[发明专利]一种金属水轮机转轮表面等离子熔覆方法

说明书

技术领域

本发明涉及机械处理方法，特别是一种金属水轮机转轮表面等离子熔覆方法。即采用等离子熔覆方法在金属水轮机转轮表面形成高强度耐磨涂层,该方法可广泛应用于水利行业金属水轮机转轮。

背景技术

我国是世界上水力资源极为丰富的国家，水电已成为我国重点发展的可再生能源之一，水力可开发的电能力3.8亿kw，年发电量1.9万亿kw.h，相当于11亿吨原煤的发电量。但同时我国的河流泥沙含量大，长江及其支流以沙粒硬度高为特点，黄河则以含沙量大为特征，目前已经运行的100多座大中型水电站中，有严重泥沙磨损的约占40%，在黄河干支流上这一数值更是高达66.3%，黄河三门峡河段的年输沙量近16亿t，为世界之最，对水轮机过流部件的磨蚀更为突出，据估计，在已运行的水电站中，约有1/5～1/4的水轮机叶片遭受不同程度的泥沙危害，每年因水轮机过流部件（主要为叶片）磨蚀破坏而停运或检修引起的电能损失约20～30亿kw.h，年消耗检修费及设备更新费达千万元之巨。如黄河上、中游的刘家峡、盐锅峡、青铜峡、天桥、三门峡等水电站的水轮机不同程度地遭受泥沙磨蚀破坏，特别是距小浪底最近的三门峡，破坏最为严重，经过一个汛期的运行，转轮叶片的破坏程度趋于报废，被迫汛期停运，每年造成直接与间接的经济损失更无法估计。因此如何解决水轮机过流部件的磨蚀问题已经成为工程建设中的关键技术之一。

目前，制造水轮机转轮的材料代表性的有普通碳钢、低合金钢、普通不锈钢和高强度不锈钢。国内一般的水轮机转轮通常为铸钢、Cr5Cu合金钢、1Cr18Ni9Ti不锈钢、ZG0Cr13Ni5Mo不锈钢、0Cr13Ni5Mo不锈钢、ZG0Cr16Ni5Mo不锈钢、GX5GrNi13-4V1、ZG0Cr13Ni4Mo不锈钢、00Cr13Ni4Mo等不锈钢等材料制成的。用于水轮机转轮表面硬化的方法有激光表面淬火、表面堆焊耐磨材料、表面热喷涂 (包括氧乙炔喷涂、等离子喷涂、电弧喷涂和超音速喷涂) 耐磨耐热材料、电火花表面强化等。激光表面淬火硬化层薄且设备投资大、维护费用高；表面堆焊耐磨材料成本高，而且也存在表面加工困难的问题；表面热喷涂前处理一般采用喷砂，有环境污染，涂层加工困难，涂层与基体之间的结合属于机械结合，涂层易疲劳剥落；电火花表面强化由于涂层很薄，一般厚度为几十微米，且工作效率很慢，用于中大型水轮机转轮的强化就不适合。因此，如何更好的对水轮机转轮进行处理是本领域技术人员一直在研究解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述方法所制造金属水轮机转轮表面强化的不足，提供一种金属水轮机转轮表面等离子熔覆方法，对金属水轮机转轮叶片进行等离子熔覆处理，可有效解决水轮机转轮叶片的表面的硬度、耐磨性、耐腐蚀性和耐冲击性等性能，延长金属水轮机转轮的使用寿命的问题。

本发明解决的技术方案是，用非氧化性的等离子束流在把合金粉末熔覆在水轮机转轮叶片表面上，形成硬质合金涂层，步骤是：

1、配制铁镍合金粉末，方法是，按重量百分比将Ni 25～30%、Cr 15～25%、C 1～2%、Mo 2～3%、B 2～4%、Si 3～5%、W 2～4%、余量为Fe 的粉末，混合在一起制成；

2、采用等离子熔覆耐磨设备（公知常用设备，如北京等离子熔覆耐磨设备技术公司，或河南省煤科院耐磨技术有限公司），设定工艺参数，输入电源电压：380V±10%，额定输入容量： 30KVA，输出电压：75V ，工作电压： 10～30V ，输出电流： 300～600A，扫描速度： 150～500mm/min，送粉器气流：0.6～1.2 m³/h，离子气体流量：0.6～1.0 m³/h，保护气体流量：0.6～1.0 m³/h；

3、开启等离子熔覆耐磨设备的工作台运行，使等离子炬移到水轮机转轮叶片熔覆部位上方，开启等离子炬保护气体氩气和电源起弧，进入等离子束熔覆过程，按步骤2中给出的工艺参数，按等离子熔覆耐磨设备的常规操作方法，对等离子熔覆耐磨设备进行操作，在直流等离子束流的高温10000-16000℃下，将步骤1中配置好的铁镍合金粉末同步送入等离子炬的等离子束流中，水轮机转轮叶片表面快速依次形成与束流直径尺寸相近的熔池，粉末经快速加热，呈熔化或半熔化状态与熔池金属发生混合扩散反应，随着等离子束流的移动，合金熔池迅速凝固，形成与基体呈冶金结合1-10mm厚的硬质合金涂层；

4、熔覆完成后，关闭等离子炬电源和气源，熔覆后，对叶片表面的硬质合金涂层经磨削或抛光，或直接作为叶片使用。