本发明专利技术涉及一种提高核电690合金应力腐蚀抗性和耐磨性的激光处理方法。采用波长为800-1070nm连续激光热源熔凝处理690合金传热管外圆表面的同时辅助氮气进行渗氮处理，激光功率300-1000W，激光扫描线速度为200-800mm/min，光斑直径0.5-3mm，搭接率20-60％，激光熔凝690合金管外圆表面的同时辅助氮气进行渗氮处理，氮气流量为20-30L/min，氮气喷嘴到传热管表面的距离为5-12mm，喷嘴出口氮气压强为0.5-1MPa,690传热管内孔辅助流量为20-30L/min的氩气进行保护内孔表面和冷却管壁。它采用激光熔凝同时向熔凝区通氮气的方法在690合金传热管表面进行渗氮处理，获得20-100μm厚的致密渗氮层，从而提高应力腐蚀抗性和耐磨性。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及。采用波长为800-1070nm连续激光热源熔凝处理690合金传热管外圆表面的同时辅助氮气进行渗氮处理，激光功率300-1000W，激光扫描线速度为200-800mm/min，光斑直径0.5-3mm，搭接率20-60％，激光熔凝690合金管外圆表面的同时辅助氮气进行渗氮处理，氮气流量为20-30L/min，氮气喷嘴到传热管表面的距离为5-12mm，喷嘴出口氮气压强为0.5-1MPa,690传热管内孔辅助流量为20-30L/min的氩气进行保护内孔表面和冷却管壁。它采用激光熔凝同时向熔凝区通氮气的方法在690合金传热管表面进行渗氮处理，获得20-100μm厚的致密渗氮层，从而提高应力腐蚀抗性和耐磨性。【专利说明】
本专利技术涉及，属于激光材料加工领域。
技术介绍
相对于传统的火电、水电等能源系统，核电作为一种安全、清洁、经济的新型能源，对人类的能源供给起着不可代替的作用。压水堆核电站蒸汽发生器传热管的面积占一回路承压边界面积的80%左右，传热管壁厚一般为1mm~1.2mm,是整个一回路压力边界中最薄弱的部分，国外运行经验表明，大约30%~40%的压水堆因为蒸汽发生器传热管损伤而影响正常运行、降低功率运行或被迫停堆。传热管的破损是由各类腐蚀造成的，包括点蚀(Pitting)、晶间腐蚀(IGA)和晶间应力腐蚀(IGSCC)，其中，60%的问题属应力腐蚀问题。同时压水堆核电站正常工作时，由于流致振动导致的传热管与衬板发生微动磨损，也增加了传热管腐蚀开裂的倾向。 Inconel690合金是高Cr镍基合金，主要用于腐蚀性水介质和高温空气介质环境，而且具有高强度、好的冶炼稳定性和良好的制造特性，广泛使用在核电站蒸汽发生器传热管上。但到目前为止，最早的采用690TT作为传热管材的蒸汽发生器运行也只有不到30年的历史，并且在国外也已经有少量这种材质的传热管出现应力腐蚀开裂问题以及微动磨损问题。因此解决蒸汽发生器破管事故是关系到核电站的安全性及使核电站具有竞争性和生命力的关键问题。 在对已有专利的检索中，发现了名为“一种提高Inconel690合金传热管抗应力腐蚀能力的方法”的专利技术专利(专利号101974773A，以下称“对比专利”)，该专利技术采用电镀铬加激光辐照的方法进行表面改性。但该专利采用的电镀铬工艺，其镀铬层容易脱落，且电镀过程中容易对环境造成污染，而且电镀铬与激光加工的分离也增加了运输成本，不利于现场处理。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决传热管应力腐蚀开裂以及微动磨损问题，提供一种提高核电690合金传热管应力腐蚀抗性和耐磨性的方法，它可使传热管抵抗应力腐蚀的能力和耐磨性能得到大幅提闻。 为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案: —种提高核电690合金应力腐蚀抗性和耐磨性的激光处理方法，其特征在于采用波长为800-1070nm连续激光热源熔凝处理690合金传热管外圆表面的同时辅助氮气进行渗氮处理，，激光功率300-1000W，激光扫描线速度为200-800mm/min，光斑直径0.5_3mm，搭接率20-60%，激光熔凝690合金管外圆表面的同时辅助氮气进行渗氮处理，氮气流量为20-30L/min，氮气喷嘴到传热管表面的距离为5_12mm，喷嘴出口氮气压强为0.5-lMPa, 690传热管内孔辅助流量为20-30L/min的氩气进行保护内孔表面和冷却管壁。 获得厚度为20-100 μ m致密渗氮层，硬度提高到HV200-400。 该工艺包括具体如下步骤: 1.1nconel690合金传热管表面预先采用酒精清洗，除去表面杂质。 