[發明專利]一種高性能汽輪機鍋爐管的激光熔覆制造工藝

無效

• 申請號: 201310219656.8
• 申請日: 2013-06-05
• 公開（公告）號: CN103469199A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 陶興啟;孫桂芳;黃旭東
• 申請（專利權）人: 武漢團結點金激光科技有限公司
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明涉及激光熔覆領域，具體為一種高性能汽輪機鍋爐管的激光熔覆制造工藝。?

背景技術

在火力發電廠中，鍋爐是三大動力設備之一，是一種產生熱交換的設備，它的主要作用是將燃料燃燒釋放出的熱能來加熱鍋爐給水，以產生具有一定的壓力和溫度的優良品質蒸汽，送到汽輪機做功。水冷壁管、再熱器管、過熱器管、省煤器管，簡稱鍋爐“四管”，是鍋爐的心臟部位。?

鍋爐管的工作溫度不一樣，非受熱面鍋爐管（如水冷壁管，省煤器管）工作溫度較低，受熱面鍋爐管（如蒸汽導熱管或過熱器管）的工作溫度較高，某些高溫高壓鍋爐的溫度可達600℃左右。鍋爐“四管”表面磨蝕形式主要是由高溫氧化和煙氣中硫化氫等介質腐蝕形成的高溫腐蝕、以及煙氣流與灰粉顆粒形成的沖刷磨損。電站鍋爐水冷壁區域高溫腐蝕是燃煤發電廠普遍存在的問題，也是影響電力安全生產的主要因素之一。高溫腐蝕即金屬高溫受熱面在高溫煙氣環境下在管壁溫度較高處所發生的煙氣側金屬腐蝕，腐蝕可使水冷壁壁厚減薄，強度降低，容易造成爆管、泄漏等事故。?

鍋爐管失效形式有焊縫泄漏、短期超溫爆管、長期超溫爆管、管內氧腐蝕（腐蝕疲勞）、垢下腐蝕（塑性、脆性）、高溫腐蝕、應力腐蝕、熱疲勞等，導致機組發生非計劃停運，嚴重影響火電機組運行的安全性、經濟性以及整個電網的安全生產和調度。其主要失效方式是爆裂，它是由蠕變斷裂引起的，因此鍋爐管的材料應具有足夠高的持久強度，蠕變斷裂塑性及蠕變極限。高壓鍋爐管用鋼是一種應用高溫、高壓鍋爐領域的關鍵裝備，因其長期在高溫、高壓下工作，收到爐水、燃氣、應力等的作用，因此要求鋼的質量在高溫區域內具有較高的持久強度，較高的蠕變強度和較好的抗蒸汽、氫、堿等腐蝕以及抗氧化性能。目前我國高壓鍋爐管用鋼主要是使用熱軋圓坯，很少使用連鑄圓坯。與熱軋圓坯相比，連鑄圓坯具有工藝簡單、成材率高、能耗低等明顯的優勢，是高壓鍋爐管用鋼的發展方向。目前國內生產連鑄圓坯基本上采用的是電爐煉鋼。?

低碳鋼管（20A）只能用于工作溫度低于450℃的非受熱面管，而12Cr1MoV的工作溫度可以高于580℃。如果蒸汽的工作溫度超過580℃甚至600℃，則必須選用更高級的材料，如12Cr3MoVSiTiB或奧氏體耐熱鋼Cr17Ni13W。這會使材料的價格大大提高，鍋爐管的消耗是很大的，所以在經濟上很不合算。因此目前在設計大容量鍋爐時多趨向于把蒸汽溫度降到540℃左右，盡管工作溫度高可以提高熱效率，但從總的經濟性考慮，采用廉價的耐熱鋼更合理些，這是選材的經濟性限制機械裝置效率的一個很典型的例子。?

表面強化技術可以在不限制鍋爐工作溫度的前提下，提高鍋爐管的使用壽命。方法之一是表面噴涂保護技術，鍋爐“四管”表面的噴涂預保護技術的研究和應用，被列入國家“八五”規劃重大科技推廣項目熱噴涂技術的重要內容之一，它解決了電站鍋爐長期存在的技術難題。對于高溫腐蝕多發生在水冷壁管，采用超音速電弧噴涂工藝制備涂層，使用高鉻合金絲（FeCrAl）涂層結合強度50Mpa，涂層厚度0.4?mm?左右，涂層硬度330?HV，具有較好的防腐性能，涂層壽命4年左右,材料價格適中，目前多采用這類材料。?

但是熱噴涂的涂層和基體結合強度低，而且涂層厚度有限，其中存在孔隙和殘余應力，韌性差，切削加工性較差。另外熱噴涂熱效率低，材料利用率低，而且在操作過程中存在一些危害因素。?

發明內容

本發明所解決的技術問題在于提供一種高性能汽輪機鍋爐管的激光熔覆制造工藝，以解決上述背景技術中提出的問題。?

本發明所解決的技術問題采用以下技術方案來實現：?

一種高性能汽輪機鍋爐管的激光熔覆制造工藝，包括以下工藝步驟：

（1）汽輪機鍋爐管表面預處理；室溫下對汽輪機鍋爐管表面進行除油、除銹，并用酒精清洗干凈，采用著色探傷法對其進行檢驗，要求表面無裂紋、氣孔、雜質；

（2）合金粉末的選擇和自動送粉裝置的調節；選用與基體冶金相容性良好的鈷基合金粉末，調節自動送粉裝置，使自動送粉頭出來的合金粉末正好落在激光熔池內，調節送粉量，使合金粉末涂層的厚度達到0.8～2mm；

（3）光束調節；選用10*1mm寬帶積分鏡，并調節離焦量使聚焦激光光斑為矩形，光斑尺寸長*寬=（8～10）*（1～1.5）mm；

（4）耐磨涂層激光熔覆；選用二氧化碳激光器、數控激光加工機，采用同步送粉裝置將合金粉末自動送入激光熔池，在汽輪機鍋爐管表面形成均勻致密的激光熔覆層；

（5）熔覆后探傷檢驗；用著色探傷法對汽輪機鍋爐管表面加工部位進行檢驗，要求加工部位無裂紋、氣孔。