深度為0.75～1.10mm；采用強(qiáng)度計(jì)算及壽命評(píng)估，無(wú)損檢測(cè)、機(jī)械清理、激光熔鑄、機(jī)械加工、高速動(dòng)平衡試驗(yàn)等一整套激光熔鑄修復(fù)工藝，使損傷失效的轉(zhuǎn)子恢復(fù)原設(shè)計(jì)幾何尺寸及技術(shù)性能。采用CO2激光束，20×3mm寬帶輻照，激光功率2600～3000W，掃描速度3～4mm/s；采用Ni基合金粉劑和Co基合金粉劑雙層梯度激光熔鑄，并使用120℃±5℃預(yù)熱和150℃±5℃熱處理?yè)p傷修復(fù)區(qū)，消除基體長(zhǎng)期使用過(guò)程中殘留的氫脆和變形；正向送料角度為60°，每層料厚5mm；經(jīng)激光熔鑄修復(fù)后的高速壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，工作狀態(tài)達(dá)到設(shè)計(jì)使用要求，使美國(guó)供應(yīng)商認(rèn)為不可修復(fù)的轉(zhuǎn)子得以恢復(fù)和使用。
實(shí)施例2在石化公司使用的HS255/1356型無(wú)油螺桿式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，英國(guó)HOWDEN公司生產(chǎn)。使用介質(zhì)C4氣體，溫度84℃，轉(zhuǎn)速5974rPm。四齒陽(yáng)螺桿和六齒陰螺桿齒面均碰撞損環(huán)失效，損傷長(zhǎng)度47～175mm，寬度9～40mm，深度3.5～6.0mm。采用激光束寬帶20×5mm掃描輻照，輻照功率3200～4000W，掃描速度為2～5mm/s，使用與基體相近的不銹鋼粉劑材料，逆向送料角度為135°，每層料厚3mm，并在熔鑄后于250～300℃進(jìn)行熱處理，消除殘留應(yīng)力。修復(fù)后的轉(zhuǎn)子，經(jīng)檢測(cè)，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)標(biāo)準(zhǔn)。
在激光熔鑄修復(fù)前，應(yīng)采用機(jī)械尺寸檢測(cè)，并進(jìn)行強(qiáng)度與持久壽命計(jì)算，無(wú)損檢測(cè)、機(jī)械加工復(fù)形等一系列修復(fù)工序。經(jīng)激光熔鑄修復(fù)的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，已經(jīng)投入原工況使用，性能良好，頗受用戶歡迎。
權(quán)利要求
1.氣體壓縮機(jī)失效轉(zhuǎn)子的激光修復(fù)工藝，是由損傷部件預(yù)處理、物料預(yù)置、激光熔鑄、磨修、檢測(cè)、噴涂、拋光等多道工序組成，其特征是a.激光束沿著壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的損傷區(qū)，實(shí)行20×Y(Y＝1～20mm)寬帶光斑掃描輻照，掃描激光束均勻覆蓋損傷區(qū)域，激光束功率為3000～8000W，激光熔鑄每層厚度在0.3～6mm范圍內(nèi)自由調(diào)節(jié)；b.當(dāng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子損傷區(qū)出現(xiàn)變形或產(chǎn)生裂紋及氫脆，在激光熔鑄修復(fù)前、后均應(yīng)進(jìn)行熱處理，修復(fù)前預(yù)熱溫度為100～200℃，修復(fù)后溫度為120～300℃；c.轉(zhuǎn)子修復(fù)材料，按轉(zhuǎn)子材質(zhì)和使用性能要求，采用底層具有與基體浸潤(rùn)性好，結(jié)合強(qiáng)度高的Ni基合金，面層為硬度和強(qiáng)度高的、抗裂性好的Co基合金形成的雙層復(fù)合材料；亦可采用上述兩層材料為基礎(chǔ)，再熔鑄一層具有抗沖刷、耐磨損和耐腐蝕性高的不銹鋼材料；d.激光熔鑄送粉方式一種是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方式與粉劑流的運(yùn)動(dòng)方向夾角小于90°的正向送入，另一種是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向與粉劑流的運(yùn)動(dòng)方向夾角大于90°的逆向送入，兩種方式既可簡(jiǎn)化工藝，又能提高粉劑利用率。
全文摘要
本發(fā)明涉及石化行業(yè)，系所使用的機(jī)械設(shè)備的失效部件，維修復(fù)原的一種新方法。針對(duì)已有技術(shù)維修空氣壓縮機(jī)失效轉(zhuǎn)子難的課題，發(fā)明了一種激光修復(fù)新工藝，它是由失效件預(yù)處理、熱處理和檢測(cè)等工序組成，特征是激光寬帶光斑20×(1～20)mm掃描，激光功率3000～8000W，層厚0.3～6mm，熱處理溫度分別為100～200℃和120～300℃，熔料亦可用不銹鋼材料。修復(fù)件經(jīng)用戶試用，效果頗佳，可在化工、冶金等行業(yè)中廣泛應(yīng)用。
文檔編號(hào)B23P23/04GK1392021SQ0111407
公開日2003年1月22日 申請(qǐng)日期2001年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月15日
發(fā)明者陳江, 魏振華 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)大陸激光技術(shù)有限公司