大型往復(fù)壓縮機(jī)曲軸裂紋的激光熔覆修復(fù)

1、第34卷 第5期 化肥工業(yè) 2007年10月大型往復(fù)壓縮機(jī)曲軸裂紋的激光熔覆修復(fù)賀運(yùn)初,潘樹林,胡祖漢2(1湖南金信化工有限責(zé)任公司 冷水江 417506;2廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 南寧 530004)摘要 闡述了激光熔覆技術(shù)的原理與特點(diǎn),介紹了應(yīng)用激光熔覆技術(shù)修復(fù)大型往復(fù)壓縮機(jī)曲軸曲柄銷表面裂紋的簡(jiǎn)要過程及該曲軸修復(fù)后的運(yùn)行情況。實(shí)踐證明,激光熔覆技術(shù)具有覆層缺陷率低、組織細(xì)密、性能優(yōu)異、與基體結(jié)合牢固及在加工過程中對(duì)基體的熱影響極小、工件變形小等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞 激光熔覆 曲軸 修復(fù)RepairbyLaserFusionCoatingofCracksinCrank shaftofLargeRec

2、iprocatingCompressor(1.JinxinChemicalIndustryCo.,Ltd.ofHunanProvince Lengshuijiang 417506;2.ChemistryandChemicalEngineeringCollegeofGuangxiUniversity Nanning 530004)Abstract Theprincipleandspecialfeaturesareexplainedofthelaserfusioncoatingtechnology,andthebriefprocessisgivenoftherepairofthesurfacecr

3、acksinthecrankpinofthecrank shaftofalargereciprocatingcompressorbythelaserfusioncoatingtechnologyaswellastheoperationofthecrank shaftafterrestoration.Practiceprovesthatthelaserfusioncoatingtechnologyhastheadvantagesoflowdefectiverateofthecoating,closetexture,excellentperformance,firmlinkagewiththema

4、trix,verysmallthermaleffectonthematrixduringprocessingandlittledeformationoftheworkpiece.Keywords laserfusioncoating crank shaft restorationww部學(xué)w激.j習(xí)光gx資修f.c料復(fù)om 網(wǎng)#HeYunchu,PanShulin,HuZhuhan內(nèi)H22( )-165/320氫氮?dú)鈮嚎s機(jī)是六級(jí)壓縮的對(duì)稱平衡式往復(fù)壓縮機(jī),其曲軸的主軸頸和為鍛造件,在加工過程中進(jìn)行過正火熱處理。曲是由表面裂紋或穿透裂紋擴(kuò)展引起的。為消除因裂紋擴(kuò)展而導(dǎo)致曲軸斷裂甚至毀壞機(jī)組的事故隱

5、患,經(jīng)認(rèn)真研究后,應(yīng)用激光熔覆技術(shù)對(duì)曲柄銷上的裂紋進(jìn)行修復(fù),取得了較好效果。1曲柄銷的直徑均為 280mm,材質(zhì)為45鋼,毛坯柄銷和主軸頸的表面均未進(jìn)行強(qiáng)化處理,軸頸的表面硬度較低,在運(yùn)行過程中易磨損。某公司的1臺(tái)H22( )氫氮?dú)鈮嚎s機(jī)的一級(jí)連桿大頭瓦失效后未被及時(shí)發(fā)現(xiàn),導(dǎo)致一級(jí)連桿大頭軸承帶病運(yùn)行3.5h以上,軸瓦上的軸承合金全部熔化流失,軸瓦鋼背及連桿瓦窩的部分部位已變?yōu)樗{(lán)色,連桿大頭孔的圓柱度誤差達(dá)0.22mm;曲柄銷亦磨損嚴(yán)重,其圓柱度誤差達(dá)1.39mm,且在表面產(chǎn)生了龜裂,裂紋最大深度達(dá)3.5mm。斷裂是機(jī)械零件和工程構(gòu)件的3種主要失效形式之一,大多1 曲軸裂紋修復(fù)方法的選擇曲軸是

