一種煤化工球閥球體耐沖蝕表層的激光制備方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于激光加工技術(shù)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(shù)】
[0002]球閥是煤化工行業(yè)當中使用數(shù)量較多的介質(zhì)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。
[0003]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(huán)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(shù)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(jié)合力低，耐沖蝕性能差。激光熔覆WC涂層結(jié)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(qū)域由于無法散熱，造成碳化鎢過熱，引起涂層開裂。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)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(nèi)孔預留尺寸，避免激光熔覆球體邊緣區(qū)域，同時優(yōu)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(fā)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。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的。
[0006]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(nèi)孔進行加工,對于球體內(nèi)孔尺寸進行預留,球體內(nèi)孔直徑比球體內(nèi)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300~50(TC，加熱升溫速度不超過100°C /h，達到設置溫度后進行保溫，保溫時間2~3h ；
(4)根據(jù)球體尺寸對激光熔覆過程中的熔覆軌跡進行規(guī)劃，起始點位于球體的預留區(qū)，所述激光熔覆過程中的熔覆軌跡規(guī)劃為球體繞內(nèi)孔中心軸線旋轉(zhuǎn)，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鶴基合金,所述鶴基合金元素成分按質(zhì)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(cè)向噴入激光熔池中，同時在激光熔覆過程中向激光熔覆區(qū)域吹入保護氣體，防止激光熔覆區(qū)域被氧化，其中，所述激光功率密度為4.6-6.lkW/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(jīng)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20(TC，保溫時間大于2小時，保溫后自然冷卻；
(8)對經(jīng)步驟(7)保溫緩冷處理后的球體進行球面磨削與內(nèi)孔加工至最終尺寸，即可。
[0007]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(302激光器。
[0008]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。
[0009]本發(fā)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，能夠有效提提聞球閥球體的使用壽命。
【附圖說明】
[0010]圖1為球閥球體內(nèi)孔預留尺寸示意圖。
【具體實施方式】
[0011]以下通過具體實施例對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細的說明。
[0012]實施例一:
本發(fā)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I內(nèi)孔進行加工，對于球體內(nèi)孔尺寸進行預留，如圖1所示，球體內(nèi)孔最終直徑尺寸為d2=180mm，在激光熔覆前球體內(nèi)孔直徑加工至dl=160mm ；
(2)對球體表面進行丙酮清洗與噴砂處理；
(3)將待處理球體放入烘箱，對球體進行預熱，預熱溫度控制為400°C，加熱升溫速度為80°C /h，達到設置溫度后進行保溫，保溫時間2.5h ；
(4)根據(jù)球體尺寸對激光熔覆過程中的熔覆軌跡進行規(guī)劃，起始點位于球體的預留區(qū)，所述激光熔覆過程中的熔覆軌跡規(guī)劃為軌:球體繞內(nèi)孔中心軸線旋轉(zhuǎn)，根據(jù)球體激光作用位置的直徑，設置球體旋轉(zhuǎn)速度，球體旋轉(zhuǎn)速度=直徑X 3.14/激光光斑相對于球體表面線速度，保證激光光斑相對于球體表面線速度在2-5mm/s，同時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，運動速度為搭接量/球體每轉(zhuǎn)一圈所用時間；
(5)配置復合材料粉末,所述復合材料粉末為鶴基合金,所述鶴基合金元素成分按質(zhì)量百分比計為:C:3%, Cr:10%, Ni:20%,Fe:5%,Co:5%,Nb:2%,Si:2%,T1:1.5%, B:1 %，W:50.5% ；
(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(cè)向噴入激光熔池中，同時在激光熔覆過程中向激光熔覆區(qū)域吹入保護氣體，防止激光熔覆區(qū)域被氧化，其中，所述激光功率密度為5.1 kW/cm2、加工頭相對球體線速度為2m/s、離焦量為-30mm、送粉量為15g/min、搭接量為3mm ；
(7 )對經(jīng)過步驟(6 )激光熔覆后的球體進行保溫緩冷處理，緩冷溫度為200 V，保溫5小時，保溫后自然冷卻； (8)對經(jīng)步驟(7)保溫緩冷處理后的球體進行球面磨削與內(nèi)孔加工至最終尺寸，即可。
[0013]對加工后的球閥球體進行著色探傷，制得表層不允許出現(xiàn)裂紋、氣孔，且熔敷表面平整。
[0014]本實施例所制備的球閥球體的熔覆層無氣孔、無裂紋等缺陷，熔敷層與基體的界面處為冶金結(jié)合，球體耐沖蝕層中的碳化鎢呈球狀均勻分布，碳化鎢顆粒所占比例為
52.5%，強化層的顯微硬度為979.9HV，厚度1.8mm，特別適用于煤化工中的球閥球體強化，使得球閥球體的服役壽命增加。
[0015]實施例二:
本發(fā)明針對半徑80mm的304不銹鋼球閥球體，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I內(nèi)孔進行加工，對于球體內(nèi)孔尺寸進行預留，如圖1所示，球體內(nèi)孔最終直徑尺寸為d2=102mm，在激光熔覆前球體內(nèi)孔直徑加工至dl= 80 mm；
(2)對球體表面進行丙酮清洗與噴砂處理；
(3)將待處理球體放入烘箱，對球體進行預熱，預熱溫度控制為450°C，加熱升溫速度為50 °C/h，達到設置溫度后進行保溫，保溫時間2 h；
(4)根據(jù)球體尺寸對激光熔覆過程中的熔覆軌跡進行規(guī)劃，起始點位于球體的預留區(qū)，所述激光熔覆過程中的熔覆軌跡規(guī)劃為軌:球體繞內(nèi)孔中心軸線旋轉(zhuǎn)，根據(jù)球體激光作用位置的直徑，設置球體旋轉(zhuǎn)速度，球體旋