用激光熔覆技術(shù)修復(fù)螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子

1、用激光熔覆技術(shù)修復(fù)螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子                摘要 螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，因介質(zhì)沖刷、腐蝕、磨損后無(wú)法使用。采用激光熔覆技術(shù)，成功修復(fù)轉(zhuǎn)子形面。激光熔覆后材料表面改性，對(duì)提高轉(zhuǎn)子的耐腐蝕、沖刷和耐磨損十分有利。    關(guān)鍵詞 激光熔覆 再造 材料表面改性    中圖分類(lèi)號(hào)TG665  文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼B     氧化鋁生產(chǎn)中，用于燒

2、結(jié)法、混聯(lián)法工藝中的氧化鋁碳酸分解輸送CO2的工藝螺桿壓縮機(jī)，使用中CO2和H2O形成的碳酸和氧化鈣等物質(zhì)，對(duì)轉(zhuǎn)子造成腐蝕、沖刷和磨損危害。一般的碳鋼轉(zhuǎn)子使用半年，陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子嚙合間隙達(dá)到810mm（設(shè)計(jì)要求間隙0.550.6mm )，導(dǎo)致螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子報(bào)廢。采用激光熔覆技術(shù)，對(duì)螺桿陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子形面和密封線(xiàn)修復(fù)，在轉(zhuǎn)子表面采用復(fù)合功能材料激光熔覆，復(fù)合一層比原基體（碳鋼）更耐腐蝕、耐磨損的材料。該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，能實(shí)現(xiàn)對(duì)軸類(lèi)、桿件、葉片等受損件的修復(fù)，具有極大應(yīng)用價(jià)值。    一、設(shè)備狀況    1設(shè)備參數(shù)   

3、; 螺桿壓縮機(jī)型號(hào)MLG63-386/1.9，設(shè)計(jì)流量386m3/min，電機(jī)功率1000kW，介質(zhì)CO2（含雜質(zhì)顆粒），轉(zhuǎn)數(shù)2980r/min，轉(zhuǎn)子材料為碳鋼，工作溫度180，出口壓力0.19MPa，轉(zhuǎn)子單件重量1.6t。    2損傷狀況    螺桿壓縮機(jī)陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子工作面進(jìn)氣端因沖刷腐蝕、磨損，最深處18mm，最淺處5mm，非工作面磨損26mm。陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子端面、形面、密封線(xiàn)全部磨損，軸承、密封等8個(gè)軸頸處也都磨損，磨損量在0.051 mm，完全處于報(bào)廢狀態(tài)。    二、解決方案  

4、  采用激光熔覆技術(shù)修復(fù)，該技術(shù)是利用激光束聚焦能量極高的特點(diǎn)，在瞬間將零件基體表面微熔，同時(shí)使損傷表面預(yù)置的熔覆表層與基體材料相同或相近的金屬合金熔化，獲得與基體成為冶金結(jié)合的致密覆層組織，達(dá)到恢復(fù)工件原設(shè)計(jì)尺寸，提高再建區(qū)域性能的目的。解決了振動(dòng)焊、氫弧焊、噴涂、鍍層等傳統(tǒng)修理方法無(wú)法解決的材料選用局限性、工藝過(guò)程熱應(yīng)力、熱變形、材料晶粒粗大、基體材料結(jié)合強(qiáng)度難以保證的矛盾。使其顯現(xiàn)五大優(yōu)異特點(diǎn)。    1激光熔覆層與基體形成冶金結(jié)合，強(qiáng)度與原基體強(qiáng)度相近。    2基體材料在激光加工過(guò)程中僅表面微熔，微熔層僅為0.05

5、0.1 mm，基體受熱影響區(qū)域極小，一般僅為0.10.2mm。    3熔覆層與基體均無(wú)粗大的鑄造組織，熔覆層及其界面組織致密，晶粒細(xì)小，無(wú)孔洞、無(wú)夾渣、無(wú)裂紋等缺陷。    4激光加工過(guò)程中工件本體溫升不超過(guò)80，加工中熱應(yīng)力、熱變形小。    5激光熔覆工藝能實(shí)現(xiàn)由底層、中間層及面層組成的各具特點(diǎn)的梯度功能材料的熔覆加工。底層具有與基體浸潤(rùn)性好，結(jié)合強(qiáng)度高等特點(diǎn)；中間層具有一定強(qiáng)度和硬度，抗裂性好等優(yōu)點(diǎn)；面層具有好的耐蝕性、耐磨性，使被修復(fù)工件的安全性及使用性能更加有保障。  &#

