[发明专利]一种煤化工球阀球体耐冲蚀表层的激光制备方法

说明书

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，特别涉及一种煤化工球阀球体耐冲蚀表层的激光制备方法。

背景技术

球阀是煤化工行业当中使用数量较多的介质输送控制设备，是煤制油设备备安全运行过程中必不可少的重要组成部分。

煤化工使用的球阀承受高温、高压以及高速固气两相流冲蚀，工况环境极其恶劣，这就对球阀材料和制造工艺提出了十分严格的要求，特别是球阀球体，其表面硬度需达HRC65 且耐冲蚀性能要好。仅依靠球阀本体材料难以满足使用需求，必须在球阀球体表面制备一层耐磨、耐腐蚀、耐冲蚀涂层。目前，能够满足这种特殊需求的涂层材料通常是碳化钨（WC）涂层，碳化钨涂层的制备技术主要有喷焊、超音速喷涂、等离子喷涂和激光熔覆等。采用喷焊、喷涂手段制得的球体表层往往硬度不高，表层与球体基材结合力低，耐冲蚀性能差。激光熔覆WC涂层结合强度高，但开裂倾向大，尤其是在球面上激光熔覆WC材料，在边缘区域由于无法散热，造成碳化钨过热，引起涂层开裂。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种煤化工球阀球体耐冲蚀表层的激光制备方法，采用阀门球体内孔预留尺寸，避免激光熔覆球体边缘区域，同时优化涂层元素配比，减小涂层激光熔覆过程的开裂倾向，采用本发明工艺制备出的球阀球体耐冲蚀强化层能够满足耐磨、耐腐蚀等需求，且涂层无缺陷。

本发明是通过以下技术方案予以实现的。

一种煤化工球阀球体耐冲蚀表层的激光制备方法，其制备方法如下：

（1）                  对球阀球体内孔进行加工，对于球体内孔尺寸进行预留，球体内孔直径比球体内孔最终直径大20~30mm；

（2）                  对球体表面进行清洗与喷砂处理；

（3）                  将待处理球体放入烘箱，对球体进行预热，预热温度控制在300~500℃，加热升温速度不超过100℃/h，达到设置温度后进行保温，保温时间2~3h；

（4）                  根据球体尺寸对激光熔覆过程中的熔覆轨迹进行规划，起始点位于球体的预留区，所述激光熔覆过程中的熔覆轨迹规划为球体绕内孔中心轴线旋转，激光加工头沿球面作圆弧运动，并保证加工头始终垂直于球面；

（5）                  配置复合材料粉末，所述复合材料粉末为钨基合金，所述钨基合金元素成分按质量百分比计为：C：3~5%，Cr：8~12%，Ni：20~24%，Fe：4-6%，Co：4-6%，Nb：1~3%，Si：1~3%，Ti：1~2%，B：0.5~1%， W：余量；

（6）                  通过激光器对球体进行激光熔覆，激光熔覆过程中，将复合材料粉末侧向喷入激光熔池中，同时在激光熔覆过程中向激光熔覆区域吹入保护气体，防止激光熔覆区域被氧化，其中，所述激光功率密度为4.6~6.1kW/cm²、加工头相对球体线速度为2~5m/s、离焦量为-30~+30mm、送粉量为10~20g/min、搭接量为2.8~3.5mm；

（7）                  对经过步骤（6）激光熔覆后的球体进行保温缓冷处理，缓冷温度不超过200℃，保温时间大于2小时，保温后自然冷却；

（8）                  对经步骤（7）保温缓冷处理后的球体进行球面磨削与内孔加工至最终尺寸，即可。

上述一种煤化工球阀球体耐冲蚀表层的激光制备方法，其中，所述激光器为固体激光器或者CO₂激光器。

上述一种煤化工球阀球体耐冲蚀表层的激光制备方法，其中，所述保护气体为氩气。

本发明的有意效果为：本方法可以提高球阀球体表面硬度、耐冲蚀性的激光制备方法，能够有效提提高球阀球体的使用寿命。

附图说明

图1为球阀球体内孔预留尺寸示意图。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

实施例一：

本发明针对半径190mm的Inconel 718球阀球体，提供一种特种阀门球体表面耐冲蚀强化层的激光制备方法，包括如下步骤：

（1）对球阀球体1内孔进行加工，对于球体内孔尺寸进行预留，如图1所示，球体内孔最终直径尺寸为d2=180mm，在激光熔覆前球体内孔直径加工至d1=160mm；

（2）对球体表面进行丙酮清洗与喷砂处理；