一種水輪機(jī)葉片汽蝕修復(fù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及再制造領(lǐng)域，具體涉及水輪機(jī)葉片的修復(fù)再制造。
【背景技術(shù)】
[0002]水輪機(jī)葉片是水電工業(yè)中及其重要的構(gòu)件，汽蝕是葉片失效的主要形式之一，常規(guī)的葉片汽蝕修復(fù)方法主要有合金堆焊、等離子體堆焊或噴涂、氬弧焊、激光融覆等。
[0003]如申請(qǐng)?zhí)?00710118944.9的中國(guó)發(fā)明專利，公開一種汽輪機(jī)汽蝕葉片的激光原位修復(fù)方法，其采用激光器發(fā)出的光束對(duì)葉片汽蝕表面進(jìn)行修復(fù)，該方法實(shí)現(xiàn)了窄間隙的汽輪機(jī)葉片在不拆卸情況下的原位修復(fù)。而申請(qǐng)?zhí)枮?01310579011.5的中國(guó)發(fā)明專利，公開一種不銹鋼水栗葉片用脈沖電極沉積硬質(zhì)涂層的方法，提供了一種在304不銹鋼水栗葉片表面形成耐磨耐腐蝕涂層的脈沖電極沉積方法，通過在汽蝕葉片損壞部位形成含有納米晶粒的柱狀結(jié)構(gòu)，提高了沉積層性能。
[0004]目前，葉片汽蝕部位通常呈蜂窩狀，在修復(fù)再制造前需進(jìn)行機(jī)械打磨，將蜂窩狀結(jié)構(gòu)去除，然后進(jìn)行堆焊或融覆，當(dāng)汽蝕嚴(yán)重時(shí)，完全去除蜂窩狀結(jié)構(gòu)則增加了修復(fù)工作量，且削弱了葉片本體的強(qiáng)度，焊接或融覆時(shí)葉片變形較大；而蜂窩狀結(jié)構(gòu)去除不清，則葉片表面留有微孔，由于尺度效應(yīng)，在融覆時(shí)填充材料難以充填滿微孔，使修復(fù)后的葉片內(nèi)留有沙孔，降低了葉片的強(qiáng)度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的不足，提供一種水輪機(jī)葉片汽蝕修復(fù)方法，使用該方法進(jìn)行汽蝕葉片修復(fù)時(shí)不需要進(jìn)行機(jī)械打磨，成分保留葉片本體材料，且可以使充填材料充分充填滿汽蝕微孔，并與本體材料良好融合。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種水輪機(jī)葉片汽蝕修復(fù)方法，包括以下步驟:(1)清洗:清洗待修復(fù)葉片，確定汽蝕區(qū)域；(2)除銹:用大功率短脈沖激光束輻照汽蝕區(qū)域，直至顯露出葉片的本體材料為止；(3)預(yù)熱:用大功率短脈沖激光束輻照待修復(fù)部位，使即將進(jìn)行激光融覆部位的葉片本體材料發(fā)生淺層熔化；(4)激光融覆:融覆激光頭向預(yù)熱后的汽蝕部位噴填融覆金屬粉末，并發(fā)出激光束輻照金屬粉末，使融覆材料與葉片本體材料融合；(5)沖擊振動(dòng):用大功率短脈沖激光束輻照融覆區(qū)域，熔融的融覆材料吸收激光能量快速等離子化形成沖擊波，熔融融覆金屬液體在沖擊波作用下擠入孔壁已發(fā)生淺層熔化的汽蝕微孔，冷卻后與葉片本體融合；(6)重復(fù)步驟(2)- (5)，直至汽蝕微孔融覆完成；(7)沖擊細(xì)化:用大功率短脈沖激光束輻照熔融融覆金屬液體已凝結(jié)的激光融覆區(qū)，使金屬晶粒破碎，金相組織細(xì)化。
[0007]進(jìn)一步地，上述步驟(2)中大功率短脈沖激光束的功率密度為(1-1.5) X 11W,脈沖寬度40-60ns。上述步驟(3)中大功率短脈沖激光束的功率密度為(2-3.5) X 11W,脈沖寬度40-60ns。上述步驟(5)中大功率短脈沖激光束的功率密度為(1-1.5) X 1014W/m2，脈沖寬度10-15ns。上述步驟(7)中大功率短脈沖激光束的功率密度為(4-5) X1014W/m2，脈沖寬度20-25nso
