摘要:简要地介绍了热喷涂表面修复技术,以及采用该技术在我公司压缩车间使用的CO2压缩机组零、部件磨损、烧坏方面的修复使用情况。
关键词:螺杆式CO2压缩机;热喷涂技术;表面的修复
1 存在问题
我公司压缩车间所使用的CO2压缩机组,是上世纪90年代初期从德国GHH公司引进的较为先进的喷水螺杆式机组,其型号为SKUEL408。原动机为汽轮机驱动,型号为RLHA24,采用了膜片式联轴器直联方式。该机组具有较高的齿顶线速度,转速可高达6 000 r/min,远距离操作控制功能,体积小,效率高及运转可靠等特点。但在这些年来,压缩机组在运行过程中不断地出现了一些问题,诸如由于机组反转,使得碎钢片被倒吸入阳、阴转子之间,在高速的啮合下由于挤压作用使转子表面损伤、胶合,并留下了许多不规则的大小不一的凹坑(碎钢片的产生:压缩机出口消音器的内衬隔板、隔音板及膨胀节导流板在应力腐蚀作用下产生裂纹,并在高速气流的脉动冲击下脱落下来的大、小不等的碎钢片及碎块);因断油事故造成转子轴颈表面烧伤、拉毛,推力瓦瓦面烧损、熔脱,径向止推联合轴承拉毛、烧坏等问题。由于机组是从国外引进,其配件昂贵,采购周期较长,难以及时地恢复机组运行。为尽快修复机组,针对上述的所存在的问题,我公司与广州金棠表面工程技术有限公司进行了合作,首次在该机组的零、部件上采用了热喷涂修复技术,成功地修复了这些存有问题的零、部件,通过这些年的使用达到了较为满意的效果。
2 热喷涂技术简介
热喷涂是通过火焰、电弧或等离子体等热源,将某种线状和粉末状的材料加热至熔融或半融化状态,并用自身的动力或外加压缩气流,将熔滴雾化或推动熔粒高速喷向基体表面而形成涂层。根据所选涂层材料具有耐磨损、耐腐蚀、耐高温和隔热等优异性能,并能对磨损、腐蚀或加工超差引起的零、部件尺寸减小进行修复。
热喷涂技术是近年来在设备维修和机械制造等产业部门中广泛应用的重要表面工程技术,是上世纪80~90年代国家重点推广技术,采用热喷涂技术可以制备出多种功能的涂层,如耐磨、耐蚀(常温和高温)、抗氧化、导电、绝缘、隔热、导磁、防辐射、减磨、润滑等特殊性能,从而使材料表面得以强化,表面质量得以改善,这比提高整体材质或更换整个零、部件要经济得多,它既可以使旧的磨损的零件恢复其性能,又可以对一些新的产品进行预保护,成为增加产品耐磨损性、抗腐蚀性等性能的一个重要手段。随着热喷涂技术及喷涂设备的不断创新发展,其技术已经非常成熟,而且效率高,因此它越来越受到各行业的广泛的重视,并逐渐应用于所有工业领域。从而为各产业部门节约资源,节能降耗及环境保护开辟了实用高效的途径。
根据热源的种类热喷涂技术分为3类(见表1):
喷涂材料:
主要有金属、金属合金、陶瓷、硬质合金(金属陶瓷)、高分子材料等。
3 热喷涂技术的应用
3.1 超音速火焰喷涂工艺
我公司SKUEL408压缩机阳、阴转子部分轴颈部位及螺杆表面磨损、压伤部件、胶合部位及RL-HA24汽轮机转子轴颈、主汽封轴颈磨损部位的修复采用了超音速火焰喷涂技术,并使用了不同的喷涂材料。超音速火焰喷涂技术的特点是:具有较高的气体流速(>1 500 m/s)和较低的火焰温度,在喷涂过程中可以生成非常致密、孔隙率<1%、结合强度高达70 MPa的涂层,所以涂层硬度很高并能达到HRC60,涂层耐磨、耐腐蚀。其修复工艺如下:
3.1.1 阳、阴转子主轴承轴颈磨损部位的修复
由于这些年组机在运行的过程中,因油质差、断油等故障造成了SKUEL408压缩机阴、阳转子轴颈表面磨损严重,并在轴颈处形成了一道一道的拉伤的痕迹,痕迹深度达0~1 mm不等。采用的修复方法是:先粗磨轴颈表面,去除疲劳层,然后进行喷砂处理达Sa3等级,再采用超音速火焰喷涂镍基合金,最后磨削加工到图纸要求的尺寸。
工艺过程:粗磨)))喷砂处理)))超音速火焰喷涂)))磨削加工
