上海沪工阀门厂（团体）无限公司

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某氮肥厂氨基甲酸铵组合阀阀体及进、排液阀板均接纳 0Cr18Ni12Mo3Ti 耐酸不锈钢制作，阀面研磨后离子氮化处置，卧式运转。该装备在出产运转中阀体、阀板间产生激烈的低频撞击完成阀门的开合，甲铵液属强侵蚀性介质，加上 200℃ 摆布的温度，故密封面会因打击、侵蚀等综合感化而构成委靡和开裂，从而致使泄露。泄露不只华侈了资本、动力和净化环境，并且影响装备的出产才能，乃至构成停产。

 因为该组合阀整机密封面凸台太局促，如接纳传统的等离子喷焊和火焰堆焊工艺，一则变形大，二则不好操纵。接纳激光熔覆工艺，因为高能激光束热源集合，能量密度大，感化时候短，对基体热影响极小．故能很好地知足加工请求。咱们在这类阀门狭小的密封面上用激光熔覆一层钴基自熔性合金，大大地进步了密封面的耐低温、耐震、抗蠕变、抗磨损、抗侵蚀机能，进步了密封面的靠得住性、宁静性，削减停机时候，使其操纵寿命比原氮化处置耽误一倍以上。在激光熔覆时发明，激光感化层内存在大的热应力和开裂偏向是影响其品质的最首要缘由，出格是对厚层熔覆，裂纹经常难以避免。本文将先容组合阀整机密封面的激光熔覆工艺及实验成果，并对熔覆品质和后续加任务了会商阐发。

1 实验前提与方式

 0Cr18Ni12Mo3Ti 奥氏体耐酸不锈钢制阀体整机如图 1 所示，阀体上散布有十几个通孔和盲孔。激光熔覆用钴基自熔性合金粉末为 FCo-05，化学成份 w（%）为：0.25C，19Cr，29Ni，5~6Mo，4Si，3B，2~5Fe，余为 Co；粘结剂为 2123 酚醛树脂，用乙醉浓缩和谐。

 实验装配为 HGL-90 型 5kW 横留连续波 CO2 激光器：试件由数控反转展转任务台驱动。试件上预涂敷合金粉末层厚度 0.8~2.5mm，涂后缓升至 400℃ 后保温 1~2h 停止预热。激光熔覆时其功率为 2~3kW，扫描速率 3~4mm/s，用焦距 600mm 反射镜聚焦，聚焦光斑直径 5~8mm；若第二次重熔时激光功率 1.7~2.1kW，扫描速率稳定。接纳氧乙炔火焰跟踪熔池以弥补热能；熔覆后实时于 500℃ 去应力退火，随炉缓冷降温。

用金相显微镜、显微硬度计、X 射线衍射仪察看阐发熔覆层构造和机能。

2 实验成果

 FCo-05 合金在 0Cr18Ni12Mo3Ti 基体上激光熔覆后在连系区的描摹，激光熔层与基体之间存在一较窄的白亮带，这是敷层与基体金属在热源感化下合金交互分散而构成的固溶连系层，表现己构成了杰出的冶金连系。熔覆层因为冷却速率很快，结晶后会获得很是藐小的枝晶构造，晶粒度达 11 级（YB27-77 规范）。

