一種葉片類零件再制造的激光預(yù)處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及板類零件再制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其適用于水輪機(jī)葉片類零件的再制造。
【背景技術(shù)】
[0002]汽輪機(jī)或水輪機(jī)等設(shè)備的葉片在工作中受到流體工作介質(zhì)的沖擊，長期運(yùn)行會(huì)在葉片表面產(chǎn)生疲勞裂紋，如不及時(shí)進(jìn)行修復(fù)處理會(huì)導(dǎo)致葉片斷裂。現(xiàn)有的葉片修復(fù)常采用堆焊、融覆等方式，修復(fù)前的預(yù)處理通常為清洗、打坡口、預(yù)熱等。
[0003]如申請(qǐng)?zhí)枮镃N201310170388的專利文獻(xiàn)，其公開一種高溫合金渦輪葉片修復(fù)材料及其修復(fù)工藝，其主要是采用堆焊方式進(jìn)行葉片修復(fù)；再如申請(qǐng)?zhí)枮镃N200980100135的的專利文獻(xiàn)，其公開一種渦輪葉片修復(fù)材料及其修復(fù)工藝，則是介紹了一種采用微弧火花沉積工藝進(jìn)行堆焊的修復(fù)渦輪葉片的方法。上述兩種方法的預(yù)處理工藝均為清洗和預(yù)熱，雖然能滿足普通裂紋的修復(fù)，但對(duì)于大尺度裂紋修復(fù)還需打坡口處理(寧淑賢.敘利亞迪仕林電站水輪機(jī)葉片裂紋分析與處理.水電站機(jī)電技術(shù).2007.Vol30(5).53-55)。
[0004]目前，常規(guī)葉片修復(fù)的預(yù)處理方法可以很好的處理顯性裂紋，但對(duì)于完好表面下方的隱性裂紋(包括與葉片表面平行的裂紋橫向裂紋和與葉片表面相交的縱向裂紋)則無法處理，而這些隱性裂紋在葉片修復(fù)后的使用中會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)展形成顯性裂紋，從而縮短修復(fù)后的葉片使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的不足，提供一種葉片類零件再制造的激光預(yù)處理方法，可以使橫向隱性裂紋顯性化，并得到及時(shí)處理，并消除小尺度縱向隱性裂紋，從而延長修復(fù)后葉片的使用壽命。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種葉片類零件再制造的激光預(yù)處理方法，其特征在于:包括如下步驟:S1:清洗待修復(fù)葉片，并檢查葉片，確定顯性裂紋和可能存在隱性裂紋的區(qū)域；S2:在葉片表面涂上吸收層材料，將葉片存在裂紋的一面定為葉片正面，相對(duì)另一面定為葉片背面；S3:采用大功率短脈沖激光沖擊葉片背面，吸收層材料吸收激光能量后氣化形成沖擊波，沖擊波通過葉片到達(dá)葉片正面時(shí)發(fā)生反射形成拉應(yīng)力反射波，在拉應(yīng)力反射波的作用下橫向隱性裂紋處材料斷裂形成飛片脫離葉片，使橫向隱性裂紋顯露出來；S4:采用大功率短脈沖激光沖擊葉片正面，小尺度隱性裂紋附近材料在激光沖擊波作用下發(fā)生塑性變形，使小尺度隱性裂紋被壓合；S5:采用長脈沖激光燒蝕葉片上的顯性裂紋和飛片脫落處，并用氧氣將燒融的材料吹走，加工出焊接修復(fù)所需的坡口 ；S6:采用長脈沖激光掃描葉片的整個(gè)裂紋區(qū)域，該區(qū)域材料升溫固溶，使壓合在一起的隱性裂紋兩邊的材料融合在一起，從而消除隱性裂紋。
[0007]進(jìn)一步地，所述步驟SI中隱性裂紋的初步判定方法為超聲探傷方法。
[0008]進(jìn)一步地，所述步驟S3中激光功率密度為5X 1014~25X 1014w/m2，激光脈沖寬度10~30ns，激光光斑半徑0.5~3mm，光斑搭接率為80%。
[0009]進(jìn)一步地，所述步驟S4中小尺度隱形裂紋的尺寸范圍為葉片表面0.5mm以下尺度小于0.5mm的裂紋，另外判定小尺度隱性裂紋已被壓合的標(biāo)準(zhǔn)為根據(jù)超聲檢測時(shí)反射波時(shí)間曲線計(jì)算的裂紋界面小于2 μπι。本步驟中激光功率密度為2Χ 1013~5X 1014W/m2，激光脈沖寬度10~30ns，激光光斑半徑0.5~3mm，光斑搭接率為60%。
