[發明專利]一種煤化工球閥球體耐沖蝕表層的激光制備方法

在審

• 申請號: 201410769479.5
• 申請日: 2014-12-15
• 公開（公告）號: CN104593766A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發明（設計）人: 趙樹森;周春陽;陳峰;成中庚;段韌;張已亮;陶晨光;葉韻蕾
• 申請（專利權）人: 江蘇中科大港激光科技有限公司
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;B22F1/00;C22C27/04
• 代理公司: 上海海頌知識產權代理事務所(普通合伙) 31258
• 代理人: 季萍

技術領域

本發明屬于激光加工技術領域，特別涉及一種煤化工球閥球體耐沖蝕表層的激光制備方法。

背景技術

球閥是煤化工行業當中使用數量較多的介質輸送控制設備，是煤制油設備備安全運行過程中必不可少的重要組成部分。

煤化工使用的球閥承受高溫、高壓以及高速固氣兩相流沖蝕，工況環境極其惡劣，這就對球閥材料和制造工藝提出了十分嚴格的要求，特別是球閥球體，其表面硬度需達HRC65?且耐沖蝕性能要好。僅依靠球閥本體材料難以滿足使用需求，必須在球閥球體表面制備一層耐磨、耐腐蝕、耐沖蝕涂層。目前，能夠滿足這種特殊需求的涂層材料通常是碳化鎢（WC）涂層，碳化鎢涂層的制備技術主要有噴焊、超音速噴涂、等離子噴涂和激光熔覆等。采用噴焊、噴涂手段制得的球體表層往往硬度不高，表層與球體基材結合力低，耐沖蝕性能差。激光熔覆WC涂層結合強度高，但開裂傾向大，尤其是在球面上激光熔覆WC材料，在邊緣區域由于無法散熱，造成碳化鎢過熱，引起涂層開裂。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的缺陷，提供一種煤化工球閥球體耐沖蝕表層的激光制備方法，采用閥門球體內孔預留尺寸，避免激光熔覆球體邊緣區域，同時優化涂層元素配比，減小涂層激光熔覆過程的開裂傾向，采用本發明工藝制備出的球閥球體耐沖蝕強化層能夠滿足耐磨、耐腐蝕等需求，且涂層無缺陷。

本發明是通過以下技術方案予以實現的。

一種煤化工球閥球體耐沖蝕表層的激光制備方法，其制備方法如下：

（1）??????????????????對球閥球體內孔進行加工，對于球體內孔尺寸進行預留，球體內孔直徑比球體內孔最終直徑大20~30mm；

（2）??????????????????對球體表面進行清洗與噴砂處理；

（3）??????????????????將待處理球體放入烘箱，對球體進行預熱，預熱溫度控制在300~500℃，加熱升溫速度不超過100℃/h，達到設置溫度后進行保溫，保溫時間2~3h；

（4）??????????????????根據球體尺寸對激光熔覆過程中的熔覆軌跡進行規劃，起始點位于球體的預留區，所述激光熔覆過程中的熔覆軌跡規劃為球體繞內孔中心軸線旋轉，激光加工頭沿球面作圓弧運動，并保證加工頭始終垂直于球面；

（5）??????????????????配置復合材料粉末，所述復合材料粉末為鎢基合金，所述鎢基合金元素成分按質量百分比計為：C：3~5%，Cr：8~12%，Ni：20~24%，Fe：4-6%，Co：4-6%，Nb：1~3%，Si：1~3%，Ti：1~2%，B：0.5~1%，?W：余量；

（6）??????????????????通過激光器對球體進行激光熔覆，激光熔覆過程中，將復合材料粉末側向噴入激光熔池中，同時在激光熔覆過程中向激光熔覆區域吹入保護氣體，防止激光熔覆區域被氧化，其中，所述激光功率密度為4.6~6.1kW/cm²、加工頭相對球體線速度為2~5m/s、離焦量為-30~+30mm、送粉量為10~20g/min、搭接量為2.8~3.5mm；

（7）??????????????????對經過步驟（6）激光熔覆后的球體進行保溫緩冷處理，緩冷溫度不超過200℃，保溫時間大于2小時，保溫后自然冷卻；

（8）??????????????????對經步驟（7）保溫緩冷處理后的球體進行球面磨削與內孔加工至最終尺寸，即可。

上述一種煤化工球閥球體耐沖蝕表層的激光制備方法，其中，所述激光器為固體激光器或者CO₂激光器。

上述一種煤化工球閥球體耐沖蝕表層的激光制備方法，其中，所述保護氣體為氬氣。

本發明的有意效果為：本方法可以提高球閥球體表面硬度、耐沖蝕性的激光制備方法，能夠有效提提高球閥球體的使用壽命。

附圖說明

圖1為球閥球體內孔預留尺寸示意圖。

具體實施方式

以下通過具體實施例對本發明的具體實施方式作進一步詳細的說明。

實施例一：

本發明針對半徑190mm的Inconel?718球閥球體，提供一種特種閥門球體表面耐沖蝕強化層的激光制備方法，包括如下步驟：

（1）對球閥球體1內孔進行加工，對于球體內孔尺寸進行預留，如圖1所示，球體內孔最終直徑尺寸為d2=180mm，在激光熔覆前球體內孔直徑加工至d1=160mm；

（2）對球體表面進行丙酮清洗與噴砂處理；