[发明专利]一种采用超高速激光熔覆技术修复核电海水泵轴的方法

说明书

本发明涉及一种轴类部件表面修复的方法，具体涉及一种使用超高速率激光熔覆技术修复核电海水泵轴表面的方法。本发明通过选择合适的金属粉末、调整粉末汇聚点和激光焦点的位置、调节工艺参数等方法，可快速精确地在受损核电海水泵轴表面制备表面平整度好、厚度小、无缺陷的耐腐蚀耐磨涂层，修复受损的部位，实现了超高速率激光熔覆，达到节约生产成本、提高耐蚀耐磨性能的目的。

技术领域

本发明涉及一种轴类部件表面修复的方法方法，具体涉及一种使用超高速率激光熔覆修复核电海水泵轴的方法，属于表面修复技术领域。

背景技术

核电海水泵轴是核电站重要厂用水系统的组成部分，其功能是在机组各种运行工况下为核电站提供冷却用水，由于节约成本的需要，常选用海水作为冷却水介质。海水中大量的Na、Mg、K、Cl等离子，经常导致核电海水泵轴在服役过程中的发生严重腐蚀，需要进行更换以保证泵的安全运行。实际检修过程中，技术人员发现大概有50%的概率会发生海水泵泵轴腐蚀现象。如果受损的海水泵轴全部报废，无形中增加了核电站的维护成本，同时也会带来巨大的资源浪费。

激光熔覆技术是基于激光能量集中、能量密度分布均匀的特点，在热输入量很小的条件下在基体表面形成均匀致密的金属涂层，涂层与基体为冶金结合状态，从而显著改善机体表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气性能，实现受损部位表面改性或修复的目的。与堆焊、喷涂、电镀和气相沉积相比，激光熔覆具有稀释度小、组织致密、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多、粒度及含量变化大等特点。但传统的激光熔覆速率较低，且熔覆后涂层粗糙度较大，还需要如车削等机械加工保证部件尺寸精确度，因此生产效率低下。同时为了更快的制备大面积涂层，传统的激光熔覆方法使用提高激光功率和增加光斑面积的方法，但过高的功率会提高核电海水泵轴的温度梯度，导致在加工后发生变形。

发明内容

本发明针对传统激光熔覆方法熔覆速率低、熔覆后涂层表面平整度低的问题，采用同轴送粉式激光熔覆方式，通过精确控制粉末汇聚点(粉斑)和激光焦点（光斑）的位置，实现超高速率激光熔覆，并保证熔覆后涂层表面平整度。需要说明的是，本发明中的超高速是相对于现有的激光熔覆速度而言的，该超高速具体是指激光扫描线速度大于等于20m/min。

本发明提供了一种核电海水泵轴的激光修复工艺，该方法的步骤是：

（1）对合金粉末筛分及净化处理，获得粒度范围为15～50μm、球形度大于90%的粉末，然后经过保温温度120～150℃、保温时间1.5～3.5h的烘干处理后真空封存，备用。

（2）对核电海水泵轴表面的待修复区进行打磨、清洁等预处理，并进行失效分析，确定待修复尺寸和深度；

（3）设定超高速率激光熔覆的工艺参数，具体工艺是：光斑直径为1～3mm，核电海水泵轴表面线速度即熔覆速率为20～100m/min，每转进给量0.2～0.4mm，激光功率为900～1600W，送粉速率为5～25g/min；

（4）将待修复的核电海水泵轴基体装夹在数控设备的回转机构上，并调整光斑和粉斑相对核电海水泵轴基体待修复面上方的位置，使得激光大部分能量作用在基体上方的合金粉末上。优选地，例如要求光斑与粉斑重合，距待修复面0.5～2mm；

（5）采用同轴送粉超高速激光熔覆方法，使用步骤（3）所述的工艺将步骤（1）所得的合金粉末根据待修复尺寸和深度熔覆到泵轴基体表面，得到厚度为0.15～0.45mm的涂层。此时熔覆后的泵轴待修复区域直径大于成品直径0.1～0.3mm；

（6）保持泵轴旋转线速度、每转进给量和激光焦点位置不变，将激光功率降低至800～1500W，在不送粉条件下对熔覆涂层进行激光重熔，得到表面平滑光亮、无凹坑和裂纹的涂层；

（7）采用磨床对涂层进行磨削加工，使涂层厚度及表面粗糙度达到相应的要求。