[0010]所述步驟S5中采用長脈沖激光掃描整個(gè)裂紋區(qū)域的過程中，激光功率密度為2X1010~5 X 11Vm2,激光脈沖寬度10~30ms，激光光斑半徑0.5-1.5mm，激光脈沖頻率為10~50Hz，掃描速度為 l~3cm/s。
[0011]進(jìn)一步地，所述步驟S2中的吸收材料為黑漆，吸收層材料的厚度為0.2mm-0.6mm。在實(shí)際應(yīng)用中，涂上的吸收層材料的最佳厚度是0.4mm，在該厚度時(shí)能量吸收效果最佳且沖擊效果最好。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:葉片修復(fù)前通過上述公開的激光預(yù)處理方法，可以使橫向隱性裂紋顯性化，并得到及時(shí)處理；同時(shí)能消除小尺度橫向、縱向隱性裂紋，解決了隱性裂紋轉(zhuǎn)變?yōu)轱@性裂紋的問題。如此，便可在修復(fù)顯性裂紋時(shí)同時(shí)發(fā)現(xiàn)隱形裂紋，一并對(duì)隱性裂紋進(jìn)行修復(fù)處理，從而延長修復(fù)后葉片的使用壽命，減少維護(hù)次數(shù)，有效降低葉片的維護(hù)成本。
【附圖說明】
[0013]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0014]圖1為本發(fā)明中采用大功率短脈沖激光沖擊葉片背面的示意圖。
[0015]圖2為本發(fā)明中采用大功率短脈沖激光沖擊葉片背面后飛片脫落的示意圖。
[0016]圖3為本發(fā)明激光預(yù)處理方法的流程圖。
[0017]圖示中:1、葉片；2、吸收層材料；3、橫向隱性裂紋；4、縱向隱性裂紋；5、顯性裂紋；
6、葉片正面；7、激光束；8、沖擊波；9、葉片背面；10、拉應(yīng)力反射波；11、飛片。
【具體實(shí)施方式】
[0018]如圖1-3所示，本發(fā)明一種葉片類零件再制造的激光預(yù)處理方法，包括如下步驟。
[0019]S1:清洗待修復(fù)葉片1，并檢查葉片1，確定顯性裂紋5和可能存在隱性裂紋的區(qū)域，隱性裂紋包括橫向隱性裂紋3和縱向隱性裂紋4。其中，隱性裂紋的初步判定方法為超聲探傷。
[0020]S2:在葉片I表面涂上吸收層材料2，將葉片I存在裂紋的一面定義為葉片正面，相對(duì)另一面定義為葉片背面。本實(shí)施例中，吸收層材料2選用黑漆，且吸收層的厚度為
0.2-0.6mm，尤其在0.4mm時(shí)，吸收效果最佳。當(dāng)然，在實(shí)際應(yīng)用中，吸收層材料也可以選用鋁箔或表面噴涂碳粉等。
[0021 ] S3:采用大功率短脈沖激光束7沖擊葉片背面，吸收層材料2吸收激光能量后氣化形成沖擊波8，沖擊波8通過葉片I到達(dá)葉片正面6時(shí)發(fā)生反射形成拉應(yīng)力反射波10，在拉應(yīng)力反射波10的作用下橫向隱性裂紋3處材料斷裂形成飛片11脫離葉片1，使橫向隱性裂紋3顯露出來。
[0022]S4:采用大功率短脈沖激光束7沖擊葉片正面，小尺度橫向隱性裂紋及小尺度縱向隱性裂紋附近材料在激光沖擊波作用下發(fā)生塑性變形，使小尺度隱性裂紋被壓合。
[0023]S5:采用長脈沖激光燒蝕葉片上的顯性裂紋5和飛片11脫落處，并用氧氣將燒融的材料吹走，加工出焊接修復(fù)所需的坡口。
[0024]S6:采用長脈沖激光掃描葉片的整個(gè)裂紋區(qū)域，該區(qū)域材料升溫固溶，使壓合在一起的隱性裂紋兩邊的材料融合在一起，從而消除隱性裂紋。
[0025]進(jìn)一步地，上述步驟S3中激光功率密度為5X 1014~25X 1014w/m2，激光脈沖寬度10~30ns，激光光斑半徑0.5~3mm，光斑搭接率為80%。
[0026]上述步驟S4中小尺度隱形裂紋的尺寸范圍為葉片表面0.5mm以下尺度小于0.5mm的裂紋，另外判定小尺度隱性裂紋已被壓合的標(biāo)準(zhǔn)為根據(jù)超聲檢測時(shí)反射波時(shí)間曲線計(jì)算的裂紋界面小于2 μπι。步驟S4中激光功率密度為2X1013~5X1014w/m2，激光脈沖寬度10~30ns，激光光斑半徑0.5~3mm，光斑搭接率為60%。
[0027]上述步驟S5中采用長脈沖激光掃描整個(gè)裂紋區(qū)域的過程中，激光功率密度為2X1010~5 X 11Vm2,激光脈沖寬度10~30ms，激光光斑半徑0.5-1.5mm，激光脈沖頻率為10~50Hz，掃描速度為 l~3cm/s。