6、160; 三、激光熔覆的實(shí)施    1入廠檢測(cè)、清洗    對(duì)轉(zhuǎn)子表面清污除銹處理，檢測(cè)轉(zhuǎn)子幾何尺寸、形位公差并進(jìn)行無(wú)損探傷，在專(zhuān)用檢驗(yàn)工裝上檢測(cè)陰、陽(yáng)螺桿轉(zhuǎn)子的實(shí)際嚙合總間隙、單面間隙、轉(zhuǎn)子的軸向間隙（進(jìn)口側(cè)間隙和排口側(cè)間隙）的定位尺寸和基準(zhǔn)，并詳細(xì)記錄。    對(duì)陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子的跳動(dòng)值和同步齒輪軸徑、支撐軸徑、密封軸徑尺寸進(jìn)行檢測(cè)記錄。特別是陽(yáng)轉(zhuǎn)子凹槽的尺寸和密封線(xiàn)凹槽的尺寸及定位，凹槽根部圓角的大小。    2原形線(xiàn)的測(cè)量和原始數(shù)據(jù)收集   

7、轉(zhuǎn)子的齒面與轉(zhuǎn)子軸線(xiàn)垂直面的截交線(xiàn)稱(chēng)為轉(zhuǎn)子形線(xiàn)，其要素有接觸線(xiàn)、泄漏三角形、封閉容積和齒間面積等。所以，轉(zhuǎn)子形線(xiàn)對(duì)螺桿壓縮機(jī)的性能有重大影響，決定了螺桿壓縮機(jī)的性能好壞。    轉(zhuǎn)子形線(xiàn)坐標(biāo)數(shù)值的測(cè)量，可利用SCCAD螺桿壓縮機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算軟件，在四坐標(biāo)數(shù)控加工中心上對(duì)該機(jī)轉(zhuǎn)子形線(xiàn)、端面形線(xiàn)、嚙合線(xiàn)進(jìn)行測(cè)量和數(shù)據(jù)記錄，并與在新轉(zhuǎn)子上采取的形線(xiàn)樣板和測(cè)量的原始數(shù)據(jù)對(duì)比，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬確定形線(xiàn)尺寸。    3待熔覆表面預(yù)處理    對(duì)陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子本體表面腐蝕疲勞層、螺旋形面及端面腐蝕部分進(jìn)行清理打磨處理，清除疲勞層

8、根據(jù)尺寸和軸徑表面損傷情況，對(duì)陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子支撐軸徑、同步齒輪軸徑、密封軸徑進(jìn)行粗車(chē)加工。全面無(wú)損探傷檢查及熔覆前的表面潔凈處理。    4激光熔覆專(zhuān)用材料配置    對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）見(jiàn)表1。    根據(jù)機(jī)轉(zhuǎn)子的實(shí)際工況，配置專(zhuān)用激光熔覆金屬粉料。合金粉料與轉(zhuǎn)子原材料相比，具有優(yōu)異的抗氧化性、耐腐蝕性、耐磨性、組織穩(wěn)定性熔覆后具有滿(mǎn)足工件使用要求的機(jī)械性能，與基體材料有較好的結(jié)合強(qiáng)度和理想的金相組織。激光熔覆后的力學(xué)性能比較見(jiàn)表2，金相組織見(jiàn)圖1。    5

9、激光熔覆工藝參數(shù)確定及熔覆加工    根據(jù)上述確定的轉(zhuǎn)子待加工尺寸、專(zhuān)用的激光熔覆金屬粉料，制定熔覆工藝參數(shù)。每層熔覆厚度為0.6mm，熔覆功率1.8kW，激光光斑直徑2.5mm，掃描速度12mm/s，熔覆到要求尺寸并留有足夠的后續(xù)機(jī)械加工余量，全程監(jiān)控抽檢質(zhì)量。    熔覆加工見(jiàn)圖2、圖3。                    6機(jī)械加工