2.将传热管固定在机床转台上，转台转动的同时对690合金传热管表面进行激光熔凝，并用喷嘴向熔凝区通高纯氮气进行渗氮处理。 3.渗氮处理同时传热管内配以纯氩气进行保护，防止热影响区合金发生氧化。 激光熔凝渗氮(LaserMelting and Nitriding, LMN)参数如下: 激光器为半导体或光纤激光器，激光波长800-1070nm 激光功率3OO-1OOOW 激光扫描速度200-800mm/min 光斑直径0.5-3mm 搭接率20-60% 喷嘴处氮气压强0.5-lMPa 氮气流量为20_30L/min 気气流量为20_30L/min 氮气喷嘴到传热管表面的距离为5_12mm 本专利技术的有益效果是:用本专利技术方法可对较细长的压水堆核电站蒸汽发生器传热管进行表面处理，且得到的激光渗氮层结构致密、组织均匀，其应力腐蚀抗性和耐磨性显著提高，而采用短波长激光渗氮，光可以更有效的被基体吸收，提高渗氮效率。 【专利附图】【附图说明】 图1是激光熔凝渗氮示意图 1、690传热管外表面；2、机床转台；3、激光系统；4、渗氮喷嘴；5、気气喷嘴(与传热管内壁密封接合)；6、氮化层；7、传热管内壁；8、熔凝区；9、热影响区 图2不同载荷下的磨痕深度图 【具体实施方式】 实施例1: 所述激光熔凝渗氮过程为:选取Inconel690合金传热管(外径为19mm,壁厚为 1.2mm,长300mm),传热管外表面I采用酒精清洗以除去表面杂质，并将传热管固定在机床转台2上，设置转台转速，使690合金传热管外圆的旋转线速度达到200mm/min，同时采用波长为1070nm的光纤激光器进行表面处理，激光热源3对690合金传热管表面进行熔凝，激光输出功率为300W，聚焦后的光斑直径为0.5mm，扫描搭接率为20%，固定在激光系统外围的渗氮喷嘴4向激光辐照区以20L/min的流量送入出口压力为0.5MPa的高纯氮气(99.995% )，渗氮喷嘴距离传热管表面的距离为12mm，同时由连接传热管内壁的氩气喷嘴5向传热管内以20L/min通入纯氩气(99.95% )进行保护、冷却，防止传热管发生氧化。 截取部分试样，用显微镜观察测得熔凝渗氮层6的平均厚度约为20 μ m，测得外表面硬度为HV200。 截取42mm渗氮管制成拉伸试样，进行应力腐蚀拉伸试验，试验应变速率为I X 1-fV1,试验介质50% Na0H+0.3% Si02+0.3% Na2S2O3(质量分数组成)溶液。试验结果如下表: 【权利要求】1.，其特征在于采用波长为800-1070nm连续激光热源熔凝处理690合金传热管外圆表面的同时辅助氮气进行渗氮处理，激光功率300-1000W，激光扫描线速度为200-800mm/min，光斑直径0.5_3mm，搭接率20-60 %，激光熔凝690合金管外圆表面的同时辅助氮气进行渗氮处理，氮气流量为20-30L/min，氮气喷嘴到传热管表面的距离为5_12mm，喷嘴出口氮气压强为0.5-lMPa, 690传热管内孔辅助流量为2 0-30L/min的氩气进行保护内孔表面和冷却管壁。【文档编号】C23F17/00GK104164539SQ201410361414【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年7月27日 优先权日:2014年7月27日 【专利技术者】杨胶溪, 李子阳, 文强, 肖志勇 申请人:北京工业大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种提高核电690合金应力腐蚀抗性和耐磨性的激光处理方法,其特征在于采用波长为800‑1070nm连续激光热源熔凝处理690合金传热管外圆表面的同时辅助氮气进行渗氮处理，激光功率300‑1000W，激光扫描线速度为200‑800mm/min，光斑直径0.5‑3mm，搭接率20‑60％，激光熔凝690合金管外圆表面的同时辅助氮气进行渗氮处理，氮气流量为20‑30L/min，氮气喷嘴到传热管表面的距离为5‑12mm，喷嘴出口氮气压强为0.5‑1MPa,690传热管内孔辅助流量为20‑30L/min的氩气进行保护内孔表面和冷却管壁。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨胶溪，李子阳，文强，肖志勇，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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