專利名稱：一種煤粉爐鍋爐管防腐涂層的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鍋爐部件的防腐方法，特別是涉及一種采用激光熔覆技術(shù)的煤 粉爐鍋爐管防腐涂層的制造方法，屬于IPC國(guó)際專利分類表中的C23CM/10(2006.01)I技 術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
燃煤、燃油鍋爐是當(dāng)前我國(guó)重要的能量轉(zhuǎn)換裝置，涉及到國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門，腐 蝕磨損是工業(yè)鍋爐普遍存在的問題。鍋爐管的腐蝕磨損一直是電力工業(yè)中存在的嚴(yán)重問 題，造成的生產(chǎn)危害和經(jīng)濟(jì)損失十分嚴(yán)重。
低溫?zé)岣g是燃煤、燃油鍋爐管在運(yùn)行過程中最為常見的腐蝕形式，其破壞力 大。依材料、環(huán)境的不同，在500 750°C范圍內(nèi)均可能發(fā)生低溫?zé)岣g。由于燃煤中 含有一定的硫、堿土金屬等雜質(zhì)，在煤的燃燒過程中，這些雜質(zhì)會(huì)形成S02/S03等氣體 及一些固體沉積物，其中Na2SO4和:K2S04同時(shí)沉積在燃煤的燃燒裝置中是比較普遍的。 在此過程中，服役設(shè)備表面本身也會(huì)形成一些金屬氧化物如鐵氧化物、鎳氧化物、鉻氧 化物等，其中的鐵氧化物和鎳氧化物能與氣氛中的組分SO3反應(yīng)形成相應(yīng)的硫酸鹽，并 可與設(shè)備表面的燃燒沉積物Na2S04、K2S04等進(jìn)一步作用形成低熔點(diǎn)共晶熔融鹽，從而 引起合金的快速腐蝕。
在現(xiàn)有技術(shù)中防止金屬腐蝕的常用方法有改變金屬的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，例如制 造各種耐腐蝕的合金，如在普通鋼鐵中加入鉻、鎳等制成不銹鋼；保護(hù)層法，在金屬表 面覆蓋保護(hù)層，使金屬制品與周圍腐蝕介質(zhì)隔離，從而防止腐蝕。如
1.在鋼鐵制件表面涂上機(jī)油、凡士林、油漆或覆蓋搪瓷、塑料等耐腐蝕的非金 屬材料。
2.用電鍍、熱鍍、噴鍍等方法，在鋼鐵表面鍍上一層不易被腐蝕的金屬，如 鋅、錫、鉻、鎳等。這些金屬常因氧化而形成一層致密的氧化物薄膜，從而阻止水和空 氣等對(duì)鋼鐵的腐蝕。
然而在鋼鐵表面涂機(jī)油、凡士林、油漆、塑料等方法進(jìn)行防腐，因這些高分子 化合物不能耐高溫，所以無法在鍋爐中使用；搪瓷雖然能耐高溫，但鍋爐管需要焊接， 單根鍋爐管表面有搪瓷層后，無法對(duì)其進(jìn)行焊接，而鍋爐管在焊接完成后再進(jìn)行表面搪 瓷，由于其外形尺寸太大無法進(jìn)行搪瓷處理；電鍍、熱鍍、噴鍍等方法因面層材料和基 材不是冶金結(jié)合，面層材料和基材的熱膨脹系數(shù)不同，因而涂層易出現(xiàn)脫落現(xiàn)象。
因此，選擇適當(dāng)?shù)拿悍蹱t鍋爐管防腐涂層的制造方法，使煤粉爐鍋爐管管壁內(nèi) 的防腐層與基體結(jié)合強(qiáng)度高、加工誤差小、防腐層的厚度均勻，是當(dāng)前亟待解決的課 題。
激光熔覆技術(shù)作為一種先進(jìn)的再制造技術(shù)，近年來得到了迅速推廣和廣泛應(yīng)用。
激光熔覆技術(shù)利用高能量激光束聚集能量極高的特點(diǎn)，瞬間將在基材表面預(yù)置或與激光同步自動(dòng)送置的、具有特殊物理、化學(xué)或力學(xué)性能的合金粉末完全熔化，同時(shí) 基材部分熔化，形成一種新的復(fù)合型材料，激光束掃描后快速凝固，獲得與基體冶金結(jié) 合的致密覆層，以達(dá)到恢復(fù)幾何尺寸和表面強(qiáng)化的目的。