[0028]最后應(yīng)當(dāng)說明的是，以上內(nèi)容僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行的簡單修改或者等同替換，均不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)和范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種葉片類零件再制造的激光預(yù)處理方法，其特征在于：包括如下步驟： Si:清洗待修復(fù)葉片，并檢查葉片，確定顯性裂紋和可能存在隱性裂紋的區(qū)域， 52:在葉片表面涂上吸收層材料，將葉片存在裂紋的一面定為葉片正面，相對(duì)另一面定為葉片背面； 53:采用大功率短脈沖激光沖擊葉片背面，吸收層材料吸收激光能量后氣化形成沖擊波，在沖擊波的作用下橫向隱性裂紋處材料斷裂形成飛片脫離葉片，使橫向隱性裂紋顯露出來； 54:采用大功率短脈沖激光沖擊葉片正面，小尺度隱性裂紋附近材料在激光沖擊波作用下發(fā)生塑性變形，使小尺度隱性裂紋被壓合； 55:采用長脈沖激光燒蝕葉片上的顯性裂紋和飛片脫落處，并用氧氣將燒融的材料吹走，加工出焊接修復(fù)所需的坡口 ； 56:采用長脈沖激光掃描葉片的整個(gè)裂紋區(qū)域，該區(qū)域材料升溫固溶，使壓合在一起的隱性裂紋兩邊的材料融合在一起，從而消除隱性裂紋。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的葉片類零件再制造的激光預(yù)處理方法，其特征在于：所述步驟SI中隱性裂紋的初步判定方法為超聲探傷方法。3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的葉片類零件再制造的激光預(yù)處理方法，其特征在于：所述步驟S3中激光功率密度為5X 1014~25X 1014w/m2，激光脈沖寬度10~30ns，激光光斑半徑O.5~3mm,光斑搭接率為80% ;所述步驟S4中激光功率密度為2 X 1013~5 X IO1Vm2,激光脈沖寬度10~30ns，激光光斑半徑O. 5~3mm，光斑搭接率為60%。4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的葉片類零件再制造的激光預(yù)處理方法，其特征在于：所述步驟S5中采用長脈沖激光掃描整個(gè)裂紋區(qū)域的過程中，激光功率密度為Sxio1ISxio1V/m2，激光脈沖寬度10~30ms，激光光斑半徑O. 5-1. 5mm，激光脈沖頻率為10~50Hz，掃描速度為 l~3cm/s05.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的葉片類零件再制造的激光預(yù)處理方法，其特征在于：所述步驟S2中的吸收材料為黑漆，黑漆的厚度為為O. 2mm-0. 6mm。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種葉片類零件再制造的激光預(yù)處理方法，首先清洗葉片并在葉片表面涂上吸收層材料，其次采用大功率短脈沖激光沖擊葉片背面，在沖擊波作用下正面橫向隱性裂紋處的材料斷裂形成飛片，使隱性裂紋顯露出來；接著對(duì)葉片正面進(jìn)行沖擊，在激光沖擊波作用下，小尺度隱性裂紋被壓合，然后用長脈沖激光燒蝕顯性裂紋區(qū)域，打出焊接坡口；最后用長脈沖激光反復(fù)掃描裂紋區(qū)域，使該區(qū)域材料升溫固溶，消除小尺度隱性裂紋。本發(fā)明通過上述激光預(yù)處理方法，可以使橫向隱性裂紋顯性化，同時(shí)也能消除小尺度隱性裂紋，如此，便可在修復(fù)顯性裂紋時(shí)同時(shí)對(duì)隱性裂紋進(jìn)行修復(fù)處理，從而延長修復(fù)后葉片的使用壽命，降低維護(hù)成本。
【IPC分類】B23P6/04
【公開號(hào)】CN105127665
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510549796
【發(fā)明人】張永康, 羅紅平, 顧永玉, 張永俊, 王冠, 黃志剛
【申請(qǐng)人】廣東工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年12月9日
【申請(qǐng)日】2015年9月1日