[0008]本發(fā)明的有益效果是:1、采用上述修復(fù)方法，葉片修復(fù)不需要機(jī)械打磨，盡可能保留葉片的本體材料，減小修復(fù)工作量；2、在融覆過程中通過沖擊振動(dòng)使汽蝕微孔內(nèi)充填融覆材料，避免修復(fù)后葉片內(nèi)部存在沙孔缺陷；3、通過沖擊細(xì)化使融覆層金相組織細(xì)化，通過融覆層強(qiáng)度，可增加葉片使用壽命。
【附圖說明】
[0009]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0010]圖1為本發(fā)明的流程框圖。
[0011]圖2為本發(fā)明中的汽蝕葉片修復(fù)的示意圖。
[0012]圖示中:1、葉片；2、激光融覆頭；3、融覆激光束；4、大功率短脈沖激光束；5汽蝕區(qū)域；6、汽蝕微孔。
【具體實(shí)施方式】
[0013]如圖1、2所示，本發(fā)明一種水輪機(jī)葉片汽蝕修復(fù)方法，包括以下步驟:
(1)清洗:使用有機(jī)溶劑清洗待修復(fù)葉片I，去除葉片I待修復(fù)的汽蝕部位的油污等；
(2)除銹:用大功率短脈沖激光束4輻照汽蝕區(qū)域5，使葉片I表面金屬氧化層氣化蒸發(fā)，直至顯露出葉片I的本體材料為止；
(3)預(yù)熱:用大功率短脈沖激光束輻照待修復(fù)部位，使即將進(jìn)行激光融覆部位的葉片本體材料發(fā)生淺層熔化；
(4)激光融覆:融覆激光頭向預(yù)熱后的汽蝕部位噴填融覆金屬粉末，并發(fā)出激光束輻照金屬粉末，使融覆材料與葉片本體材料融合；
(5)沖擊振動(dòng):用大功率短脈沖激光束輻照融覆區(qū)域，熔融的融覆材料吸收激光能量快速等離子化形成沖擊波，熔融融覆金屬液體在沖擊波作用下擠入孔壁已發(fā)生淺層熔化的汽蝕微孔，冷卻后與葉片本體融合；
(6)重復(fù)步驟(2)-(5)，直至汽蝕微孔融覆完成；
(7)沖擊細(xì)化:用大功率短脈沖激光束輻照熔融融覆金屬液體已凝結(jié)的激光融覆區(qū)，在沖擊波作用下，該區(qū)域融覆層中金屬晶粒破碎，金相組織細(xì)化，能達(dá)到晶粒細(xì)化的目的。
[0014]本實(shí)施例中，上述步驟(2)中所述大功率短脈沖激光束的功率密度為(1-1.5) X 1013W/m2，脈沖寬度 40~60nso
[0015]上述步驟(3)所述大功率短脈沖激光束的功率密度為(2~3.5) X 1013W/m2，脈沖寬度 40~60ns。
[0016]上述步驟(4)所述激光束，功率密度為(250~300) X109W/m2，脈沖寬度1ms左右。
[0017]上述步驟5所述大功率短脈沖激光束的功率密度為(1-1.5) X 1014W/m2，脈沖寬度10?15ns0
[0018]上述步驟(7)所述大功率短脈沖激光束的功率密度為(4?5) X1014W/m2，脈沖寬度20?25ns ο
[0019]最后應(yīng)當(dāng)說明的是，以上內(nèi)容僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行的簡(jiǎn)單修改或者等同替換，均不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)和范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種水輪機(jī)葉片汽蝕修復(fù)方法，其特征在于:包括以下步驟: (O清洗:清洗待修復(fù)葉片，確定汽蝕區(qū)域； (2)除銹:用大功率短脈沖激光束輻照汽蝕區(qū)域，直至顯露出葉片的本體材料為止； (3)預(yù)熱:用大功率短脈沖激光束輻照待修復(fù)部位，使即將進(jìn)行激光融覆部位的葉片本體材料發(fā)生淺層熔化； (4)激光融覆:融覆激光頭向預(yù)熱后的汽蝕部位噴填融覆金屬粉末，并發(fā)出激光束輻照金屬粉末，使融覆材料與葉片本體材料融合； (5)沖擊振動(dòng):用大功率短脈沖激光束輻照融覆區(qū)域，熔融的融覆材料吸收激光能量快速等離子化形成沖擊波，熔融融覆金屬液體在沖擊波作用下擠入孔壁已發(fā)生淺層熔化的汽蝕微孔，冷卻后與葉片本體融合； (6)重復(fù)步驟(2)-(5)，直至汽蝕微孔融覆完成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水輪機(jī)葉片汽蝕修復(fù)方法，其特征在于:所述步驟(2)中大功率短脈沖激光束的功率密度為(1-1.5) X 1013W/m2，脈沖寬度40-60ns。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水輪機(jī)葉片汽蝕修復(fù)方法，其特征在于:所述步驟(3)中大功率短脈沖激光束的功率密度為(2-3.5) X 1013W/m2，脈沖寬度40_60ns。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水輪機(jī)葉片汽蝕修復(fù)方法，其特征在于:所述步驟(5)中大功率短脈沖激光束的功率密度為(1-1.5) X1014W/m2，脈沖寬度10-15ns。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的水輪機(jī)葉片汽蝕修復(fù)方法，其特征在于:還包括步驟(7)沖擊細(xì)化:用大功率短脈沖激光束輻照熔融融覆金屬液體已凝結(jié)的激光融覆區(qū)，使金屬金相組織細(xì)化。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水輪機(jī)葉片汽蝕修復(fù)方法，其特征在于:所述步驟(7)中大功率短脈沖激光束的功率密度為(4-5) X1014W/m2，脈沖寬度20-25ns。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種水輪機(jī)葉片汽蝕修復(fù)方法，首先對(duì)水輪機(jī)葉片進(jìn)行清洗除銹后，采用大光斑短脈沖高功率激光束對(duì)葉片汽蝕部位進(jìn)行預(yù)熱，然后用融覆激光束進(jìn)行融覆處理，在融覆過程中，定時(shí)用大功率短脈沖激光束對(duì)融覆部位進(jìn)行沖擊，使熔融的金屬液體充填滿汽蝕微孔，融覆后對(duì)融覆區(qū)用大功率激光沖擊，激光輻照產(chǎn)生的沖擊波使融覆區(qū)金屬金相組織細(xì)化。本發(fā)明在進(jìn)行葉片汽蝕修復(fù)時(shí)不需要進(jìn)行機(jī)械打磨，盡可能保留葉片的本體材料，減小修復(fù)工作量；而在融覆過程中通過沖擊振動(dòng)使汽蝕微孔內(nèi)充填融覆材料，避免修復(fù)后葉片內(nèi)部存在沙孔缺陷；進(jìn)一步通過沖擊細(xì)化使融覆層金相組織細(xì)化，通過融覆層強(qiáng)度，可增加葉片使用壽命。
【IPC分類】B23P6/00
【公開號(hào)】CN105081670
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510554439
【發(fā)明人】顧永玉, 張永康, 羅紅平, 王冠, 郭鐘寧, 黃志剛
【申請(qǐng)人】廣東工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年11月25日
【申請(qǐng)日】2015年9月1日