一种汽轮机叶片的激光熔覆强化工艺 |
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| 申请号 | CN202410237820.6 | 申请日 | 2024-03-01 | 公开(公告)号 | CN117966154A | 公开(公告)日 | 2024-05-03 |
| 申请人 | 山东镭研激光科技有限公司; | 发明人 | 金硕; 王文涛; 黄腾; 何建群; 李进; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及激光 熔覆技术 领域，具体涉及一种 汽轮机 叶片 的 激光熔覆 强化工艺，包括如下步骤：S1、对汽轮机叶片边缘待强化部位预处理；S2、通过 定位 工装将汽轮机叶片装夹至 机器人 主轴 箱卡盘上；S3、通过机器人与 主 轴箱 联动，示教出机器人激光熔覆头在汽轮机叶片边缘待强化部位的加工轨迹；S4、根据加工轨迹在待强化部位表面激光熔覆一层熔覆涂层；S5、待强化部位激光熔覆完毕后，将汽轮机叶片取下；S6、更换下一个汽轮机叶片，重复以上各步骤，直至批量加工完成。本发明工艺操作简单，且叶片易损部位强化后具有较强的硬度、较高的 耐磨性 以及良好的耐 腐蚀 性，提高了汽轮机叶片的使用寿命，降低了汽轮机叶片更换 频率 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种汽轮机叶片的激光熔覆强化工艺，其特征在于，包括如下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种汽轮机叶片的激光熔覆强化工艺技术领域背景技术[0003] 随着电站汽轮机大容量化，汽轮机叶片的安全可靠性和保持其高效率愈显得重要，即使汽轮机叶片发生轻微的损伤，所引起的汽轮机和整台火电机组的热经济性和安全可靠性的降低也是不容忽视的。如果叶片发生断裂，其后果是：轻的引起机组振动、通流部分动、静摩擦，同时损失效率；严重的会引起强迫停机，有时为更换叶片或修理被损坏的转子、静子需要几周到几个月时间；在某些情况下由于叶片损坏没有及时发现或及时处理，引起事故扩大至整台机组或由于末级叶片断裂引起机组不平衡振动，可能导致整台机组毁坏，造成巨大经济损失。 [0004] 故而减少汽轮机叶片的更换，使得每片叶片能够服役更长的时间，将显著的提高汽轮机的工作效率，节约人力物力成本，所以一种对汽轮机叶片边缘表面耐磨耐腐蚀强化的激光熔覆工艺应运而生。 发明内容[0005] 针对汽轮机叶片边缘强度低等技术问题，本发明提供一种汽轮机叶片的激光熔覆强化工艺，工艺操作简单，且叶片易损部位强化后具有较强的硬度、较高的耐磨性以及良好的耐腐蚀性，提高了汽轮机叶片的使用寿命，降低了汽轮机叶片更换频率。 [0006] 本发明提供一种汽轮机叶片的激光熔覆强化工艺，包括如下步骤： [0007] S1、对汽轮机叶片边缘待强化部位预处理； [0010] S4、根据加工轨迹在待强化部位表面激光熔覆一层熔覆涂层； [0011] S5、待强化部位激光熔覆完毕后，将汽轮机叶片取下； [0012] S6、更换下一个汽轮机叶片，重复以上各步骤，直至批量加工完成。 [0013] 进一步的，步骤S1中，对汽轮机叶片边缘待强化部位预处理的方法包括： [0014] S11、用磨抛机去除汽轮机叶片边缘的附着物； [0015] S12、去除汽轮机叶片表面的污渍。 [0016] 进一步的，步骤S2中，定位工装包括： [0017] 轴部，呈圆柱形状，用于被夹持于卡盘上； [0018] 定位圆盘，固定于轴部端部； [0019] 第一定位销及第二定位销，均固定于定位圆盘表面边缘处，第一定位销及第二定位销端部均设有“工”形缺口，两个“工”形缺口分别插接有第一定位插销、第二定位插销，第一定位插销、第二定位插销分别设有第一定位螺杆及第二定位螺杆，第一定位螺杆及第二定位螺杆用于顶紧汽轮机叶片根部； [0020] 定位杆，固定于定位圆盘表面边缘处，用于对汽轮机叶片尾部的限位。 [0021] 定位工装的作用在于，将汽轮机叶片装夹固定到主轴箱的卡盘上，保证批量生产时的定位精度，即每次更换汽轮机叶片可以直接运行机器人加工的固定程序。 [0022] 进一步的，定位圆盘表面中心处设有凸台，用于装入汽轮机叶片根部内腔。 [0023] 进一步的，步骤S3的具体方法为，通过七轴联动机器人协调主轴旋转，采用直线线段的方式，根据汽轮机叶片边缘的弧度变化，示教出汽轮机叶片边缘的途径点，获得加工轨迹。 [0024] 进一步的，步骤S4中，激光熔覆工艺参数为，激光功率为3200W，光斑尺寸为12*2mm矩形光斑，光斑焦距为400mm，矩形同轴气动送粉的粉距为17mm，机器人运行速度为38cm/min，保护气体为Ar，气体流速为6.5L/min，激光头与叶片表面呈90°角，送粉量为3.0r/min。其中12*2mm光斑红光的长度是12mm，实际熔覆出的宽度略窄约为11mm，所以在示教边缘点位时，要注意叶片边缘的实际熔覆情况，避免出现叶片边缘烧蚀或熔覆不饱满。 [0025] 进一步的，步骤S4中，熔覆涂层材料采用铁基合金粉末，铁基合金粉末包括如下重量百分数的成分：Cr 14.5％，Ni 1.28％，Mo 0.089％，Mn 1.87％，W 6.5％，余量为Fe及不可避免的杂质；铁基合金粉末粒度为270～400目，平均硬度为57～60HRC。考虑到汽轮机叶片本体的产品附加值以及加工周期，故而熔覆的粉末选取的是成本较低、硬度高、性能稳定的高强度铁基合金材料，配合6.5％ W比例的耐磨成分，实现汽轮机叶片的耐磨耐腐蚀强化。 [0026] 本发明在汽轮机叶片待强化部位进行激光熔覆强化，使得汽轮机叶片正反两面的边缘，均有一定厚度的熔覆涂层(单边约1mm)，且叶片的边缘不出现刃烧蚀或者边缘无熔覆层的现象，在上述工艺参数下的熔覆层厚度和粉末成分配比，既能保证涂层的硬度(57～60HRC)和耐磨性，又有一定的耐腐蚀性能。 [0027] 本发明针对汽轮机叶片易磨损易腐蚀区域的形状，对叶片强化区域的宽度设计成正反距边缘45mm(约4道宽光斑红光的宽度)。这样的宽度既保证强化效果，又节省粉末材料，提高熔覆生产的效率与加工成本。 [0028] 进一步的，步骤S6中，更换汽轮机叶片时，如与上一汽轮机叶片尺寸存在偏差，需结合定位工装，调整机器人偏移数据。原因在于，由于汽轮机叶片批量铸造加工，且磨抛精度略有差别，不同汽轮机叶片之间尺寸存在偏差，通过调试出适合此套汽轮机叶片的机器人偏移数据，实现批量循环加工。 [0029] 本发明的有益效果在于， [0030] (1)本发明通过机器人与主轴箱的七轴联动，激光熔覆头的行走路线和角度能够跟随叶片的边缘弧度变化，实现柔性加工动作。同时配合辅助装夹定位工装，将汽轮机叶片装夹到主轴箱的卡盘上，保证批量生产时的定位精度，即每次更换汽轮机叶片可以直接运行加工轨迹固定程序，实现批量化的叶片产品加工。 [0031] (2)本发明同轴宽光斑气动熔覆头宽度可达12*2mm，喷嘴易维护，送粉效果稳定，加工效率比圆光斑高，实现条状熔覆层的加工，特别适合汽轮机叶片边缘平面的强化，稳定的节拍可至加工1.5件/小时。附图说明 [0032] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0033] 图1是本发明具体实施方式工艺流程图。 [0034] 图2是本发明具体实施方式定位工装结构示意图。 [0035] 图3是本发明具体实施方式定位工装去除定位插销结构示意图。 [0036] 图4是本发明具体实施方式定位工装装夹结构示意图。 [0037] 图5是本发明具体实施方式本发明具体实施方式定位工装装夹实物图。 [0038] 图6是本发明具体实施方式七轴联动机器人设备加工汽轮机叶片状态图。 [0039] 图7是本发明具体实施方式所得汽轮机叶片成品以及熔覆区域细节形貌图。 [0040] 图8是本发明具体实施方式汽轮机叶片激光熔覆加工后外观图。 [0041] 图中：100‑定位圆盘，101‑轴部，102‑凸台，103‑第一定位销，104‑第二定位销，105‑定位杆，200‑第一定位插销，300‑第一定位螺杆，400‑第二定位螺杆，500‑第二定位插销，600‑汽轮机叶片本体。 具体实施方式[0042] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。 [0043] 实施例1 [0044] 如图1，本发明提供了一种汽轮机叶片的激光熔覆强化工艺，包括如下步骤： [0045] Step1：将汽轮机叶片边缘待强化部位进行清洁预处理，本发明提出强化前需要清洁的必要性，叶片表面锈蚀和污渍较多，依次用磨抛机去除表面锈蚀等附着物后，再用工业酒精或工业除油剂去除污渍、油渍等，从而减少铁锈、淬火油、污渍等对熔覆层成型以及下保护镜片照成影响； [0046] Step2：由于汽轮机叶片批量铸造且磨抛精度略有差别，本发明通过定位工装将汽轮机叶片装夹至机器人主轴箱卡盘上，结合定位工装进行夹持，调试出适合此套叶片的机器人偏移数据，实现批量循环加工。