[发明专利]一种汽轮机阀杆表面堆焊司太立的过渡层材料及堆焊方法

说明书

本发明属于金属材料领域，涉及一种汽轮机阀杆表面堆焊司太立的过渡层材料及堆焊方法。本发明针对汽轮机阀杆表面堆焊司太立合金层易开裂以及应该过程中易变形等问题，设计了一种由Ni、Ti、C、B四种元素组成的过渡层材料，成分配比为：Ni‑(45～44wt％)Ti‑(0.1～0.2wt％)C‑(0.1～0.2wt％)B，在堆焊司太立合金之前，在阀杆需要堆焊的表面先堆焊一层过渡层材料，堆焊的过程中C和B分别与Ti发生反应形成均匀细小的TiC和TiB₂颗粒，凝固后这些颗粒均匀分布在NiTi基体中，NiTi基体具有超弹性特性，其弹性应变约为6％，能够极大地缓解堆焊界面处产生的应力，避免堆焊层开裂，同时过度层还具有高的强度，能够避免在使用过程中阀杆与阀座接触处的变形，极大地提高了阀芯的密封性和可靠性。

技术领域

本发明属于金属材料领域，涉及一种汽轮机阀杆表面堆焊司太立的过渡层材料及堆焊方法。

背景技术

在超超临界汽轮机组阀芯部套(主要包括阀杆、阀座等)中，很多关键零部件的表面需要堆焊司太立合金以增加具备的强度和硬度，从而增加阀门的密封性，如阀杆与阀座在互相接触的表面都需要堆焊一定厚度的司太立合金，以防止在调节高温蒸汽压力时阀杆与阀座不断的接触碰撞导致阀杆和阀座的局部变形从而造成密封不严等问题的发生。阀杆根据应用的温度和压力不同，选用的材质也不同，目前540℃以上应用多采用GH2132等高温合金，540℃以下多采用30Cr1Mo1V等耐热钢。汽轮机阀杆在工作过程中根据蒸汽压力的不同会进行动态调节，为了使得阀杆与阀座在高温下有更好的密封，无论是高温合金材质阀杆还是耐热钢阀杆，通常都需要在阀杆表面与阀座接触的部位堆焊一层在高温下(650℃以下)保持较高硬度和强度的司太立合金材料。在实际阀杆表面堆焊司太立合金的过程中发现，无论是高温合金阀杆还是耐热钢阀杆在直接堆焊司太立合金时，容易在司太立合金层或界面处产生裂纹。分析裂纹的产生，是由于在堆焊冷却过程中阀杆母材和司太立合金的热膨胀系数不匹配而在界面处产生的应力过大造成的。为了解决这个问题，目前采用的方法是在堆焊司太立合金层之前，先堆焊一层具有良好塑性的过渡层材料，以缓解界面处的应力从而避免裂纹产生，目前公开报导的过渡层材料为ERNICR-3(Inconel82)，该材料能够一定程度上避免裂纹的产生，但是由于该材料的强度低，因此容易造成阀杆在与阀座接触碰撞过程中由于界面处强度低产生塑性变形而造成阀杆与阀座接触面的尺寸变化，从而影响密封性。

发明内容

本发明目的是提供一种既能够避免堆焊裂纹，同时在服役过程中又不会因过渡层强度低而造成阀杆尺寸变形的过渡层材料以及相应的堆焊方法。

本发明设计了一种由Ni、Ti、C、B四种元素组成的过渡层材料，成分配比为：Ni-(45～44wt％)Ti-(0.1～0.2wt％)C-(0.1～0.2wt％)B。

一种汽轮机阀杆表面堆焊司太立的过渡层材料的堆焊方法，其特征在于在堆焊司太立合金之前，在阀杆需要堆焊的表面先堆焊一层过渡层材料，堆焊的过程中C和B分别与Ti发生反应形成均匀细小的TiC和TiB₂颗粒，凝固后这些颗粒均匀分布在NiTi基体中，NiTi基体具有超弹性特性，其弹性应变约为6％，能够极大地缓解堆焊界面处产生的应力，避免堆焊层开裂，同时过渡层还具有高的强度，能够避免在使用过程中阀杆与阀座接触处的变形。

如上所述汽轮机阀杆表面堆焊司太立的过渡层材料的堆焊方法，其特征在于：具体步骤如下：

(1)混粉：选用粒度范围为30-70微米的球形镍粉、30-70微米的球形钛粉、1-2微米的碳粉和1-2微米的硼粉按质量配比为Ni-(45～44wt％)Ti-(0.1～0.2wt％)C-(0.1～0.2wt％)B进行球磨混合，混合时间60-90分钟，球磨转速100-150转/分钟。

(2)堆焊过渡层：混合均匀后采用激光熔覆的方法在阀杆表面进行堆焊，堆焊激光功率控制在500-600W，扫描速度控制在600-650mm/min，激光光斑直径控制在1-1.5mm，送粉速率10-20g/min，过渡层的堆焊厚度为0.20-0.25mm。