一种水轮机叶片汽蚀修复方法

摘要

本发明公开了一种水轮机叶片汽蚀修复方法，首先对水轮机叶片进行清洗除锈后，采用大光斑短脉冲高功率激光束对叶片汽蚀部位进行预热，然后用融覆激光束进行融覆处理，在融覆过程中，定时用大功率短脉冲激光束对融覆部位进行冲击，使熔融的金属液体充填满汽蚀微孔，融覆后对融覆区用大功率激光冲击，激光辐照产生的冲击波使融覆区金属金相组织细化。本发明在进行叶片汽蚀修复时不需要进行机械打磨，尽可能保留叶片的本体材料，减小修复工作量；而在融覆过程中通过冲击振动使汽蚀微孔内充填融覆材料，避免修复后叶片内部存在沙孔缺陷；进一步通过冲击细化使融覆层金相组织细化，通过融覆层强度，可增加叶片使用寿命。

说明书

技术领域

本发明涉及再制造领域，具体涉及水轮机叶片的修复再制造。

背景技术

水轮机叶片是水电工业中及其重要的构件，汽蚀是叶片失效的主要形式之一，常规的叶片汽蚀修复方法主要有合金堆焊、等离子体堆焊或喷涂、氩弧焊、激光融覆等。

如申请号200710118944.9的中国发明专利，公开一种汽轮机汽蚀叶片的激光原位修复方法，其采用激光器发出的光束对叶片汽蚀表面进行修复，该方法实现了窄间隙的汽轮机叶片在不拆卸情况下的原位修复。而申请号为201310579011.5的中国发明专利，公开一种不锈钢水泵叶片用脉冲电极沉积硬质涂层的方法，提供了一种在304不锈钢水泵叶片表面形成耐磨耐腐蚀涂层的脉冲电极沉积方法，通过在汽蚀叶片损坏部位形成含有纳米晶粒的柱状结构，提高了沉积层性能。

目前，叶片汽蚀部位通常呈蜂窝状，在修复再制造前需进行机械打磨，将蜂窝状结构去除，然后进行堆焊或融覆，当汽蚀严重时，完全去除蜂窝状结构则增加了修复工作量，且削弱了叶片本体的强度，焊接或融覆时叶片变形较大；而蜂窝状结构去除不清，则叶片表面留有微孔，由于尺度效应，在融覆时填充材料难以充填满微孔，使修复后的叶片内留有沙孔，降低了叶片的强度。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种水轮机叶片汽蚀修复方法,使用该方法进行汽蚀叶片修复时不需要进行机械打磨，成分保留叶片本体材料，且可以使充填材料充分充填满汽蚀微孔，并与本体材料良好融合。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种水轮机叶片汽蚀修复方法,包括以下步骤：（1）清洗：清洗待修复叶片，确定汽蚀区域；（2）除锈：用大功率短脉冲激光束辐照汽蚀区域，直至显露出叶片的本体材料为止；（3）预热：用大功率短脉冲激光束辐照待修复部位，使即将进行激光融覆部位的叶片本体材料发生浅层熔化；（4）激光融覆：融覆激光头向预热后的汽蚀部位喷填融覆金属粉末，并发出激光束辐照金属粉末，使融覆材料与叶片本体材料融合；（5）冲击振动：用大功率短脉冲激光束辐照融覆区域，熔融的融覆材料吸收激光能量快速等离子化形成冲击波，熔融融覆金属液体在冲击波作用下挤入孔壁已发生浅层熔化的汽蚀微孔，冷却后与叶片本体融合；（6）重复步骤（2）-（5），直至汽蚀微孔融覆完成；（7）冲击细化：用大功率短脉冲激光束辐照熔融融覆金属液体已凝结的激光融覆区，使金属晶粒破碎，金相组织细化。

进一步地，上述步骤（2）中大功率短脉冲激光束的功率密度为(1-1.5)×10¹³W/m²，脉冲宽度40-60ns。上述步骤（3）中大功率短脉冲激光束的功率密度为(2-3.5)×10¹³W/m²，脉冲宽度40-60ns。上述步骤（5）中大功率短脉冲激光束的功率密度为(1-1.5)×10¹⁴W/m²，脉冲宽度10-15ns。上述步骤（7）中大功率短脉冲激光束的功率密度为(4-5)×10¹⁴W/m²，脉冲宽度20-25ns。

本发明的有益效果是：1、采用上述修复方法，叶片修复不需要机械打磨，尽可能保留叶片的本体材料，减小修复工作量；2、在融覆过程中通过冲击振动使汽蚀微孔内充填融覆材料，避免修复后叶片内部存在沙孔缺陷；3、通过冲击细化使融覆层金相组织细化，通过融覆层强度，可增加叶片使用寿命。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

图1为本发明的流程框图。

图2为本发明中的汽蚀叶片修复的示意图。

图示中：1、叶片；2、激光融覆头；3、融覆激光束；4、大功率短脉冲激光束；5汽蚀区域；6、汽蚀微孔。

具体实施方式

如图1、2所示，本发明一种水轮机叶片汽蚀修复方法,包括以下步骤：

（1）清洗：使用有机溶剂清洗待修复叶片1，去除叶片1待修复的汽蚀部位的油污等；

（2）除锈：用大功率短脉冲激光束4辐照汽蚀区域5，使叶片1表面金属氧化层气化蒸发，直至显露出叶片1的本体材料为止；

（3）预热：用大功率短脉冲激光束辐照待修复部位，使即将进行激光融覆部位的叶片本体材料发生浅层熔化；

（4）激光融覆：融覆激光头向预热后的汽蚀部位喷填融覆金属粉末，并发出激光束辐照金属粉末，使融覆材料与叶片本体材料融合；

（5）冲击振动：用大功率短脉冲激光束辐照融覆区域，熔融的融覆材料吸收激光能量快速等离子化形成冲击波，熔融融覆金属液体在冲击波作用下挤入孔壁已发生浅层熔化的汽蚀微孔，冷却后与叶片本体融合；

（6）重复步骤（2）-（5），直至汽蚀微孔融覆完成；

（7）冲击细化：用大功率短脉冲激光束辐照熔融融覆金属液体已凝结的激光融覆区，在冲击波作用下，该区域融覆层中金属晶粒破碎，金相组织细化，能达到晶粒细化的目的。

本实施例中，上述步骤（2）中所述大功率短脉冲激光束的功率密度为(1~1.5)×10¹³W/m²，脉冲宽度40~60ns。

上述步骤（3）所述大功率短脉冲激光束的功率密度为（2~3.5）×10¹³W/m²，脉冲宽度40~60ns。

上述步骤（4）所述激光束，功率密度为（250~300）×10⁹W/m²，脉冲宽度10ms左右。

上述步骤5所述大功率短脉冲激光束的功率密度为（1~1.5）×10¹⁴W/m²，脉冲宽度10~15ns。

上述步骤（7）所述大功率短脉冲激光束的功率密度为（4~5）×10¹⁴W/m²，脉冲宽度20~25ns。

最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。