一种天然气往复压缩机活塞杆的表面强化方法技术

本发明专利技术提出一种天然气往复压缩机活塞杆的表面强化方法，包括：1）设计和计算活塞杆表面强化层的厚度；2）对所采用的激光熔覆材料、熔覆参数和工艺条件进行工艺评定试验验证；3）根据评定试验结论，对活塞杆表面进行激光熔覆，熔覆粉末材料化学成分为C：≤0.2%，Si：≤0.5%，Mn：≤1.2%，Cr：17~19%，Ni：1.5~2.5%；4）进行无损检测；5）机加工；6）终检：包括尺寸检测，精度和粗糙度、硬度检测以及无损检测。通过本发明专利技术所述表面强化方法处理后的活塞杆表面的强化层与基材以冶金方式结合，强度高，硬度值高于52HRC，热影响区宽度小于0.8mm，且不影响基材机械性能，因此本发明专利技术所述方法适合于活塞杆的表面强化处理，亦可用于废旧活塞杆再制造，应用前景广阔。

Surface strengthening method for piston rod of reciprocating compressor of natural gas

The invention proposes a surface strengthening method for the piston rod of the natural gas reciprocating compressor, including: 1) design and calculate the thickness of the reinforced layer on the piston rod surface; 2) verify the laser cladding material, cladding parameters and process conditions for the use of the process evaluation test; 3) according to the evaluation test conclusion, the piston rod surface is carried out. Laser cladding, the chemical composition of the cladding powder material is C: less than 0.2%, Si: < < 0.5%, Mn: < 1.2%, Cr:17~19%, Ni:1.5~2.5%; 4) for nondestructive testing; 5) machining; 6) final inspection: including size testing, precision and roughness, hardness testing and nondestructive testing. The reinforced layer on the surface of the piston rod after the surface strengthening method of the present invention is combined with the base material in a metallurgical way, with high strength, higher hardness value than 52HRC, the width of the heat affected zone is less than 0.8mm, and does not affect the mechanical properties of the base material, so the method described in this invention is suitable for the surface strengthening treatment of the piston rod, and it can also be used for waste. The piston rod is remanufactured and has a wide application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种天然气往复压缩机活塞杆的表面强化方法
本专利技术涉及表面处理激光熔覆技术，具体涉及一种天然气往复压缩机活塞杆的表面强化方法。
技术介绍
天然气往复压缩机是开采天然气的关键设备之一，其主要是由主机、燃料供给和调速系统、发动机进排气系统、点火系统、润滑系统、冷却系统、启动系统、仪表控制系统、仪表控制及安全保护系统、气体分离及工艺管线系统组成。机组是以天然气为燃料，动力和压缩共用一根曲轴和一个机身，构成整机机组。活塞组件是天然气压缩机动力端和压缩端的动力传动的关键部件，其中活塞杆的失效形式主要为填料、刮油器对活塞杆表面的磨损，且活塞杆承受拉压疲劳和表面接触疲劳也容易导致其失效等。现有技术中活塞杆的表面强化处理工艺方法包括电镀硬铬、热喷涂硬质材料等工艺。但是由于电镀铬工艺对于环境造成的污染，逐渐被国家法规禁止或取缔；而热喷涂工艺形成的涂层与基体之间的结合强度低，使得涂层容易脱落形成硬物质造成活塞杆划伤等。因此需要一种新的表面处理技术代替现有工艺对天然气活塞杆表面进行强化处理。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种天然气往复压缩机活塞杆的表面强化处理方法，依照国际或国家标准对于天然气往复压缩机活塞杆的表面处理的耐磨性、耐腐蚀性的要求，选择匹配的增材材料，设计合理的再制造工艺方法解决现有技术表面强化处理存在的问题，并建立了较完整的活塞杆表面强化工艺技术方法和评价体系。本专利技术关键技术是采用激光熔覆技术强化活塞杆表面，同时本专利技术所述方法也可以用于废旧活塞杆的再制造，再制造后的活塞杆的各项技术性能满足原新品的性能要求，且本专利技术所述方法将废旧的活塞杆变废为宝，恢复其使用性能，符合国家工业绿色制造的发展战略，具有广阔的推广应用前景。