一种基于扫描振镜的汽轮机叶片激光分区合金化方法技术

一种基于扫描振镜的汽轮机叶片激光分区合金化方法：对叶片待处理的部位进行预处理，然后涂覆合金涂料，风干后，将待处理的区域沿叶片轴线方向进行分区规划，接着对划分后的每个分区进行扫描线填充，随后对每个分区扫描顺序离散化规划，激光在振镜的控制下按照既定好的扫描线对每个分区单独加工，各个分区按离散化规划好的加工顺序依次被加工处理，最终完成整个处理区域的合金化；本发明专利技术利用扫描振镜系统来控制激光按既定的扫描路径和策略对叶片进汽边进行合金化处理，以此来解决叶片激光合金化处理时涂层不均匀、表面粗糙度大、叶片变形等问题，进而取代现有机械手带动激光器进行合金化处理的方式。

A laser zone alloying method for turbine blades based on scanning galvanometer

【技术实现步骤摘要】
一种基于扫描振镜的汽轮机叶片激光分区合金化方法
本专利技术公开了一种基于扫描振镜的汽轮机叶片激光分区合金化方法，适用于叶片进汽边曲面的激光合金化处理，能有效提高叶片进汽边的抗水蚀能力。
技术介绍
叶片是汽轮机的心脏，同时也是事故最多的关键部件。以末级叶片为例，它的工作环境为湿度9％-14％湿蒸汽区，汽流中携带的大量的水滴在很高的轮周速度及离心力作用下冲蚀叶片，使得叶片顶部进汽边产生点蚀而失效。可见，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。采用激光合金化技术可以有效提高叶片的抗汽蚀性能，延长叶片的使用寿命。它主要是利用高能量激光束使得基体材料表面与根据需要加入的合金元素同时快速熔化、混合，使材料表面形成以原基材为基的具有所要求深度和化学成分的表面合金化层。目前，叶片的激光合金化处理主要是通过机械手带动激光器沿叶片的进汽边进行合金化处理。在实际使用过程中往往存在如下问题：1)激光束的运动全部依赖数控机床或机械手来完成，起床频繁启动和机床的抖动会影响合金化涂层的表面质量；2)叶片具有复杂的曲面，加工时难以保证所制备合金化层的均匀性；3)由于叶片厚度薄，在处理过程中极易由于热累积导致变形而无法后续使用；4)处理曲面时，熔池在重力的影响下易发生的流淌现象，从而增加合金化层的粗糙度，降低所制备合金化层的耐汽蚀性能；5)激光器输出光斑尺寸为定值，对于不规则区域和不同尺寸叶片的处理柔性化程度和适应度不高。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术利用扫描振镜系统来控制激光按既定的扫描路径和策略对叶片进汽边进行合金化处理，以此来解决叶片激光合金化处理时涂层不均匀、表面粗糙度大、叶片变形等问题，进而取代现有机械手带动激光器进行合金化处理的方式。本专利技术的技术方案如下：一种基于扫描振镜的汽轮机叶片激光分区合金化方法，所述方法为：对叶片待处理的部位进行预处理，然后涂覆合金涂料(涂覆厚度控制在0.2～1mm)，风干后，将待处理的区域沿叶片轴线方向进行分区规划，接着对划分后的每个分区进行扫描线(激光需扫描的路径)填充，随后对每个分区扫描顺序离散化规划，激光在振镜的控制下按照既定好的扫描线对每个分区单独加工，各个分区按离散化规划好的加工顺序依次被加工处理，最终完成整个处理区域的合金化；其中，所述叶片的材料例如为17-4PH；所述预处理的方法为将叶片待处理的部位进行打磨，清洗，风干；所述合金涂料由合金相、溶剂、粘结剂按质量比1：1.42～1.48：0.02～0.08组成，所述合金相的成分为Co：18-22.5％、W：10.5-13.5％、Mo：9.5-12.6％、Ni：5.5-8.5％、Cr：20-25％、Si：1-2％、C：0.1％-0.3％和余量的Fe，溶剂为无水乙醇，粘结剂为紫胶；所述分区的宽度为0.12-5mm，分区最小宽度为激光光斑的最小尺寸，分区最大宽度为保证合金化层质量的最优值；分区的长度为10-100mm；激光光斑为0.12-0.19mm；所述扫描线的间距为0.02-0.06mm，扫描方式为蛇形扫描；所述离散化规划是指：对分区依次编号1、2、3、4、……、n(n为整数)，在此基础上按照间隔i的顺序进行离散化处理，1≤i≤n/2-1(i为整数)；例如：分区14块，间隔1，则离散扫描顺序为“1→3→5→7→9→11→13→2→4→6→8→10→12→14”；加工时激光处理的工艺参数为：激光功率300-1000W，扫描速度100-1000mm/s。相对于现有技术，本专利技术具有如下突出优点和效果：1)对叶片分区规划，分别处理，充分保证合金化层的均匀性；2)通过离散的规划，能使每个分区充分散热，降低热量累积，减小处理后叶片变形小；3)本专利技术所采用激光振镜系统，激光主要依靠振镜控制完成高速扫描动作，加工过程中激光器固定不动，提高了激光的稳定性和处理的精度；5)通过调整扫描线间距的大小，可以改善成型合金化层的表面质量；4)可以根据实际情况调整扫描区域大小，提高处理区域的柔性化程度，十分适用于叶片曲面的激光合金化处理，并且对不同尺寸的叶片都能到达较好处理效果；5)处理时一次熔化体积减小，可以避免由于重力而导致的熔池流淌现象，提高制备合金层的表面粗糙度。附图说明图1本专利技术的加工原理示意图。图2本专利技术的分区扫描策略示意图。图3本专利技术制备合金化层截面金相图。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术的保护范围并不仅限于此。实施例11)对叶片需处理的部分前处理，包括打磨，清洗，烘干。2)将合金涂料涂覆于叶片处理的部位，合金涂料由合金相、溶剂无水乙醇、粘结剂紫胶按质量比1：1.48：0.02组成，合金相成分为：Co：22.5％，W：13.5％，Mo：12.6％，Ni：5.5％，Cr：25％，Si：2％，C：0.3％和余量的Fe，控制层厚在0.7-1mm，待其完全风干后方可进行下一步。3)首先将所需处理的区域沿叶片轴线方向进行区域划分，分区尺寸为20×2mm。对分区填充扫描线，设置扫描线间距为0.02mm，并对分区依次顺序编号。4)开始合金化处理，设置激光参数为激光功率1000W，扫描速度1000mm/s，离散扫描顺序为间隔i＝1扫描。对所制备的合金化层表面进行检测，合金化层表面质量好，没有裂纹及波纹状粗糙表面，同时叶片基本无变形，达到了预期效果。对合金化层的进金相和硬度进行观察，合金化分布均匀如图3中a所示，厚度为187.74μm，平均硬度为726HV0.2，较基体硬度提高两倍。实施例2合金涂料由合金相、溶剂无水乙醇、粘结剂紫胶按质量比1：1.42：0.08组成，合金相成分为：Co：18％，W：10.5％，Mo：9.5％，Ni：5.5％，Cr：20％，Si：1％，C：0.1％和余量的Fe，控制层厚在0.2-0.5mm。将所需处理的区域沿叶片轴线方向进行区域划分，分区尺寸为20×5mm。对分区填充扫描线，设置扫描线间距为0.04mm，并对分区依次顺序编号。设置激光参数为激光功率300W，扫描速度100mm/s，离散扫描顺序为间隔i＝2扫描。其他工艺步骤如实施例1。对所制备的合金化层表面进行检测，合金化层表面质量好，没有裂纹及波纹状粗糙表面，同时叶片基本无变形，达到了预期效果。对合金化层的进金相和硬度进行观察，合金化分布均匀如图3中b所示，厚度为232.57μm，平均硬度为718HV0.2，较基体硬度提高两倍。实施例3合金涂料由合金相、溶剂无水乙醇、粘结剂紫胶按质量比1：1.45：0.05组成，合金相成分为：Co：20％，W：12％，Mo：11.5％，Ni：7％，Cr：22.5％，Si：1.5％，C：0.2％和余量的Fe，控制层厚在0.4-0.8mm。...

