本發(fā)明涉及激光修復技術領域，特別涉及一種軸類零件現場修復的方法。
背景技術：
核電循環(huán)冷卻水系統(crf)的功能是通過兩條獨立的進水渠給每臺機組的凝汽器和輔助冷卻水系統(sen)提供冷卻海水，并將循環(huán)水通過虹吸井排到大海中。循環(huán)水泵是核電站流量最大的泵，具有驚人的液體輸送能力，以陽江核電站為例，其循環(huán)水泵流量為30.8m3/s，相當于每秒輸送重達31.7噸的海水。由此可見，核電crf泵軸是在高壓、高速、海水腐蝕的環(huán)境條件下服役的，工作一段時間后，在泵軸軸頸、軸套或者法蘭部位都有可能會產生磨損、腐蝕等缺陷。
一臺核電crf循環(huán)泵價值在幾百至上千萬元，若是因為一些較小的缺陷而造成無法使用或存在安全隱患不得不更換循環(huán)泵，顯然會造成很大的經濟浪費，而且工期會很長，檢修停工一天產生的經濟損失高達數百萬元。目前，傳統的軸類修復方法，例如堆焊、氣保焊、埋弧焊、氬弧焊、熱噴涂等修復技術，都存在一定的問題。其中，熱噴涂是將涂層與工件表面通過機械結合在一起，使得泵軸與修復層結合強度不高容易剝落；而堆焊、氣保焊、埋弧焊等的方法會使得泵軸熱影響區(qū)大變形大，從而影響其動平衡或損傷泵軸原有性能。
激光修復是利用激光將合金粉末與工件表層熔化冷卻凝固在一起，修復層與工件時冶金結合，相對于熱噴涂，結合強度提高很多。但是，現有技術中的軸類激光修復都無法在現場進行修復操作，都需要將軸運到激光廠家的車間進行修復，拆下來發(fā)到檢修廠進行修復也會產生很大的時間經濟損失。
技術實現要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種軸類零件現場修復的方法。本發(fā)明提供的方法可實現軸類零件的現場修復，縮短了修復工期，同時減小了熱影響區(qū)范圍。
本發(fā)明提供了一種軸類零件現場修復的方法，包括以下步驟：采用氣載喂料同軸送粉的方式在軸類零件表面輸送熔覆材料，用機械手固定激光熔覆頭，通過機械手的移動實現對軸類零件不同損傷部位的激光修復。
優(yōu)選的，所述熔覆材料包括如下質量含量的組分：鉻24～26％，鉬8～10％，鈮4～6％，鐵2～5％，鈷0.5～1％，碳0.1～0.2％，以及余量的鎳。
優(yōu)選的，所述熔覆材料的粒度為100～200目。
優(yōu)選的，所述送粉的氣體為惰性氣體。
優(yōu)選的，所述惰性氣體的流量為2～4l/min。
優(yōu)選的，所述送粉的粉體流量為20～30g/min。
優(yōu)選的，所述激光修復的功率為600～800w。
優(yōu)選的，所述激光熔覆頭的移動速度為3～5mm/s。
優(yōu)選的，所述激光熔覆頭的聚焦鏡與軸類零件表面的距離為150～180mm。
優(yōu)選的，所述激光修復前對軸類零件進行預處理，所述預處理依次包括去污、探傷和磨修。
本發(fā)明提供了一種軸類零件現場修復的方法，包括以下步驟：采用氣載喂料同軸送粉的方式在軸類零件表面輸送熔覆材料，用機械手固定激光熔覆頭，通過機械手的移動實現對軸類零件不同損傷部位的激光修復。本發(fā)明采用氣載喂料同軸送粉方式進行激光修復，減小熱影響區(qū)范圍，提高修復層的質量和粉末利用率；泵軸無需拆卸和轉動，利用機械手帶動激光熔覆頭對泵軸缺損部位進行熔鑄修復，實現了軸類零件的現場修復，工藝簡單效率高，縮短了修復工期。
并且，軸類零件經本發(fā)明提供的方法現場修復后，修復層與泵軸結合強度高，不脫落；修復后泵軸變形小，表面精度高，無裂紋氣孔等缺陷，熱影響區(qū)小，不改變基體組織；且耐磨性和耐腐蝕性要強于原有材料。實驗結果表明，軸類零件經本發(fā)明提供的方法現場修復后，表面粗糙度達到8μm，跳動1～2m，表面耐磨性和耐腐蝕性較原材料提高了一倍。
具體實施方式
