激光熔覆用在甲胺泵進排液閥零件密封面
1 前言
尿素生產線上的甲胺液具有的腐蝕性，這類腐蝕性液體所經過的主要設備管線和控制元件的內件大多采用各種耐酸不銹鋼制造。對這類元件或對其工作表面進行強化處理，以提高其工作性能和延長工作壽命，增強系統的可靠性和安全性，具有重要的意義。
本文采用大功率激光器，對甲胺泵進排液閥密封面進行了激光熔覆強化試驗，并進行了檢測分析和使用驗證。
2 甲胺泵進排液閥的結構與工況
甲胺泵進排液閥的工況條件是：工作介質為氨基甲酸銨，壓力范圍1.7～20MPa（17～200kgf／cm2），介質溫度188～200℃，閥體閥蓋密封面沖擊力20MPa，沖擊頻率50～70r／min。從結構上看，閥體比閥蓋更為復雜，圓柱型閥體上有數十個通孔或盲孔，閥體兩端面孔系間分別有兩個狹窄的同心環形密封面，尺寸為（φ132×2.5）mm＋（φ95×3.5）mm和（φ83×4.5）mm＋（φ50×4.5）mm。閥體與閥蓋的材料均為Cr18Ni12Mo2Ti。采用火焰、電弧堆焊、等離子噴焊等工藝來強化這種狹窄的密封面都有施焊困難，熱影響大，易使工件變形和產生內應力等。故密封面一直未作任何強化處理。由于密封面的沖擊磨損、墊傷和腐蝕變形等造成閥門使用壽命短，從而停機次數多，工人勞動強度高，原材料消耗大。
3 激光熔覆試驗
密封面涂層采用市售的Co基粉末，使用2123酚醛樹脂為粘接劑，用酒精調和并預置于加工面上，預涂層厚度為2mm，試驗先在同種材料的試塊或模擬件上進行，*后在零件上做。加工機為HGL-90型5kW橫流CO2激光器，其輸出光束波長為10.6μm，導光系統由光閘、反射鏡和砷化鎵（GaAs）晶體透鏡組成。聚焦后的激光束對在試件環形表面上的預涂層進行單道激光掃描，工藝參數為：激光功率P＝2～3kW，掃描速度V＝6～10mm／s，光斑尺寸φ＝4～6mm。激光束能量分布形式為“高斯分布”，無保護氣體。試件由MNC801型數控回轉工作臺驅動。一般體積較小或形狀較簡單的零部件不需進行預熱和后處理，對于體積較大的閥體零件需進行預熱與熔覆后的退火處理，以防熔層開裂和消除應力。
4 試驗結果與分析
4.1 熔覆層的微觀結構
是激光熔覆處理的熔層在結合面附近的金相組織形貌，沿加工面垂直方向可分為熔化區、互熔結合區和基體3個區域。從互熔結合區看，圖1所示激光熔層與基體間為一細窄的結合帶，其帶寬約為10～30μm。如控制好能量密度與掃描速度，可使熔層與基體不但牢固結合，互熔區小，而且對基體熱影響小。
4.2 熔層厚度與質量
在本試驗中，激光熔覆層厚度能達到2mm，熔層表面較光滑平整。環形密封面的平整度可控制在0.4mm以下。熔層表面粗糙度達到Ra6.3μm，用X2005型X射線儀對零件激光熔層探傷，未發現缺陷，成品率可大于95%。
4.3 熔層成分與硬度
激光熔覆工藝由于高能熱源的快速作用，熔層合金在瞬間熔化和凝固，對基體熱影響小，熔層與基體元素互擴散小，有效地保證了熔層設計成分較少被基體稀釋和向基體擴散。大的過冷度使熔層硬度大大提高，密封面硬度還取決于粉末成分，熔覆方法與工藝參數，可根據需要控制和調節。本試驗的閥體閥蓋密封面硬度為40～48HRC。
4.4 熔層耐磨耐腐蝕性能
在MM200型磨損試驗機上對熔覆層與閥體分別取樣進行了耐磨性能的對比測試。其測試條件為：兩種試樣各制取6片，3片為一組。激光或等離子試樣固定不動。對磨件轉速400r／min，硬度為56HRC，加載294N（30kgf），磨損時間4h。用萬分之**平，對每組試片試驗前后進行稱重，取平均值，用千分之一測量顯微鏡測量磨痕寬度，取每組的平均值。結果激光熔覆層的耐磨性比基體的高10倍以上。在不同溶液中進行的腐蝕試驗也說明激光熔覆強化層的抗腐蝕性能不低于基體。
5 結語
采用大功率激光熔覆工藝可對甲胺泵進排液閥零件密封面進行強化，激光強化的熔層表面光整，熔層與基體實現了可靠的冶金結合，基體受熱影響小，基本無變形。熔層成分稀釋率和擴散率*小，可有效保持和發揮合金成分的功能。激光熔覆層組織致密，晶粒細小，硬度和強韌性更高。
裝機運行說明，經激光熔覆強化的甲胺泵進排液閥密封面在強腐蝕、頻繁沖擊、較高溫度和高壓力的工況下，其使用壽命為原來未經激光熔覆強化的2～3倍，提高了系統的可靠性與安全性。
由于激光束能量高而集中，對非強化部位和環境熱影響小，操作控制方便；還由于激光的平行性和非接觸柔性加工方式等優點，故對于很多重要零件表面，特別是傳統工藝不能或不便加工的表面，激光強化工藝具有明顯的優勢。
