[发明专利]泵类壳体及叶片微细裂纹激光强化延寿方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光加工应用技术领域，特指一种激光熔覆冲击复合处理技术延长泵类壳体及叶片寿命方法，尤其适用于表面有微细裂纹的泵类壳体及叶片。

背景技术

激光熔覆是将具有特殊使用性能的材料用激光加热溶化涂覆在基体材料表面，获得与基体形成良好冶金结合和使用性能的涂层。激光熔覆可在材料表面制备耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化、抗疲劳的涂层，可以在较低成本的条件下，显著提高材料的表面性能，扩大其适用范围和领域，延长其使用寿命。

激光冲击强化（LSP）是一种利用激光冲击波对材料表面进行改性，提高材料的抗疲劳、磨损和应力腐蚀等性能的技术。其原理是高能量短脉冲激光诱导的冲击波与材料相互作用，在金属材料表面形成塑性变形层,产生孪晶等晶体并形成极细小的位错亚结构，使材料表层形成很大的残余压应力，从而使金属材料的疲劳强度、硬度等性能得以提高，尤其是疲劳寿命。这一技术已在航空、船舶、机械工程、微电子等各行各业中得到了广泛应用，目前该技术主要用于材料改性、金属冲击强化和成形，以及无损检测等方面。

进入21世纪，保护地球环境、构建循环经济和保持社会可持续发展已成为世界各国共同关心的话题。目前大力提倡的循环经济模式是追求更大经济效益、更少资源消耗、更低环境污染的一种先进经济模式。所以产品的修复问题和延长使用寿命问题变的至关重要。

在实际生产应用中，泵类壳体在铸造、运输和运行等过程中，有可能产生微细裂纹，甚至局部损坏，叶片在运行一段时间后，由于在扭矩的长期作用下或铸造时在气孔、砂眼等在外部应力的作用下，也可能造成微细裂纹的产生。这些微细裂纹会给产品的安全运行带来很大威胁，因此对易产生裂纹部位进行无损探伤检查，及时处理缺陷、消除事故隐患十分必要。目前用于修复泵类壳体及叶片裂纹的方法有氩弧焊、等离子喷涂、等离子电弧焊、钨极惰性气体保护焊和激光熔覆等方法。氩弧焊、等离子喷涂、等离子电弧焊、钨极惰性气体保护焊这些方法虽工艺简单但在修复过程中热输入量较大，热影响区极易出现热裂纹，焊接容易变形，使用过程中容易产生脱落、开裂等问题，同时修复过程中引起的收缩变形使叶片的安装精度难以保证，因此这些方法的应用具有很大的局限性。激光熔覆是超快速加热和超快速冷却的过程，具有对基材的热输入量少、热影响区小、熔覆层组织细小、与基体形成良好的冶金结合和易于实现自动化等优点，采用激光熔覆的方法修复泵类壳体及叶片裂纹与其他方法相比具有明显的优势，但在激光熔覆的过程中容易产生裂纹、气孔等内部缺陷而影响了熔覆层的质量。由于泵类壳体及叶片工艺非常注意可靠性和安全性，所以到目前为止大规模实际用于泵类壳体和叶片材料维修的技术很少，急需要发展新的理论、工艺和技术，丰富金属结构件维修的技术，为人们制定最佳的维修法案提供更多的选择范围。

目前，对于泵类壳体及叶片微细裂纹修复与延寿方面的方法主要为堆焊技术和激光技术修复：专利号为CN192489879A的中国专利公开了一种泵类零部件的微细裂纹快速修复延寿方法，该方法主要是单一利用激光冲击波的力效应对泵类壳体微细裂纹进行冷冲击强化，实现冲击波力效应所喷涂的涂料含10-60%复合钛粉或片状锌粉的40-120μm涂层，然该方法使用的修复材料为钛粉或锌粉价格昂贵，修复成本高，且对泵类零部件的裂纹采用单一的激光冲击波力效应冷强化修复，修复材料与基体的结合度难以保证。专利号为CN101821489A的中国专利公开了一种修复涡轮转子叶片同时抑制由于焊接导致的裂纹产生的方法，该方法主要通过堆焊技术在翼片的被损坏部分焊接覆盖金属；敲击在翼片和覆盖金属之间的边界区域以检测裂纹；然后执行固溶处理以修复涡轮转子叶片的翼片的破坏；然而该方法所采用的堆焊技术热影响区大，冲淡率大，焊层厚而不匀且加工余量大。

发明内容

本发明的目的在于解决泵类壳体及叶片延寿问题，提供了一种泵类壳体及叶片微细裂纹激光强化延寿方法。对损伤泵类壳体及叶片应用该发明方法修复后，可使泵类壳体及叶片的抗腐蚀性和抗疲劳性能得到大幅度提高，延长了泵类壳体及叶片的使用寿命，提高了其可靠性和安全性，解决了工程实际应用的难题。

本发明方法提供了一种泵类壳体及叶片微细裂纹激光强化延寿方法， 其特点在于先对微细裂纹进行激光熔覆修复，再对熔覆层进行激光冲击强化处理，在材料表面产生高幅值残余压应力和高的位错密度,有效提高材料表面的微动疲劳抗力,综合改善材料的机械性能,大幅度提高材料的疲劳寿命。具体修复工艺过程如下：