目前，關(guān)于利用激光熔覆工藝進(jìn)行設(shè)備部件防腐的專利和報(bào)道很多例如，
公開號(hào)為CN1202534的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)給出的《金屬表面等離子噴涂后激光 熔覆制備陶瓷涂層的方法》，該方法是先在金屬表面用等離子噴涂方法制備陶瓷涂層， 然后在激光照射的同時(shí)，將陶瓷粉末噴向涂層表面，對(duì)陶瓷涂層進(jìn)行二次熔覆處理。
公開號(hào)為CN1786272的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)給出的《激光熔覆鎳基納米WC/Co 預(yù)涂層的制備方法》，該制備方法包括下列步驟①按每克重的蟲膠與10 20克重的 無水乙醇稱量蟲膠和無水乙醇，然后將所述的蟲膠加入無水乙醇中制成粘結(jié)劑；②根據(jù) 需要按每克鎳基納米WC/Co粉末與0.1毫升 0.25毫升的粘結(jié)劑的比例，稱量鎳基納米 WC/Co粉末和所述的粘結(jié)劑并混合，充分?jǐn)嚢杈鶆蛑瞥深A(yù)涂膠；③將上述預(yù)涂膠均勻地 涂在待激光熔覆處理的工件表面，制成預(yù)涂層；④烘干。采用自制的粘結(jié)劑制備鎳基納 米WC/Co預(yù)涂層，然后再采用激光熔覆工藝，制備出了表面較平整，較細(xì)密、基本消除 了裂紋與孔隙并與基體呈冶金結(jié)合的鎳基納米WC/Co復(fù)合涂層。
公開號(hào)為CN101338427的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)給出的《液壓支架立柱缸筒、活塞 桿耐磨抗蝕涂層的激光熔覆工藝》，包括以下工藝過程首先立柱缸筒、活塞桿表面預(yù) 處理室溫下對(duì)立柱缸筒、活塞桿表面進(jìn)行除油、除銹，并用酒精清洗干凈；然后合金 粉末的選擇和自動(dòng)送粉裝置的調(diào)節(jié)選用具有優(yōu)良耐磨抗蝕性能且與基體冶金相容性良 好的鐵基合金粉末，鐵基合金粉末的成份中主要含有Fe、C、Cr、Ni、Mo、Si、N、 Nb、Ta, B；最后自動(dòng)送粉裝置的調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)自動(dòng)送粉裝置，使自動(dòng)送粉頭出來的合金 粉末正好落在激光熔池內(nèi)，調(diào)節(jié)送粉量，使合金粉末涂層的厚度達(dá)到0.6-1.2mm。
公開號(hào)為CN101338425的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)給出的《鐵路道岔滑床板表面耐磨 抗蝕合金涂層激光熔覆工藝》，包括以下工藝過程首先滑床板表面預(yù)處理，即在室溫 下對(duì)滑床板表面進(jìn)行除油除銹，并用酒精清洗干凈；然后是合金粉末的預(yù)置，即把待熔 覆的鐵基、鎳基或鈷基合金粉末預(yù)置于上述處理后的滑床板表面，并用帶有導(dǎo)軌的刮尺 來調(diào)整預(yù)制合金粉末，使之均勻分布在滑床板表面并具有適當(dāng)?shù)暮穸龋詽M足熔覆后涂 層厚度的要求；最后是光熔覆強(qiáng)化滑床板，選用氣體CO2激光器，工作臺(tái)為數(shù)控機(jī)床， 在滑床板表面進(jìn)行激光熔覆強(qiáng)化。
公開號(hào)為CN101338428的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)給出的《鎬形截齒齒體頭部激光熔 覆耐磨涂層強(qiáng)化工藝》，包括以下工藝過程首先是截齒齒體頭部表面預(yù)處理；然后是 合金粉末的選擇和自動(dòng)送粉裝置的調(diào)整；最后是截齒頭部激光熔覆耐磨合金涂層。