RLHA24汽轮机转子轴颈及主汽封轴颈表面因油质差烧瓦而造成的拉毛、烧伤及使用周期长造成的正常磨损等原因,使得轴颈表面有不同程度的磨损,其表面痕迹深度达0~0.3 mm不等。为了在短的时间里恢复其原有尺寸,我们则采用超音速火焰喷涂金属陶瓷涂层工艺进行了修复。修复工艺如下:
工艺过程:轴系检查)))确定修复区)))预加工处理)))喷砂)))超音速火焰喷涂)))磨削加工
3.1.2 阳、阴转子进气端、出气端密封轴套部位修复
阴、阳转子进、排气端密封轴套因受到排气端CO2高温气体的冲刷与腐蚀,整个轴套在靠近阳转子排气端离轴颈根部有近30 mm宽的部分轴套被冲刷、腐蚀掉。因此我们采用的修复方法是:将阳转子装到车床上将原有的轴套车掉,然后重新加工一个轴套镶上,再在轴套表面采用超音速喷涂技术喷涂耐磨、耐腐蚀的镍基合金涂层,最后将转子的轴套部分加工至图纸要求的尺寸。
工艺过程:车掉损坏的轴套)))加工轴套并镶套)))喷砂处理)))超音速火焰喷涂)))机加工)))检验
3.2 手工电弧焊工艺
手工电弧焊工艺方法的特点是:电弧焊层与母材之间为冶金结合,结合强度高,能满足各种工作条件的要求。SKUEL408压缩机组的阴、阳转子为高速旋转运转体,啮合间隙较小。为防止由于需要修补的凹坑部位因采用喷涂方法可能会带来结合强度不高出现脱落,导致机组出现事故。为了安全起见,我们没有采用热喷涂方法,而是采用了传统的手工电弧焊工艺方法。这些严重损伤的部位是许多不规则的凹坑组成,它分布在螺杆的各个表面上,其最深处达5 mm。我们的做法是将特制的合金材料焊条采用手工电弧焊工艺方法在凹隐处进行填补,然后制作靠模,再用角向磨光机打磨使得修复的表面与未磨损的螺杆表面吻合,这样就保证了修复的表面在阳、阴转子在放入机座内而不发生互相咬合的现象。
工艺过程:确定修复区)))材质分析)))测绘)))制造靠模)))冷焊修补)))打磨)))检验。
3.3 电弧喷涂工艺
电弧喷涂是在两根焊丝状的金属材料之间产生电弧,电弧产生的热使金属焊丝逐渐溶化,熔化部分被压缩空气气流喷向基体表面而形成涂层。其特点是:电弧喷涂粉末粒子含热量较大一些,粒子飞行速度较快,因此,熔融粒子打到基体上时,形成局部微冶金结合的可能性要大的多。所以,涂层与基体结合强度较高,喷涂效率也较高。
对于巴氏合金这类轴瓦在一般情况下的通常做法是在铜基或钢基基体上浇铸巴氏合金,而浇铸的巴氏合金在当机组由于润滑油质不良及铸瓦缺陷等原因,都会使得轴瓦在机组运行到一定的年限后而导致烧瓦、自然脱落、拉毛等现象,这都是浇铸的巴氏合金很容易出现与基体结合不牢而导致部分甚至全部巴氏合金熔化脱落所造成。为了解决上述问题,延长瓦的使用寿命,我们一改传统的浇铸方法,采用电弧喷涂工艺的方法将巴氏合金喷涂到铜基或钢基表面,然后按照图纸要求加工到要求的尺寸。由于该工艺所使用的设备操作简单、经济,在修复巴氏合金瓦的过程中,与浇铸相比具有结合强度高,不易脱落,避免了铸造所常有的缺陷等优点。因此在我公司压缩机组所烧推力瓦全部都采用了电弧喷涂工艺进行修复,使用寿命大大地得到了延长,最长达5年之久,取得了良好经济效益。
工艺过程:确定喷涂区)))除油)))去疲劳层)))喷砂)))电弧喷涂巴氏合金)))机加工
4 结论
通过这些年我们与广州金棠表面技术有限公司的合作,采用了该公司擅长的热喷涂技术,成功为我公司修复了多台进口CO2压缩机的转子、透平机的转子、轴瓦等零部件,并且使得修复后机组的运行时间达到并超过了同类进口配件的使用寿命。
由于热喷涂技术的应用也为我公司进口压缩机部分配件实现国产化提供了快捷、实效、方便的途径。正是由于热喷涂技术能够提供品质优异的表面涂层,以及相对较低廉的价格,使得它越来越受到重视,它也必将在大型设备、关键的进口设备零部件方面的修复和配件国产化等方面发挥出越来越重要的作用。
参考文献略
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