10、60;   由于螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子齒面主要用于壓縮氣體，而不同于一般用于傳輸動(dòng)力的齒輪。主要區(qū)別表現(xiàn)在為獲得高的氣密性，轉(zhuǎn)子形線(xiàn)由多段曲線(xiàn)組成，并且其螺旋齒的齒數(shù)少、螺旋角大、質(zhì)量要求嚴(yán)格。    采用球形銑刀代替?zhèn)鹘y(tǒng)的專(zhuān)用銑刀，把計(jì)算出的形線(xiàn)坐標(biāo)值，輸入四坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床，編寫(xiě)好加工程序，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子形線(xiàn)、轉(zhuǎn)子螺旋形面頂部密封線(xiàn)的加工。陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子兩側(cè)端面密封環(huán)和形面頂部，進(jìn)行車(chē)削加工。對(duì)陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子各軸徑，進(jìn)行車(chē)磨加工在專(zhuān)用工裝架上進(jìn)行陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子螺旋形面的對(duì)研和拋光，確保陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子的工作面與工作面、非工作面與非工作面的間隙分別達(dá)到0.350.4mm。中心距誤差限

11、制在mm。檢查陰轉(zhuǎn)子螺旋形面頂部和陽(yáng)轉(zhuǎn)子螺旋形面凹槽平面的間隙，確定凹槽平面的修復(fù)量。    修復(fù)后的轉(zhuǎn)子見(jiàn)圖4。    7轉(zhuǎn)子檢測(cè)    轉(zhuǎn)子機(jī)械加工完成后，再次對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行幾何尺寸、形位公差、無(wú)損探傷檢測(cè)，并在專(zhuān)用檢驗(yàn)工裝上調(diào)整陰、陽(yáng)螺桿轉(zhuǎn)子的間隙，并作嚙合標(biāo)記，同時(shí)調(diào)整同步齒輪的間隙。在型面檢測(cè)完成后對(duì)螺桿轉(zhuǎn)子進(jìn)行拋光處理。    修復(fù)后軸徑處硬度220250HB，形面處270-300HB。陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子徑向軸承間隙為0.180.23mm，同步齒輪聯(lián)軸節(jié)與軸配合應(yīng)保證過(guò)盈0.0

12、250.03mm。轉(zhuǎn)子的嚙合總間隙：0.70.9mm，單面間隙：0.350.4mm。轉(zhuǎn)子的軸向間隙：進(jìn)口側(cè)間隙1.021.24mm，排口側(cè)間隙0.260.28mm，推力環(huán)間隙0.150.18mm，轉(zhuǎn)子與殼體的間隙0.250.31mm同步齒輪（板隙）0.050.07mm。    8低速動(dòng)平衡    分別進(jìn)行低速動(dòng)平衡，在轉(zhuǎn)子進(jìn)氣端打孔去重校驗(yàn)到標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)平衡精度G2.5級(jí)。為防止以后運(yùn)行過(guò)程中，粉塵再次進(jìn)入去重孔破壞低速動(dòng)平衡，在動(dòng)平衡時(shí)把孔封死。    四、轉(zhuǎn)子修復(fù)前、后綜合效益  

13、60; 1修復(fù)后轉(zhuǎn)子與購(gòu)買(mǎi)不銹鋼轉(zhuǎn)子比較：修復(fù)的轉(zhuǎn)子表面為216mm的金相組織致密的不銹鋼材料，修復(fù)費(fèi)用只需28萬(wàn)元，而購(gòu)買(mǎi)一付不銹鋼轉(zhuǎn)子需150萬(wàn)元，同時(shí)修復(fù)的轉(zhuǎn)子與不銹鋼轉(zhuǎn)子具有同等使用壽命。    2轉(zhuǎn)子修復(fù)前、后的檢修費(fèi)用比較：未修復(fù)的轉(zhuǎn)子每年每臺(tái)車(chē)平均檢修清理8次，每次需人工費(fèi)1.8萬(wàn)元。修復(fù)后的轉(zhuǎn)子間隙小，表面光潔不易沾污垢，減少r清理次數(shù)，每年只須檢修清理一次，每年可節(jié)約檢修費(fèi)用12.6萬(wàn)元。    3該項(xiàng)目每年可創(chuàng)直接經(jīng)濟(jì)效益： 122+12.6=134.6萬(wàn)元    4由于修復(fù)后轉(zhuǎn)子與新轉(zhuǎn)子的設(shè)i十要求相同，提高了設(shè)備工作效率，每天可多做碳分0.5槽計(jì)算折合氧化鋁6t，按目前氧化鋁價(jià)格