需要注意的是，宽光斑熔覆头的角度要尽量满足叶片边缘的弧度，并保持一定的焦距。根据叶片角度和位置的变化，合理设定相邻点位的距离和主轴的旋转角度。同时将正反两面的叶片程序单独设置，方便修改设定，且当叶片大幅度旋转时，注意熔覆头的姿态避免发生碰撞； [0047] 如图2、图3，示出了定位工装的结构，包括： [0048] 轴部101，呈圆柱形状，用于被夹持于主轴箱四爪卡盘上； [0049] 定位圆盘100，固定于轴部101端部； [0050] 第一定位销103及第二定位销104，均固定于定位圆盘100表面边缘处，第一定位销103及第二定位销104端部均设有“工”形缺口，两个“工”形缺口分别插接有第一定位插销 200、第二定位插销500，第一定位插销200、第二定位插销500分别设有第一定位螺杆300及第二定位螺杆400，第一定位螺杆300及第二定位螺杆400用于顶紧汽轮机叶片根部固定； [0051] 定位杆105，固定于定位圆盘100表面边缘处，用于对汽轮机叶片尾部的限位； [0052] 定位圆盘100表面中心处设有凸台102，用于装入汽轮机叶片根部内腔； [0053] 采用定位工装对汽轮机叶片装夹外观如图4所示，装夹过程如下：用主轴箱卡盘装夹轴部101位置，将汽轮机叶片本体600放平，根部内腔推入凸台102，将汽轮机叶片本体600的一侧缓慢旋转至尾部边缘与定位杆105接触，将第一定位插销200、第二定位插销500分别插入第一定位销103及第二定位销104的“工”形缺口，并将第一定位螺杆300及第二定位螺杆400分别拧入第一定位插销200、第二定位插销500螺孔位置后，旋转顶紧汽轮机叶片本体600根部，通过机器人示教器控制主轴箱缓慢转动，叶片装夹牢固，无晃动错位，图5示出了定位工装装夹后的实物图； [0054] Step3：定位工装装夹后，通过七轴联动机器人协调主轴旋转，采用直线线段的方式，根据汽轮机叶片边缘的弧度变化，示教出汽轮机叶片边缘的途径点，进行汽轮机叶片边缘待强化部位机器人逻辑程序示教编辑，获得加工轨迹；调整宽光斑的光斑焦距约400mm，矩形同轴气动送粉的粉距约17mm。其中12*2mm光斑红光的长度是12mm，实际熔覆出的宽度略窄约11mm，所以在示教边缘点位时，要注意叶片边缘的实际熔覆情况，避免出现边缘熔覆不饱满缺失的现象。当出现叶片边缘烧蚀或者轨迹有偏差时，需要及时调整初始的示教点位以及偏移公差数值。七轴联动机器人设备加工汽轮机叶片状态如图6所示； [0055] Step4：根据加工轨迹在待强化部位表面激光熔覆一层熔覆涂层，激光熔覆工艺参数为，激光功率为3200W，光斑尺寸为12*2mm矩形光斑，机器人运行速度为38cm/min，保护气体为Ar，气体流速为6.5L/min，激光头与叶片表面呈90°角，送粉量为3.0r/min；耐磨层材料采用铁基合金粉末，包括如下重量百分数的成分：Cr 14.5％，Ni 1.28％，Mo 0.089％，Mn 1.87％，W 6.5％，余量为Fe及不可避免的杂质；铁基合金粉末粒度为270～400目，平均硬度为57～60HRC；批量熔覆加工汽轮机叶片成品以及熔覆区域细节形貌如图7所示，可见对叶片强化区域的宽度为距边缘45mm(约4道宽光斑红光的宽度，为4条条状熔覆层)，这样的宽度既保证强化效果，又节省粉末材料，提高熔覆生产的效率与加工成本； [0056] Step5：批量加工，更换汽轮机叶片时，如与上一汽轮机叶片尺寸存在偏差，需结合定位工装，调整机器人偏移数据，通过调试出适合此套汽轮机叶片的机器人偏移数据，实现批量循环加工；更换叶片后，手动检测第一个点位，快速验证程序和叶片的装夹效果，避免出现碰撞等生产事故； [0057] Step6：强化加工后，汽轮机叶片边缘熔覆层外观无气孔，形态饱满，熔覆面光滑，测试强化区域表面硬度，超声波硬度计测试57～60HRC。叶片边缘尺寸单边1mm+，总体边缘尺寸厚度增加2mm以上。本发明可获得稳定的节拍可至加工1.5件/小时。汽轮机叶片激光熔覆加工后外观如图8所示。 [0058] 尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。 |
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