本专利技术解决上述技术问题所采取的技术方案如下：一种天然气往复压缩机活塞杆的表面强化方法，包括以下步骤：步骤一、确定活塞杆表面拟将形成的表面强化层的厚度；步骤二、对活塞杆表面进行无损检测，经检测无任何裂纹缺陷后进行步骤三；步骤三、对活塞杆表面进行激光熔覆处理，在活塞杆表面形成步骤一所述厚度的熔覆金属层作为表面强化层；步骤四、对激光熔覆处理后的活塞杆表面再次进行无损检测，经检测无任何裂纹缺陷后进行步骤五；步骤五、对活塞杆按照目标尺寸要求进行机加工；步骤六、对机加工后的活塞杆进行无损检测、尺寸检测和/或硬度检测。进一步的根据本专利技术所述的表面强化方法，其中步骤一中，根据活塞杆所承受的最大载荷来计算活塞杆压杆稳定性的最小直径尺寸，并基于最大载荷和最小直径尺寸确定形成于活塞杆表面的表面强化层的厚度。进一步的根据本专利技术所述的表面强化方法，其中步骤一中确定的形成于活塞杆表面的表面强化层的厚度为0.5~1.0mm。进一步的根据本专利技术所述的表面强化方法，其中步骤二和步骤四中，采用100%表面着色渗透检测（PT）、100%磁粉检测（MT）和/或100%超声波探伤检测（UT）对活塞杆表面进行无损检测。进一步的根据本专利技术所述的表面强化方法，其中步骤三中，激光熔覆处理采用的激光熔覆粉末材料的化学成分重量百分比组成为：C：0.1%~0.2%，Si：≤0.8%，Mn：≤1.0%，Cr：17%~19%，Ni：1.5~2.5%，其余为Fe；激光熔覆处理采用同轴送粉方式添加粉末并结合圆形光斑进行熔覆，熔覆激光器为半导体耦合光纤型激光器；激光熔覆处理的熔覆参数和工艺条件为：激光功率2000~3500W，扫描速率8~10mm/s，熔覆搭接率40~50%，送粉量15~22g/min，熔覆层数1层以上，熔覆保护气体为压缩空气、氮气或氩气。进一步的根据本专利技术所述的表面强化方法，其中步骤三中，通过激光熔覆处理在活塞杆表面均匀地形成0.5~1.0mm厚的熔覆金属层，熔覆金属层的硬度值大于52HRC，且熔覆金属层与活塞杆基材间以冶金方式结合，熔覆金属层的热影响区宽度小于0.8mm。进一步的根据本专利技术所述的表面强化方法，其中步骤五中，采用双顶尖装夹方式固定活塞杆后，分别进行粗车、精车和精磨机加工工序。进一步的根据本专利技术所述的表面强化方法，其中步骤六中，采用100%表面着色渗透检测（PT）、100%磁粉检测（MT）和/或100%超声波探伤检测（UT）对机加工后的活塞杆进行无损检测，不得有任何线性缺陷；按照图纸和标准要求对机加工后的活塞杆进行尺寸检测，以使活塞杆的尺寸、公差和精度满足要求；硬度检测满足活塞杆要求的硬化区域的硬度值为52HRC~58HRC。进一步的根据本专利技术所述的表面强化方法，其中还包括激光熔覆评定试验步骤，所述激光熔覆评定试验步骤在步骤三所述激光熔覆处理之前实施，通过所述激光熔覆评定试验步骤确定步骤三所述激光熔覆处理所需的激光熔覆材料、熔覆参数和工艺条件。进一步的根据本专利技术所述的表面强化方法，其中所述激光熔覆评定试验步骤具体为：对拟采用的激光熔覆材料、熔覆参数和工序条件提前进行工艺评定试验，通过对熔覆金属、热影响区和活塞杆基材的显微金相组织进行分析和评定，测定各区硬度值及其变化，并对熔覆金属层的化学成分进行分析，以验证对应参数条件下所获得的熔覆金属层的性能是否能够满足强化要求或达到最佳性能，进而确定激光熔覆处理中所需的激光熔覆材料、熔覆参数和工艺条件。本专利技术所述技术方案比起现有电镀硬铬和热喷涂等工艺具有如下优点：1）本专利技术针对天然气往复压缩机活塞杆提出了一种全新的基于激光熔覆创新技术的表面强化处理方法，首次将激光熔覆技术应用于天然气往复压缩机活塞杆的表面强化处理，并针对天然气往复压缩机活塞杆的表面强化处理创新设计了激光熔覆材料、熔覆参数和熔覆工序，有效解决了天然气往复压缩机活塞杆的表面强化问题，提高了天然气往复压缩机活塞杆使用性能和寿命；2）本专利技术所采用激光熔覆合金粉末具有自溶性，具有良好的抗氧化性能和润湿性，即使不选择保护气体，仍具有良好表面成型特性；3）本专利技术在活塞杆表面形成的强化层为熔覆金属层，其与活塞杆基体间的结合方式为冶金结合，结合强度高，熔覆金属层不易脱落；4）本专利技术所采用的熔覆金属的硬度值可达52HRC~58HRC，高于现有标准要求的硬度值50HRC，具有良好耐磨性和耐腐蚀性；5）本专利技术的工艺生产过程中无需对活塞杆基体进行预热和后热处理，且以自动化生产为主，熔覆金属的质量可靠和稳定；6）本专利技术所述方法可将废旧的活塞杆变废为宝，恢复其使用性能，符合国家工业绿色制造的发展战略，具有广阔的推广应用前景。具体实施方式下面对本专利技术的技术方案进行详细的描述，以使本领域技术人员能够更加清楚的理解本专利技术，并并不因此限制本专利技术的保护范围。本专利技术提供的天然气往复压缩机活塞杆表面强化工艺方法，具体包括如下过程步骤：（1）设计与计算：根据天然气往复压缩机活塞杆所承受的最大载荷，计算活塞杆的压杆稳定性的最小直径尺寸，并设计拟将形成于活塞杆表面的强化层的厚度，该厚度将作为后续熔覆形成于活塞杆表面的熔覆金属层的厚度，优选的形成于活塞杆表面的熔覆金属强化层的厚度为0.5~1.0mm；（2）激光熔覆评定试验：对拟采用的激光熔覆材料、熔覆参数和熔覆工序进行工艺评定试验，具体的根据相关标准和强化要求，在合理范围内选择熔覆材料及对应的熔覆参数与工序条件提前进行激光熔覆试验，试验完成后，通过对熔覆金属、热影响区（热影响区宽度小于0.8mm且对基体性能不产生影本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种天然气往复压缩机活塞杆的表面强化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、确定活塞杆表面拟将形成的表面强化层的厚度；步骤二、对活塞杆表面进行无损检测，经检测无任何裂纹缺陷后进行步骤三；步骤三、对活塞杆表面进行激光熔覆处理，在活塞杆表面形成步骤一所述厚度的熔覆金属层作为表面强化层；步骤四、对激光熔覆处理后的活塞杆表面再次进行无损检测，经检测无任何裂纹缺陷后进行步骤五；步骤五、对活塞杆按照目标尺寸要求进行机加工；步骤六、对机加工后的活塞杆进行无损检测、尺寸检测和/或硬度检测。