6、在不斷周期性變化的氣體力、往復(fù)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的慣性力以及它們的力矩(轉(zhuǎn)矩和彎矩)共同作用下工作的,在運(yùn)行過程中承受交變的彎曲與扭轉(zhuǎn)載荷的聯(lián)合作用,因此需從設(shè)計(jì)方面保證其有足夠的強(qiáng)度、剛度、合理的結(jié)構(gòu)形狀2及尺寸,同時(shí)在制造或修理過程中必須嚴(yán)格控制曲軸的尺寸、形狀和位置精度,并將曲軸的內(nèi)、外部缺陷控制在規(guī)范允許的范圍內(nèi)3,4。因而在*本文作者的聯(lián)系方式:jxheyunchu第34卷 第5期 化肥工業(yè) 2007年10月修復(fù)承受復(fù)雜交變載荷、對(duì)裂紋非常敏感的大型壓縮機(jī)曲軸裂紋時(shí),需先將裂紋徹底清除,再采用科學(xué)可靠的方法填充因清除裂紋而形成的凹坑。對(duì)于出現(xiàn)裂紋損傷的材料,實(shí)現(xiàn)材料損傷愈合的前提條件是要

7、有能量供給和物質(zhì)補(bǔ)給。從已進(jìn)行的一些研究來看,外部能量補(bǔ)給的作用顯得1尤為重要和突出。因此,在選擇曲柄銷裂紋修復(fù)方法時(shí),應(yīng)重點(diǎn)考慮能量補(bǔ)給方式,同時(shí)兼顧補(bǔ)給物質(zhì)的種類。在填充金屬凹坑的常規(guī)焊接法、高能微弧脈沖焊接法、火焰噴焊法、電鍍法等方法中,常規(guī)焊接法易使曲軸產(chǎn)生超出規(guī)范允許范圍的熱變形,高能微弧脈沖焊接法會(huì)因焊接效率非常低、填充凹坑所需時(shí)間相當(dāng)長(zhǎng)而導(dǎo)致較大的停機(jī)減產(chǎn)損失,火焰噴焊法、電鍍法則因填充的覆層與基體結(jié)合強(qiáng)度較低而難以保證曲軸長(zhǎng)周期運(yùn)行,因而它們都不是填充曲柄銷凹坑的理想方法。始于1974年并已取得很大進(jìn)展的激光熔覆技術(shù)是利用大功率高能量激光束聚集能量極高等特點(diǎn),以近似絕熱的快速加

8、熱,在很短的時(shí)間內(nèi)使工件表面微熔,并將預(yù)先涂覆在材料表面的涂層或同步送粉與基體表面一起熔化后迅速凝固,獲得與基體冶金結(jié)合的致密覆層,以恢復(fù)零件的幾組成各具特點(diǎn)的梯度功能材料,底層具有與基體浸潤性好、結(jié)合強(qiáng)度高等特點(diǎn),中間層具有一定強(qiáng)度、硬度及良好的抗裂性,面層具有抗沖刷、耐磨損、耐腐蝕等性能。應(yīng)用激光熔覆技術(shù)對(duì)材料裂紋缺陷進(jìn)行修復(fù)的研究始于20世紀(jì)80年代,主要是為了解決傳統(tǒng)裂紋修復(fù)工藝存在的工作量大、耗時(shí)長(zhǎng)以及修復(fù)質(zhì)量不高的缺點(diǎn),已取得了較多成果,現(xiàn)主要應(yīng)用于制造工藝復(fù)雜、耗工費(fèi)時(shí)、價(jià)格昂貴的零件的1修復(fù)。經(jīng)綜合考慮曲軸對(duì)強(qiáng)度、剛度、位置精度等的要求及上述金屬凹坑填充方法的各自特點(diǎn),選擇激光