本發(fā)明提供了一種軸類零件現場修復的方法，包括以下步驟：采用氣載喂料同軸送粉的方式在軸類零件表面輸送熔覆材料，用機械手固定激光熔覆頭，通過機械手的移動實現對軸類零件不同損傷部位的激光修復。在本發(fā)明中，所述同軸送粉能夠減少熔覆層氣孔，減小熱影響區(qū)范圍，提高修復層的質量和粉末利用率。
在本發(fā)明中，所述軸類零件優(yōu)選為循環(huán)泵泵軸，更優(yōu)選為核電循環(huán)冷卻水系統(crf)循環(huán)泵泵軸。在本發(fā)明中，所述軸類零件的材質優(yōu)選為雙相不銹鋼，更優(yōu)選為cr18型不銹鋼、cr23型不銹鋼、cr22型不銹鋼或cr25型不銹鋼，最優(yōu)選為00cr22ni5mo3n、cr23ni4n、cr25ni6mo3cu2n0.2或cr25ni7mo3.7n0.3。
在本發(fā)明中，所述熔覆材料優(yōu)選包括如下質量含量的組分：鉻24～26％，鉬8～10％，鈮4～6％，鐵2～5％，鈷0.5～1％，碳0.1～0.2％，以及余量的鎳，更優(yōu)選為鉻24.5～25.5％，鉬8.5～9.5％，鈮4.5～5.5％，鐵3～4％，鈷0.6～0.8％，碳0.14～0.18％，以及余量的鎳，最優(yōu)選為鉻25％，鉬9％，鈮5％，鐵3.5％，鈷0.7％，碳0.15％，以及余量的鎳。在本發(fā)明中，所述熔覆材料中通過添加cr，ni元素提高耐磨性和耐腐蝕性；添加一定量的碳元素與合金元素生成碳化物合金相，通過彌散強化和固溶強化提高修復層強度和耐磨性。
在本發(fā)明中，所述熔覆材料的粒度優(yōu)選為100～200目，更優(yōu)選為120～180目，最優(yōu)選為140～160目。本發(fā)明對所述熔覆材料的制備的操作沒有特殊的限定，采用本領域技術人員熟知的制備合金粉體的方法即可。在本發(fā)明中，所述熔覆材料優(yōu)選通過熔體霧化制備得到。
在本發(fā)明中，所述送粉的氣體優(yōu)選為惰性氣體，更優(yōu)選為氬氣或氮氣。在本發(fā)明中，所述惰性氣體的流量優(yōu)選為2～4l/min，更優(yōu)選為2.5～3.5l/min，最優(yōu)選為2.8～3.2l/min。在本發(fā)明中，所述送粉的粉體流量優(yōu)選為20～30g/min，更優(yōu)選為22～28g/min，最優(yōu)選為24～26g/min。在本發(fā)明中，所述惰性氣體能夠防止熔融合金的氧化，所述送粉的氣體流量和粉體流量能夠進一步提高熔覆層的質量，提高修復層的性能。
本發(fā)明對所述激光修復的裝置沒有特殊的限定，采用本領域技術人員熟知的激光熔覆設備即可。在本發(fā)明中，所述激光修復的裝置優(yōu)選為1064nm的二極管光纖耦合輸出連續(xù)激光器。
在本發(fā)明中，所述激光修復的功率優(yōu)選為600～800w，更優(yōu)選為650～750w，最優(yōu)選為680～720w。在本發(fā)明中，所述激光熔覆頭的移動速度優(yōu)選為3～5mm/s，更優(yōu)選為3.5～4.5mm/s，最優(yōu)選為3.8～4.2mm/s。在本發(fā)明中，所述激光熔覆頭的聚焦鏡與軸類零件表面的距離優(yōu)選為150～180mm，更優(yōu)選為160～170mm，最優(yōu)選為165mm。在本發(fā)明中，所述激光熔覆頭在機械手帶動下相對于泵軸移動，通過控制移動速度控制損傷區(qū)的掃描時間；當所述損傷區(qū)面積或深度大時，在上述范圍內選擇較低的移動速度以提高掃描時間。本發(fā)明優(yōu)選在修復層完全蓋住損壞部位，并稍稍高出損傷部位周邊的基準面時停止對該損傷部位的激光修復。