【技术保护点】
1.一种基于扫描振镜的汽轮机叶片激光分区合金化方法，其特征在于，所述方法为：/n对叶片待处理的部位进行预处理，然后涂覆合金涂料，风干后，将待处理的区域沿叶片轴线方向进行分区规划，接着对划分后的每个分区进行扫描线填充，随后对每个分区扫描顺序离散化规划，激光在振镜的控制下按照既定好的扫描线对每个分区单独加工，各个分区按离散化规划好的加工顺序依次被加工处理，最终完成整个处理区域的合金化；/n所述分区的宽度为0.12-5mm，分区的长度为10-100mm；激光光斑为0.12-0.19mm；/n所述扫描线的间距为0.02-0.06mm，扫描方式为蛇形扫描；/n所述离散化规划是指：对分区依次编号1、2、3、4、……、n，在此基础上按照间隔i的顺序进行离散化处理，1≤i≤n/2-1，n、i均为整数；/n加工时激光处理的工艺参数为：激光功率300-1000W，扫描速度100-1000mm/s。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于扫描振镜的汽轮机叶片激光分区合金化方法，其特征在于，所述方法为：
对叶片待处理的部位进行预处理，然后涂覆合金涂料，风干后，将待处理的区域沿叶片轴线方向进行分区规划，接着对划分后的每个分区进行扫描线填充，随后对每个分区扫描顺序离散化规划，激光在振镜的控制下按照既定好的扫描线对每个分区单独加工，各个分区按离散化规划好的加工顺序依次被加工处理，最终完成整个处理区域的合金化；
所述分区的宽度为0.12-5mm，分区的长度为10-100mm；激光光斑为0.12-0.19mm；
所述扫描线的间距为0.02-0.06mm，扫描方式为蛇形扫描；
所述离散化规划是指：对分区依次编号1、2、3、4、……、n，在此基础上按照间隔i的顺序进行离散化处理，1≤i≤n/2-1，n、i均为整数；
加工时激光处理的工艺参数为：激光功率300-1000W，扫描速度100-1000mm/s。

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【专利技术属性】
技术研发人员：姚建华，王晔，吴国龙，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33