激光熔覆修复唐钢动力厂阀门现代化技术研发

摘 要 本文介绍了唐钢动力厂阀门的激光熔覆修复技术，使阀门密封面达到耐磨、耐蚀、耐高温、耐冲击的目的。同时阐述了激光熔覆的特点及应用效果。

关键词 激光熔覆；阀门；耐磨；耐蚀；耐高温；耐冲击

前言

在工业领域有大量的阀门磨损等待修复，如高温高压电站阀、核工业阀门、长输管线阀门、井口阀、石油化工阀门等，其工作条件十分恶劣，有的工作压力高达42.0Mpa，有的工作温度高达540℃以上，有的要求开启10万次密封面不损坏，有的阀门要求使用30年密封面不泄漏，这样苛刻的要求，不是普通材料和一般工艺所能解决的。因此，一些工业达国家在阀门密封面的堆焊材料、焊接工艺、焊接设备方面进行了大量的试验研究，部分阀门密封面受空间限制传统修复存在很大的难度，半导体激光熔覆可以克服空间限制，完成阀门密封面修复。而且激光熔覆与传统的焊补相比：①消除了传统补焊所产生的应力集中易产生裂纹；②避免了补焊产生的气孔夹渣等二次缺陷；③熔覆修复工件变形量小。④采用特殊合金材料与密封面达到完全冶金结合大大提高阀门使用寿命。

1 激光熔覆修复阀门工艺过程

1.1 阀门修复前状态

唐钢动力厂煤气控制闸阀由于使用频繁导致闸阀密封面与阀座磨损配合不严，导致闸阀在关闭时漏气，存在极大的安全隐患。所以动力厂决定关闭上游阀门将该阀门更换。同时检查其他管路控制阀门是否有类似情况，发现有类似情况一并更换。经检查发现大量控制阀门需要更换，同时考虑到大批量购置新品一次性成本投入较大，最终决定修复后重复使用。

1.2 拆解、检测

首先将待修复阀门进行拆解检测，经检测发现阀门密封面磨损0.4～0.6mm，阀座磨损0.8～1.1mm。失效原因是阀门密封面与阀座磨损，导致在关闭阀门时阀座与阀门密封面配合不严。

1.3 激光熔覆恢复尺寸

如图1所示该阀门法兰内孔直径为∮100，并且阀门密封面深度为200mm。由于空间限制则无法进行手工补焊，如果采用激光熔覆修复同轴送粉或旁路送粉都无法顺利地进行修复。最后经研究决定采用内部预制粉进行激光熔覆。

由于该阀门为球磨铸铁材质，修复工作开始之前先对修复位置进行表面打磨除锈处理，同时我们对粉末以及加工工艺进行了深入研究。采用Dilas 3KW半导体激光器作为光源，光斑尺寸3×3mm，同时利用ABB六轴机器人负责运行程序。采用Co2F型号粉末，颗粒大小200-300目，球墨铸铁作为基材。为保证足够的加工余量，决定熔覆层采用1/2的搭接率，扫描速度20mm/s，输出功率2200W。此外，由于控制阀门实体较小，在熔覆程中的温度梯度会有较大变化，为避免裂纹的滋生，对控制阀门进行了预热、保温和缓冷。最终得到熔覆层的表面没有明显裂纹和孔洞形成，整体均匀平滑，色泽光亮。经测量熔覆层的厚度1.1mm。如图3所示。

同时对阀座采用同轴送粉方式进行激光熔覆，输出功率1800W，光斑尺寸3×3mm，熔覆速度10mm/s，送粉量40mg/m。由于密封面磨损量较大，而且存在局部划伤，如图2所示。所以要对先对阀座密封面进行打磨除锈处理，然后用铁基粉316L进行局部填充及打底过渡处理。过渡层采用1/3的搭接率，熔覆厚度0.5mm，面层采用Co2F型号粉末熔覆层1/2的搭接率，熔覆厚度1.1mm。由于控制阀座实体较小，在熔覆程中的温度梯度会有较大变化，为避免裂纹的滋生，对控制阀座进行了预热、保温和缓冷。最终得到熔覆层的表面没有明显裂纹和孔洞形成，整体均匀平滑，色泽光亮。经测量熔覆层的厚度1.6mm。如图4所示。

1.4 密封面加工、研磨

按照图纸标注尺寸使用铣床加工密封面，加工后表面粗糙度1.6μm。经渗透探伤检验无裂纹、气孔、夹渣等缺陷。表面检验后对密封面进行研磨处理，分别采用6000#、8000#、10000#、14000#研磨膏进行由粗到细研磨。研磨后分别用水及压缩空气进行打压试验，试验压力为6MP。经过多次试验确认密封无误后进行现场试用。在使用期间利用煤气报警器进行定期检测。

2 激光熔覆的特点

由此看出，激光熔覆技术在控制阀门密封面的强化上具有极大的潜在优势，在这一领域若形成强化或修复技术标准，对阀门以及激光熔覆技术都是具有很大的意义。通过激光熔覆的方法进行表面的强化或者修复，面对不同的零部件，根据工况条件的需要，整个熔覆的工艺过程中所受到的影响因素比较复杂，除主要参数激光功率、扫描速度、搭接率以及送粉率之外，由于本文中所采用预制粉和同轴送粉两种熔覆方式，粉末的聚焦点和光斑之间的位置关系对熔覆层的成形以及粉末的利用率也具有一定的影响，其次所采用的粉末与基材间的互溶比、粉末的粒度、基材的表面加工状态等，在整个工艺过程中各个因素间的相互作用机制，关系到整个熔覆层的成形质量。

此外，激光熔覆技术是利用激光照射將基体与填充材料同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低并与基体材料成冶金结合的表面涂层。激光熔覆修复的零部件变形小；基材与熔覆材料为冶金结合，结合强度高；熔覆层可达到无气孔、疏松、夹杂、裂纹等缺陷；可根据零部件工况情况，设计配置特定性能的特殊材料，具有很强的灵活性；由于可以再零部件的关键部位进行熔覆修复，因此可以节约大量贵金属材料。从而显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、 抗氧化性等特性。

3 应用效果

我们对修复后的控制阀门进行了现场使用跟踪。对统计数据进行对比分析，发现控制阀门经激光熔覆修复后使用寿命比未经处理阀门使用寿命提高了4～5倍。修复费用低，仅为阀门价格的30%，而且修复效率高，仅对其重点部位进行局部强化，不但节省修复成本，而且提高了产品的使用寿命。通过稳定的使用效果和较长的使用寿命，该修复方案得到了用户的一致认可。

4 结束语

目前，我们对激光熔覆修复阀门工艺进行不断地改进和完善。同时对不同使用环境的阀门制定相对应的成套修复工艺。激光熔覆与堆焊、喷涂、电镀相比具有稀释度小、组织致密、硬度更高、耐磨耐腐蚀性、耐冲击更好的特点。因此激光熔覆技术在阀门修复和再制造领域的应用前景十分广阔。