[发明专利]一种修补和防护冲击式水轮机喷嘴空蚀和泥沙磨损的方法

说明书

本发明公开了一种修补和防护冲击式水轮机喷嘴空蚀和泥沙磨损的方法，主要采用的技术方案为:S1、用第一激光束辐照所述冲击式水轮机喷嘴基体表面；S2、采用同步法将第一熔覆粉沫送至第一激光束辐照区域的所述冲击式水轮机喷嘴基体表面上，并用第一激光束辐照第一熔覆粉沫，使第一熔覆粉沫和所述冲击式水轮机喷嘴基体表面同时融化形成第一熔覆熔体；S3、冷却第一熔覆熔体，使其凝固形成修补防护熔覆层。

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，特别是涉及一种修补和防护冲击式水轮机喷嘴空蚀和泥沙磨损的方法。

背景技术

目前随着国内各大流域的开发，出现了越来越多的冲击式水轮机组。冲击式水轮机结构简单，机组安装高程不受空蚀条件的限制，因而在国内外高水头电站中得到了较为普遍的应用。这种类型的水轮机内的水流流动特点为无压流动，转轮外周叶片部分进水，恒压水流(近似为大气压)由喷嘴以射流形式冲击叶片，其结构特点为转轮叶片呈水斗状，有喷嘴，无尾水管。由于运行控制、泥沙含量等的影响，70％以上的冲击式机组存在空蚀和泥沙磨损现象，尤其是黄河及其支流上的冲击式机组，水斗及喷嘴的空蚀及磨损及其严重，有的更是每个运行周期都需要修补或更换这些部件，严重的甚至影响到了正常发电。

目前水电站对于喷嘴空蚀和泥沙磨损的处理方法是：由于现场操作条件有限，小面积的缺陷则直接采用不锈钢焊材补焊，但补焊所用焊材均为奥氏体不锈钢，比起原来的马氏体不锈钢硬度更低，耐空蚀和泥沙磨损性能更差，在运行过程中也更容易损坏，有的甚至都不能坚持到一个运行周期，为了改善这种情况，对于损伤严重的则直接更换，造成了极大的浪费的同时并未从根本上解决问题。

为了改善这种情况，目前最多的防护方法是超音速喷涂WC金属陶瓷涂层，这种涂层虽然对磨损具有一定的抵抗作用，但对空蚀损伤无明显保护效果，且由于其与基体为机械结合，结合强度低，在运行过程中容易脱落，同时目前尚无手段对其孔隙率和厚度进行测量，喷涂质量无法统一和得到保障，且费用极高。

超音速火焰喷涂WC金属陶瓷涂层的原理为：由小孔进入燃烧室的燃料与氧气混合后点燃，燃烧放出的热能使气体剧烈膨胀，此膨胀气体流经Laval喷嘴时受喷嘴的约束形成超音速高温焰流。此焰流将喷涂粉末材料加热加速并喷至基体表面，形成高质量涂层的方法。其特点是焰流速度通常高达音速的5倍，喷涂粉末的速度达到2000米/秒，涂层致密度相对普通喷涂更加致密，其孔隙率可以小于百分之一，在好的情况下与基体的结合强度可大于70MPa。喷涂过程中发生氧化的程度很低，有效的减少了碳的损失，使得涂层硬度较高。但是采用超音速火焰喷WC金属陶瓷体层的方法进行冲击式机组喷嘴空蚀和泥沙磨蚀的作用并不大，首先这种方法只是金属粉末喷涂在基体表面，粉末没有融化，因此颗粒之间的结合不存在化学键，结合力很差，同时涂层和基体的也是机械结合，结合力很弱，且存在很多缺陷，如孔隙等，在运行过程中涂层一旦受到较大的冲击，如运行时水流中的较大的石块，由于喷嘴处的压力较大，其对涂层的冲击力就会很大，涂层就容易破裂和掉块。其次，超音速火焰喷涂对基体表面制备要求很高，对于空蚀和泥沙磨损的喷嘴必须先经过补焊修复，修型和打磨光滑之后才能进行喷涂，基体表面粗糙度对喷涂质量的影响很大。另外，涂层质量目前尚无有效的检测方法，喷涂之后无法确定涂层厚度和排除涂层中的缺陷。最后，由于涂层受冲击后容易掉块，掉块后必须将整个涂层清楚干净后才能重新喷涂，而由于金属陶瓷硬度太高，如何将基体上的涂层清楚干净也是目前的一个亟待解决的难题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种修补和防护冲击式水轮机喷嘴空蚀和泥沙磨损的方法，主要目的在于提供一种能够对冲击式水轮机喷嘴空蚀和泥沙磨损处进行直接修复，并在冲击式水轮机喷嘴表面熔覆一层与喷嘴基体呈冶金结合的防护层，对空蚀和泥沙磨损都有很好的防护作用，从根本上解决喷嘴已损坏问题，保证冲击式水轮机长期安全稳定运行。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

一方面，本发明的实施例提供一种修补和防护冲击式水轮机喷嘴空蚀和泥沙磨损的方法。其包括：

S1、用第一激光束辐照所述冲击式水轮机喷嘴基体表面；