9、熔覆技術(shù)填充曲柄銷上的凹坑。2 曲軸裂紋的修復(fù)過程何尺寸或強(qiáng)化零件的表面性能。激光加熱速率極快,并以基體金屬作為冷卻介質(zhì),冷卻速率可達(dá)381010K/s,使涂覆材料瞬間熔化和凝固。這既可減小涂層氧化的幾率,減少基體材料對(duì)涂層的稀釋,保持涂層的高合金度,又使晶粒來不及長(zhǎng)大,較大的溫度梯度加劇了熔池的對(duì)流,使組織進(jìn)一步細(xì)化,還可使其對(duì)基體的熱效應(yīng)降至最小限度,使引起變形和開裂的可能性很小5,6ww部學(xué)w激.j習(xí)光gx資修f.c料復(fù)om 網(wǎng)。覆層的強(qiáng)韌性很高。首先用模具電磨打磨曲柄銷上存在的裂紋,將裂紋清除干凈,并經(jīng)磁粉探傷合格后,在曲柄銷上形成3個(gè)圓滑過渡的凹坑,其尺寸(長(zhǎng)!寬!深)分別為35mm

10、!15mm!3.8mm,60mm!15mm!1.4mm和30mm!14mm!0.9mm。然后應(yīng)用激光熔覆技術(shù)填充曲柄銷上的凹坑,所用激光加工設(shè)備為5kW的CO2激光器,補(bǔ)給物質(zhì)為鎳基合金粉末,輸出功率、光斑尺寸、搭接率、掃描速率等工藝參數(shù)則根據(jù)熔覆厚度等因素酌情調(diào)整。經(jīng)檢查,熔覆層與基體之間有明顯的邊界。對(duì)熔覆層及其附近區(qū)域進(jìn)行了多種無損檢測(cè),磁粉探傷時(shí)在熔覆層與基體之間的界面處有明顯的磁粉堆積,分析認(rèn)為這可能是熔覆層與基體的磁導(dǎo)率不同引起的,不一定是表面缺陷;進(jìn)行滲透探傷時(shí),未發(fā)現(xiàn)表面缺陷;用超聲表面波檢測(cè),未發(fā)現(xiàn)表面開口性缺陷。受客觀條件和檢修工期的限制,未對(duì)熔覆層及其熱影響區(qū)進(jìn)行金相分析

11、,但據(jù)文獻(xiàn)介紹6內(nèi)激光熔覆技術(shù)具有下列特點(diǎn):(1)激光熔覆層稀釋率低,與基體為冶金結(jié)合,結(jié)合強(qiáng)度可不低于基體材料的90%,在重載使用條件下不剝落;(2)在激光加工過程中,基體的材料表面微熔,微熔層深度為0.050.10mm,基體熱影響區(qū)極小,一般為0.10.2mm;(3)熔覆層及其界面缺陷率低,組織致密,晶粒細(xì)小,強(qiáng)韌性好;(4)在激光加工過程中,基體的溫度不超過80 ,工件基本無熱變形,機(jī)械重復(fù)性好;(5)激光熔覆層組織由底層、中間層及面層,45鋼鎳基激光#熔覆層的組織形態(tài)是以等軸晶狀和樹枝狀為主的共晶組織,也有自熔覆層與基體的熱影響區(qū)的交界面向熔覆層內(nèi)生長(zhǎng)的一些大小不一的胞狀共晶組織,基體

12、的熱影響區(qū)為淬火狀態(tài)的馬氏體,越靠近熔覆區(qū)馬氏體形態(tài)越細(xì)小,這些組織特點(diǎn)決定了熔在對(duì)曲柄銷上的凹坑進(jìn)行激光熔覆后,用專用車床對(duì)曲柄銷進(jìn)行車削加工,以消減曲柄銷的圓柱度誤差,使之符合相關(guān)規(guī)范的要求。在曲柄銷的加工過程中,由于存在偏心距,再加上夾緊力、切削力和切削熱的作用,曲軸會(huì)產(chǎn)生較大的扭第34卷 第5期 化肥工業(yè) 2007年10月轉(zhuǎn)及彎曲變形,因此需以未受損傷的主軸頸為定位基準(zhǔn),以保證主軸頸與曲柄銷軸線間的平行度誤差在允許范圍內(nèi)。在有效消減圓柱度誤差后,曲柄銷的直徑減小至 278.3mm,與之匹配的連桿大頭瓦需相應(yīng)加厚。體的熱影響極小、工件變形小等優(yōu)點(diǎn),能保證零件的修復(fù)質(zhì)量,在壓縮機(jī)曲軸、渦輪