本發(fā)明優(yōu)選在激光修復前對軸類零件進行預處理，所述預處理依次包括去污、探傷和磨修。本發(fā)明對所述去污的操作沒有特殊的限定，采用本領域技術人員熟知的合金去污的技術方案即可。在本發(fā)明中，所述探傷優(yōu)選為滲透探傷。在本發(fā)明中，所述探傷能夠獲取泵軸表面的缺陷分布和疲勞層信息，提高激光修復的準確性。
本發(fā)明對所述磨修的操作沒有特殊的限定，采用本領域技術人員熟知的磨修的技術方案即可。在本發(fā)明中，所述磨修能夠將泵軸表面的缺陷和疲勞層去除。
本發(fā)明優(yōu)選在激光修復后對所述激光修復后的軸類零件進行表面加工。本發(fā)明對所述表面加工的操作沒有特殊的限定，采用本領域技術人員熟知的能夠用于現場施工的表面加工的技術方案即可。在本發(fā)明中，所述表面加工優(yōu)選包括磨制。在本發(fā)明中，所述表面加工使軸類零件的修復區(qū)域恢復原始尺寸。
為了進一步說明本發(fā)明，下面結合實施例對本發(fā)明提供的軸類零件現場修復的方法進行詳細地描述，但不能將它們理解為對本發(fā)明保護范圍的限定。
實施例1:
某核電廠，檢修發(fā)現crf循環(huán)泵泵軸軸頸處存在磨損和腐蝕損傷，磨損處尺寸φ440，磨損長度300mm，磨損深度0.5mm，泵軸材質為雙相不銹鋼00cr22ni5mo3n。
對磨損表面清洗去污并探傷，通過磨修逐步去除缺陷處和疲勞層；
選用200目的鎳基合金粉末，成分重量百分比為：鉻25％、鉬8.5％、鈮5％、鐵2.4％、鈷0.8％、碳0.2％和余量為鎳，進行激光修復；
激光光源采用波長為1064nm的二極管光纖耦合輸出連續(xù)激光器，激光功率800w，激光掃描速度為5mm/s，工件距離加工頭聚焦鏡180mm，利用氬氣氣載粉末同軸送粉進行激光修復，氣體流量為2l/min，粉體流量為20g/min；同軸熔覆頭固定于機械手上，對機械手編程讓熔覆頭沿磨損面軸向方向逐條搭接掃描；
熔覆完畢采用氣動打磨再精磨至軸徑尺寸為440，表面探傷無缺陷，經過一年多時間的運轉，沒有發(fā)生脫落起皮等不良狀況，運轉正常。
對修復后區(qū)域與原始軸類進行耐磨性測試，在同樣的試驗條件下，修復層磨損損失質量3mg，原材料磨損損失質量6mg，提高了一倍。
實施例2:
福建某核電廠，檢修發(fā)現crf循環(huán)泵法蘭部位有一些腐蝕處細孔和一些較大的蝕坑，細孔有七八處，大小在0.5～2mm之間，蝕坑有兩三處，大小在10～20mm之間，泵軸材料同為雙相不銹鋼(00cr25ni7mo4n)。
對細孔進行氣動打磨，再對蝕坑內粗糙處氣動打磨，然后清洗探傷打磨缺陷，選用100目鎳基合金粉末，成分重量百分比為：鉻26％、鉬8％、鈮4％、鐵2％、鈷0.5％和余量為鎳，進行激光修復；
激光光源采用波長為1064nm的二極管光纖耦合輸出連續(xù)激光器，激光功率600w，激光掃描速度為3mm/s，工件距離加工頭聚焦鏡150mm，利用氬氣氣載粉末同軸送粉進行激光修復，氣體流量為4l/min，粉體流量為30g/min；同軸熔覆頭固定于機械手上，在對細孔修復時，讓加工頭對準細孔送粉出光2秒，在對蝕坑進行修復時，對機械手編程讓熔覆頭沿蝕坑面逐條逐層搭接掃描；
熔覆完畢采用氣動打磨再精磨至原始尺寸，表面探傷無缺陷，經過兩年多時間的運轉，沒有發(fā)生脫落腐蝕等狀況，運轉正常。
對修復后區(qū)域與原始軸類進行中性鹽霧試驗，同樣的條件下，修復層材料的腐蝕深度在0.1mm，原材料腐蝕深度在0.25mm左右，提高了一倍。
從以上實施例可以看出，本發(fā)明提供的方法可用于核電crf泵軸現場激光修復，縮短了修復工期，具有較好的經濟效益和社會效益；修復層與泵軸結合強度高、不脫落，耐磨性和耐腐蝕性要強于原有材料；變形小精度高，無裂紋氣孔等缺陷，熱影響區(qū)小不改變基體組織；能重復修復使用，可廣泛應用于各種軸類現場機修。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。