【技术特征摘要】
1.一种天然气往复压缩机活塞杆的表面强化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、确定活塞杆表面拟将形成的表面强化层的厚度；步骤二、对活塞杆表面进行无损检测，经检测无任何裂纹缺陷后进行步骤三；步骤三、对活塞杆表面进行激光熔覆处理，在活塞杆表面形成步骤一所述厚度的熔覆金属层作为表面强化层；步骤四、对激光熔覆处理后的活塞杆表面再次进行无损检测，经检测无任何裂纹缺陷后进行步骤五；步骤五、对活塞杆按照目标尺寸要求进行机加工；步骤六、对机加工后的活塞杆进行无损检测、尺寸检测和/或硬度检测。2.根据权利要求1所述的表面强化方法，其特征在于，其中步骤一中，根据活塞杆所承受的最大载荷来计算活塞杆压杆稳定性的最小直径尺寸，并基于最大载荷和最小直径尺寸确定形成于活塞杆表面的表面强化层的厚度。3.根据权利要求2所述的表面强化方法，其特征在于，其中步骤一中确定的形成于活塞杆表面的表面强化层的厚度为0.5~1.0mm。4.根据权利要求1所述的表面强化方法，其特征在于，其中步骤二和步骤四中，采用100%表面着色渗透检测（PT）、100%磁粉检测（MT）和/或100%超声波探伤检测（UT）对活塞杆表面进行无损检测。5.根据权利要求1所述的表面强化方法，其特征在于，其中步骤三中，激光熔覆处理采用的激光熔覆粉末材料的化学成分重量百分比组成为：C：0.1%~0.2%，Si：≤0.8%，Mn：≤1.0%，Cr：17%~19%，Ni：1.5~2.5%，其余为Fe；激光熔覆处理采用同轴送粉方式添加粉末并结合圆形光斑进行熔覆，熔覆激光器为半导体耦合光纤型激光器；激光熔覆处理的熔覆参数和工艺条件为：激光功率2000~3500W，扫描速率8~10mm/s，熔覆搭接率40~50%，送粉量15~22g...

【专利技术属性】
技术研发人员：李世亮，苏成明，王春昌，黄芳，李君强，
申请(专利权)人：陕西天元智能再制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61