13、葉片等制造工藝復(fù)雜、所受載荷大、價(jià)格昂貴的零件修復(fù)方面具有廣闊的應(yīng)用前景。參考文獻(xiàn):1 黃開金,周金鑫,謝長(zhǎng)生,等.裂紋修復(fù)與激光技術(shù)J.金屬熱處理,2002,(3):1 4.2 王迪生,楊樂之.活塞式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1990:118.3 金光熹主編.壓縮機(jī)制造工藝學(xué)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1986:79.4 JB/T91051999,大型往復(fù)活塞壓縮機(jī)技術(shù)條件S.5 尚麗娟,康煜平,劉常升,等.試論粉末火焰噴焊和激光熔覆技術(shù)J.熱加工工藝,2002,(4):47 49.#6 許萍,梅敦,張秀云,等.45鋼激光熔覆的組織與性能J.3 修復(fù)后的運(yùn)行情況曲軸修復(fù)后投入運(yùn)行,機(jī)

14、組運(yùn)行正常,分別在累計(jì)運(yùn)行168,336,720,4000和8000h后對(duì)曲柄銷的熔覆層及其附近區(qū)域進(jìn)行仔細(xì)檢查,未發(fā)現(xiàn)表面開裂、熔覆層脫落等異?，F(xiàn)象。4 結(jié)語激光熔覆技術(shù)具有覆層缺陷率低、組織細(xì)密、內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2001,(4):295 298.(上接第46頁)1000m有效氣(標(biāo)態(tài))煤耗:550kg;增加氧耗:380#0.55!0.547=377.9273m/h(標(biāo)態(tài));年運(yùn)行時(shí)間按8000h計(jì)算,在不增加人員及其它消耗時(shí),年經(jīng)濟(jì)效益:(0.391!1500-310!0.547-377.92!0.57)!8000=161.21(萬元)。此效益不包括因提高有效氣體成分和降低煤ww部學(xué)w

15、激.j習(xí)光gx資修f.c料復(fù)om 網(wǎng)于161萬元。參考文獻(xiàn)性能優(yōu)異、與基體結(jié)合牢固及在加工過程中對(duì)基(收稿日期 2006 04 25)耗部分的效益,因此提高煤漿濃度的年效益遠(yuǎn)高1 吉登高,張麗娟,高明峰,等.我國水煤漿制備與燃燒技術(shù)的發(fā)展J.選煤技術(shù),2004,(4):16.D.上海:華東理工大學(xué),2006.2 張繼臻.燃煤漿清潔熱風(fēng)噴霧干燥工藝的開發(fā)與應(yīng)用研究?jī)?nèi)(收稿日期 2006 10 11)(上接第49頁)不盡相同,如果摻燒,操作條件不易確定,不利于穩(wěn)定煤氣爐的操作。操作經(jīng)驗(yàn),合成氨和甲醇的制造成本明顯降低,初步達(dá)到了預(yù)期的目的,也為劣質(zhì)煤應(yīng)用開辟了新用途。目前,燒劣質(zhì)煤在操作上還存在著一些問題,在今后的生產(chǎn)過程中還需要不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn),從而實(shí)現(xiàn)煤氣發(fā)生爐優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、安全、低耗的目的。(收稿日期 2006 04 24)5 結(jié)語安陽公司在燒劣質(zhì)煤過程中,積累了一定的(上接第51頁)電耗增高,每月至少需