3 阐发会商

3.1 热应力及开裂

 实验中，在 0.8~2.5mm 涂敷厚度均未发明有气孔景象。熔覆层厚度较大时轻易开裂，激光扫描时便可听到断续的响亮倾圯声，且多产生于距熔池后 80~100mm 处。即便接纳二次扫描重熔，也只能消弭局部裂纹。因为熔覆层合金的缩短系数与基体金属不分歧，缩短系数过大，在凝结缩短时产生拉应力，拉应力跨越了那时温度下材料的抗拉极限强度，因此产生了裂纹。激光熔覆因为疾速加热和速冷（104~106℃/s），熔池寿命很短，常使熔层中能够存在的氧化物、硫化物和别的杂质来不迭开释出来，它们存于覆层中，很轻易成为裂纹源。别的，熔覆层在刹时凝结结晶，晶界位错、空位增加，同时热脆性增大，塑韧度降落，开裂敏理性也就增大。覆层越厚，以上环境就越较着。加大功率密度、减慢扫描速率以耽误熔池寿命、增大能量输出，能起到一些好的成果，但需恰当节制。因激光能量密度 P/vL 和激光热线性输出 P/v（P 为激光功率；v 为激光扫描速率；L 为光束宽度）与浓缩度有一定的对应干系，P 增大，v 减小，浓缩度一定增大。而激光熔覆时请求其浓缩度尽能够低（＜10%）。在不锈钢和 FCo-05 合金粉末中．钼含量较高，Cieslack 等人已证实钼会在不锈钢中构成低熔点 X 相，这些过剩的低熔点液体能够是不锈钢产生裂纹的缘由。浓缩度的增大，基体热影响区增大，一定会增大热影响区的开裂偏向，这在薄层熔覆己获得了证实。故差别厚度的覆层，需选用差别的功率密度和扫描速率。经由过程实验，同时斟酌材料的熔点、接收系数等身分，来挑选最好功率密度和扫描速率。在预敷粉末层厚度 1.2~2mm 时，在熔池前面 50~70mm 处接纳氧乙炔火焰对熔覆道跟踪后热，以增大热能，减小热应力，证实是削减裂纹的行之有用的方式。

3.2 阀体激光熔覆面平坦度的节制

 基于熔覆道截面常呈半月形覆于基体及熔覆层深度标的目标存在硬度落差这一现实，为保障后续加工获得充足宽的密封环面及抱负的外表硬度，应按照实验成果设想公道的工艺尺寸，即节制外表加工余量并将熔覆环面宽度恰当放宽。对统一立体多圈熔覆，熔覆面的平坦性就显得相当主要了。平坦性不好，将构成各密封环面宽度不等及环面外表硬度落差过大，影响密封副配对和操纵寿命。因为还没有提出预敷粉末法激光熔覆截面半径干系式，以是对多圈熔覆，一要注重环带凸台宽度分歧，二要避免基体加工呈现凹、凸立体，三要节制预敷粉末厚度的分歧性，四要接纳不异的激光工艺参数，以节制熔覆面平坦度小于 0.2mm。

3.3 预热及后热的温度节制

 预热：400~420℃ 保温 1~2h，以增大热容量，可降落熔覆层冷却速率，减小剩余应力，亦是避免冷裂纹的有用办法。

 后热：500℃ 保温 2h 后随炉缓冷。此举是操纵熔覆层在低温时屈就强度降落和蠕变景象到达松驰剩余应力的目标。

预热及后热温度均避开了 500~850℃ 温度规模，因 0Cr18Ni12Mo3Ti 如在该规模被二次加热或在该温度规模内迟缓冷却，奥氏体中的碳就以碳化铬（Cr3C6）的情势从固溶体中析出，使接近晶界的一薄层固溶体的铬降落到钝化所必需的最低含铬量 12% 以下成为阳极，碳化物自身和稍远不缺铬的固溶体为阴极，与具备很强晶间侵蚀粉碎力的脲液（NH₂COONH₄＋H₂O → NH₂COOH⁺＋NH₃·H₂O）打仗，构成小阳极大阴极的微电池，阳极（晶界临界地区）遭到激烈的电化学侵蚀。侵蚀沿晶间产生和成长，能够在外表上构成裂纹。

4 论断

（1）对耐酸不锈钢阀门整机密封面停止激光熔覆加工，可加工性好，在品质上能够获得无裂纹、无气孔和无夹渣等错误谬误并与基体构成靠得住冶金连系的熔层，其熔层构造精密，强度、韧性、硬度高。该工艺还可加工庞杂外表，熔层厚度达 2mm。按照材料对比显现，熔层晶粒度别离比等离子喷焊、火焰堆焊晶粒度高 2~3 个品级，硬度散布平均性也获得响应进步。

 （2）激光熔覆化工阀门时应充实斟酌材科、布局外形、热处置性子等身分，设想公道的激光工艺参数、工艺尺寸和预、后热温度，以获得抱负的外表改性成果。