[发明专利]气体压缩机失效转子的激光修复工艺

说明书

本发明涉及石油化工行业，系所使用的机械设备的失效部件维修复原的一种新方法。

石油化工用空气、氨气、二氧化碳、氢气等气体介质的气压机透平转子和螺杆压缩机转子，转速在2980～15000转/分，长期工作温度为-30～250℃，经过3～6年长期运转，在转子两端轴径处出现环沟状严重磨损，磨损区宽度达80～120mm，深度达0.6～3.0mm；透平转子的叶轮气封肩台处出现严重沟状磨损，宽度达10～20mm，深度达2～4mm；螺栓压缩机转子的凸、凹主副螺杆齿面出现严重碰撞损伤，长度占螺杆大部分，深度3.5～6mm。压缩机转子从美国、英国、日本进口，制造材料为SAE4340钢、AISI1040钢和2Cr13钢，几何尺寸精度和形态要求十分精密。损伤后用常规机械和热焊及深层方法无法修复，只能作失效报废处理，由此造成的损失十分严重。

本发明的目的是针对现有技术对进口设备损伤失效部件修复难的课题，提供了一种采用激光修复气体压缩机转子损伤部位，达到原设计要求指标的工艺方法。气体压缩机失效转子的损伤区域，由高能量密度的激光束辐射，用与转子一致或相类同的金属材料熔铸修复损伤部位，使其恢复至原设计几何尺寸形态和技术指标，并使修复后的转子耐磨性、耐介质腐蚀的能力更佳。

气体压缩机失效转子的激光修复工艺，是由损伤部件预处理、物料预置、激光熔铸、磨修、检测、喷涂、抛光等多道工序组成，其特征是：

a.激光束沿着压缩机转子的损伤区，实行20×Y(Y＝1～20mm)宽带光斑扫描辐照，扫描激光束均匀覆盖损伤区域，激光束功率为3000～8000W，激光熔铸每层厚度在0.3～6mm范围内自由调节；

b.当压缩机转子损伤区出现变形或产生裂纹及氢脆，在激光熔铸修复前、后均应进行热处理，修复前温度为100～200℃，修复后温度为120～300℃；

c.转子修复材料，按转子材质和使用性能要求，采用底层具有与基体浸润性好，结合强度高的Ni基合金，面层为硬度和强度高的、抗裂性好的Co基合金形成的双层复合材料；亦可采用上述两层材料为基础，再熔铸一层具有抗冲刷、耐磨损和耐腐蚀性高的不锈钢材料；

d.激光熔铸送粉方式：一种是转子转动方式与粉剂流的运动方向夹角小于90°的正向送入，另一种是转子转动方向与粉剂流的运动方向夹角大于90°的逆向送入，两种方式既可简化工艺，又能提高粉剂利用率。

本发明的积极效果是：修复速度快，转子基体无变形，无裂纹缺陷；修复后的气体压缩机转子，既恢复了原设计几何尺寸形态，又能提高其强度指标，使转子安全和使用性能大幅度提高，经济效益颇明显。也适用于油、氨等液体介质压缩机的转子损伤失效的修复加工，具有很大的产业和技术前景。

实施例1

某公司使用的氢气压缩机转子，型号441B6型，是美国德莱塞兰公司的进口产品；最大连续转速：15000rPm，使用温度150℃，转子材料为SAE4340钢；转子损伤情况：转子端φ88.9mm轴径磨损伤严重，宽度为100mm、深度为0.75～1.10mm；采用强度计算及寿命评估，无损检测、机械清理、激光熔铸、机械加工、高速动平衡试验等一整套激光熔铸修复工艺，使损伤失效的转子恢复原设计几何尺寸及技术性能。采用CO₂激光束，20×3mm宽带辐照，激光功率：2600～3000W，扫描速度3～4mm/s；采用Ni基合金粉剂和Co基合金粉剂双层梯度激光熔铸，并使用120℃±5℃预热和150℃±5℃热处理损伤修复区，消除基体长期使用过程中残留的氢脆和变形；正向送料角度为60°，每层料厚5mm；经激光熔铸修复后的高速压缩机转子，工作状态达到设计使用要求，使美国供应商认为不可修复的转子得以恢复和使用。

实施例2

在石化公司使用的HS255/1356型无油螺杆式压缩机转子，英国HOWDEN公司生产。使用介质C₄气体，温度84℃，转速5974rPm。四齿阳螺杆和六齿阴螺杆齿面均碰撞损环失效，损伤长度47～175mm，宽度9～40mm，深度3.5～6.0mm。采用激光束宽带20×5mm扫描辐照，辐照功率3200～4000W，扫描速度为2～5mm/s，使用与基体相近的不锈钢粉剂材料，逆向送料角度为135°，每层料厚3mm，并在熔铸后于250～300℃进行热处理，消除残留应力。修复后的转子，经检测，各项技术指标均达标准。

在激光熔铸修复前，应采用机械尺寸检测，并进行强度与持久寿命计算，无损检测、机械加工复形等一系列修复工序。经激光熔铸修复的压缩机转子，已经投入原工况使用，性能良好，颇受用户欢迎。