現(xiàn)有技術(shù)給出的上述技術(shù)方案雖能利用激光熔覆工藝對(duì)部分設(shè)備部件進(jìn)行防腐 耐磨涂層處理，并通過配制適當(dāng)?shù)娜鄹膊牧峡朔思す馊蹖哟嬖诘牧鸭y、氣孔和微觀結(jié) 構(gòu)不均勻性的問題，取得一定的技術(shù)效果。但對(duì)其他特定的設(shè)備部件，例如像煤粉爐鍋 爐管這樣的特殊結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有的激光熔覆工藝已明顯不能適應(yīng)。
經(jīng)本申請(qǐng)人檢索查證采用激光熔覆工藝完成煤粉爐鍋爐管防腐，國(guó)內(nèi)尚無先 例，國(guó)外也沒有見到相關(guān)報(bào)道。因此，尋找出適當(dāng)?shù)牟捎眉す馊鄹补に囃瓿擅悍蹱t鍋爐 管防腐方法，仍需所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步作出創(chuàng)造性的研究工作。4發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)對(duì)煤粉爐鍋爐管防腐處理難的課題，通過反復(fù) 研究改進(jìn)，給出了一種新的煤粉爐鍋爐管防腐涂層的制造方法，該防防腐涂層的制造方 法可使煤粉爐鍋爐管的防腐層與基體結(jié)合強(qiáng)度高、適應(yīng)性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、加工誤差小、 防腐層的厚度均勻，該防腐涂層的制造方法明顯優(yōu)于現(xiàn)有的防腐技術(shù)。
本發(fā)明給出的技術(shù)方案是這種煤粉爐鍋爐管防腐涂層的制造方法，其特點(diǎn)是 包括有以下步驟
1.清理鍋爐管表面部位，打磨需要熔覆的部位，將氧化層和疲勞層去除干凈；
2.激光熔覆，用5000w 二氧化碳?xì)怏w激光器進(jìn)行激光熔覆，激光熔覆材料的組 成為Cr 40 45% ； Ti 4 8% ； Si 0.1 0.3% ； Nb 0.1 0.3% ； Y 0.1 0.3% ； Hf 0.1 ~ 0.3% ； B ； 0.1 ~ 0.3% ； Ni:余量，熔覆參數(shù)為光斑直徑4mm，熔池 深度為0.1 0.2mm，激光功率為2500W 4000W，搭接1mm，掃描速度6 8mm/s， 置粉厚度Imm ；
3.檢測(cè)利用測(cè)厚儀對(duì)熔覆厚度進(jìn)行檢測(cè)，用滲透探傷檢測(cè)方法對(duì)熔覆層可能 出現(xiàn)的裂紋、氣孔、夾雜等缺陷進(jìn)行檢測(cè)。
為更好的完成本發(fā)明的目的，所述激光熔覆在數(shù)控加工機(jī)工裝上進(jìn)行，該工裝 主要包括有數(shù)控加工機(jī)底座，該數(shù)控加工機(jī)底座的一端上設(shè)有床頭箱及與床頭箱相連接 的卡盤，該數(shù)控加工機(jī)底座的另一端上設(shè)有頂尖。將鍋爐管裝卡在卡盤上找正夾緊，床 頭箱提供動(dòng)力帶動(dòng)卡盤旋轉(zhuǎn)，激光器數(shù)控操作機(jī)輸入掃描速度，卡盤進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，激光頭 調(diào)好焦距，出光進(jìn)行激光熔覆，頂尖對(duì)鍋爐管末端懸空頂緊，起固定作用。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是可以使面層和基材達(dá)到冶金結(jié)合，避 免了因結(jié)合力不足而出現(xiàn)面層脫落的現(xiàn)象；本發(fā)明不受鍋爐管的形態(tài)限制，即不但可以 對(duì)單根鍋爐管進(jìn)行面層熔覆，也可以對(duì)焊接成型的鍋爐管進(jìn)行面層熔覆。


附圖為激光熔覆用工裝機(jī)構(gòu)的示意圖具體實(shí)施方式
