一种金属叶片的激光强化工艺.pdf

一种金属叶片激光强化工艺，通过在金属需处理区表面涂覆合金吸光涂料后，根据处理面积选择一定光斑的光束进行激光处理，处理区激光定位和运动通过对叶片局部处理区型线的数控编程实现光束的三维运动，同时，用惰性气体保护作用区，局部硬化层平均硬度达到HV450－650，并由外至内呈梯度下降；单边硬化层深度≥0.25mm；硬化带宽度可调，无处理裂纹、变形。发明解决了金属火焰、感应加热淬火时的形变问题，硬度较感应加热淬火高10－20％。

1，  一种金属叶片的激光强化工艺，其特征在于工艺步骤如下：清洁金属需处理区表面，并在表面涂覆合金吸光涂料，合金吸光涂层干燥后，根据处理面积选择一种光斑的光束进行激光处理，同时用气体保护激光作用区。

2，  根据权利要求1所述的一种金属叶片的激光强化工艺，其特征在于所述合金吸光涂料的成份为：10～20％合金、粘结剂80～90％，主要用途是提高对光的吸收以及表层合金化，其中合金组成为：W 30～50％、Co 20～40％、Cr 5～15％、Mo 1～3％、Si 1～2％、Ni 5～10％、C 1～4％、Fe 1～4％、V 1～2％；

3，  根据权利要求1所述的一种金属叶片的激光强化工艺，其特征在于所述激光处理的工艺参数如下：
激光输出功率900～2000W，扫描速度300～700mm/min，光斑10×2mm，搭接量10～30％。

4.  根据权利要求1所述的一种金属叶片的激光强化工艺，其特征在于所述激光处理是通过数控编程实现激光光束在叶片处理区表面的三维运动。

5，  根据权利要求1所述的一种金属叶片的激光强化工艺，其特征在于所述气体是惰性气体。

6，  根据权利要求1或6所述的一种金属叶片的激光强化工艺，其特征在于所述气体是氮气或氩气。

一种金属叶片的激光强化工艺
                          技术领域
本发明涉及一种金属表面激光强化工艺，适用于旋转金属叶片的表面强化尤其适用于汽轮机进汽部分叶片的表面强化，。
                          背景技术
金属叶片是某些机器设备中重要的零部件之一，叶片的寿命及磨损直接影响到设备的正常运转。尽管对疲劳损伤的机理已经有所了解，但由于影响叶片寿命的因素较多，因此，叶片寿命的问题始终没有得到解决，叶片故障占各类设备故障的30％以上。例如：杭州汽轮机集团公司生产的火电30万千瓦给水泵机组，采用NK50/60冷凝型，其末级采用HK56-3叶片，担负将蒸汽的热能转变为机械能的任务。由于工作区为湿蒸汽区，含有大量水滴，在很高的轮转速度及离心力下冲蚀叶片，使叶片顶部进汽边产生点蚀而失效，叶片抗水蚀能力的高低直接影响到汽轮机的工作效率及安全运行。为提高叶片的抗水蚀能力，目前主要有以下几种工艺方法：(1)火焰淬火强化：在叶片出汽边火焰加热淬火，该方法工艺较简单但温度不易控制，易产生变形、裂纹、硬度不均匀等问题；(2)高频感应加热淬火：该工艺采用感应加热后低温回火，产生2～6mm厚回火马氏体，可提高效率，但感应加热设备复杂，尤其是感应圈设计和制作复杂；(3)局部加覆盖层：在叶片进汽边的局部位置覆盖一层新合金，采用的工艺方法有：钎焊司太立合金片、热喷吐、堆焊、电镀、化学转化膜、涂料与涂装等。该类方法存在工艺复杂、残余应力大、覆盖层易脱落等问题。
                          发明内容
本发明的主要目的是提供一种针对叶片局部金属强化的激光加工方法，采用激光表面合金化表面改性技术，它利用激光快速加热、熔池快速凝固的特点，能够在材料表面形成性能优异的合金化层，从而提高零件的使用寿命。发明解决了火焰加热、金属感应加热时的形变、选区不准、裂纹，提高了金属表面硬度，细化晶粒，同时，实现了激光强化硬度、深度可控制。
本发明地主要技术方案是：先清洁金属叶片表面，并在表面涂覆合金吸光涂料，合金吸光涂层干燥后，根据处理面积选择一种光斑的光束进行激光处理，同时，用气体保护激光局部作用区，控制激光作用区薄层微熔。
通过以上方法处理的叶片，可达到以下具体技术指标：局部硬化层平均硬度可达到HV450～650，由外至内呈梯度下降；单边硬化层深度≥0.25mm；硬化带宽度根据不同型号的技术要求可调可控。
激光工艺参数：如下表所示。实施时应根据具体情况，根据叶片大小，对以上范围的参数进行优化搭配。