實(shí)施例1取現(xiàn)場(chǎng)使用的鍋爐管一根，制造防腐涂層。
工藝步驟如下
1、檢測(cè)鍋爐管外徑尺寸，并記錄。
2、將需要熔覆的部位進(jìn)行打磨，將氧化層和疲勞層去除干凈。
3、激光熔覆
A、將鍋爐管裝卡在激光器數(shù)控加工機(jī)床上，找正夾緊。
B、激光熔覆，選定激光熔覆材料的組成為Cr 40 45% ； Ti 4-8% ； Si: 0.1 0.3%; Nb: 0.1 0.3%; Y 0.1 0.3%; Hf 0.1 0.3%; B ； 0.1 0.3%;Ni 余量，熔覆前用丙酮將熔覆部位清洗干凈，進(jìn)行激光熔覆，光斑直徑為4mm，激光 功率2500W 4000W，熔池深度為0.1 0.2mm，搭接1mm，置粉厚度1mm，掃描速度6mm/s。
4、尺寸檢測(cè)，測(cè)量熔覆后管件外徑尺寸，得到厚度Imm左右的金屬熔覆層。
5、著色探傷檢測(cè)。
附圖所示為激光熔覆過程中使用的工裝，主要有數(shù)控加工機(jī)底座1，床頭箱2， 旋轉(zhuǎn)卡盤3，激光頭4，頂尖5，其中數(shù)控加工機(jī)底座1的一端上設(shè)有床頭箱2及與床頭箱 2相連接的卡盤3，該數(shù)控加工機(jī)底座1的另一端上設(shè)有頂尖5。激光熔覆時(shí)，將鍋爐管 裝卡在旋轉(zhuǎn)卡盤3上，床頭箱2提供動(dòng)力使旋轉(zhuǎn)卡盤3進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，將激光頭4調(diào)好焦距， 頂尖5頂緊鍋爐管末端，激光頭4出光進(jìn)行激光熔覆。
權(quán)利要求
1. 一種煤粉爐鍋爐管防腐涂層的制造方法，其特征在于有以下步驟(1)清理鍋爐管表面部位，打磨需要熔覆的部位，將氧化層和疲勞層去除干凈；(2)激光熔覆，用5000w二氧化碳?xì)怏w激光器進(jìn)行激光熔覆，確定特制的激光熔覆 材料，激光熔覆材料的組成為Cr 40 45% ； Ti 4 8% ； Si 0.1 ~ 0.3% ； Nb 0.1 ~ 0.3%； Y 0.1 ~ 0.3%； Hf 0.1 ~ 0.3%； B ； 0.1 —0.3%； Ni 余量，熔覆參數(shù) 為光斑直徑4mm，熔池深度為0.1 0.2mm，激光功率為2500W 4000W，搭接1mm， 掃描速度6 8mm/s，置粉厚度Imm ；(3)檢測(cè)利用測(cè)厚儀對(duì)熔覆厚度進(jìn)行檢測(cè)，用滲透探傷檢測(cè)方法對(duì)熔覆層可能出 現(xiàn)的裂紋、氣孔、夾雜缺陷進(jìn)行檢測(cè)。
全文摘要
一種煤粉爐鍋爐管防腐涂層的制造方法，其特點(diǎn)是有以下步驟清理鍋爐管表面部位，打磨需要熔覆的部位，將氧化層和疲勞層去除干凈；激光熔覆，用5000w二氧化碳?xì)怏w激光器進(jìn)行激光熔覆，激光熔覆材料的組成為Cr、Ti、Si、Nb、Y、Hf、B、Ni，熔覆參數(shù)為光斑直徑4mm，熔池深度為0.1～0.2mm，激光功率為2500W～4000W，搭接1mm，掃描速度6～8mm/s，置粉厚度1mm；檢測(cè)利用測(cè)厚儀對(duì)熔覆厚度進(jìn)行檢測(cè)，用滲透探傷檢測(cè)方法對(duì)熔覆層可能出現(xiàn)的裂紋、氣孔、夾雜缺陷進(jìn)行檢測(cè)。本發(fā)明可以使面層和基材達(dá)到冶金結(jié)合，避免了因結(jié)合力不足而出現(xiàn)面層脫落的現(xiàn)象。
文檔編號(hào)C23C24/10GK102021566SQ20091018757
公開日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2009年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月23日
發(fā)明者劉豫, 陳江 申請(qǐng)人:沈陽大陸激光技術(shù)有限公司