螺杆压缩机激光熔覆修复技术研究与应用*

马平定，李玉军，詹金磊，吴佳徽

(中国石油兰州石化公司设备维修公司，甘肃兰州 730060)

螺杆压缩机激光熔覆修复技术研究与应用*

马平定，李玉军，詹金磊，吴佳徽

(中国石油兰州石化公司设备维修公司，甘肃兰州 730060)

针对某炼油厂螺杆式压缩机运行中出现的机体及配件磨损故障，对比各种配件修复技术特点，确定利用激光熔覆新技术对螺杆压缩机主副螺杆、活塞进行修复的方案并实施，对修复后实施运行性能进行了分析。

螺杆式压缩机;主副螺杆;活塞;激光熔覆技术;修复方案

1 引言

某炼油厂酮苯脱蜡装置是由约克公司生产的RWBII－676E型螺杆式压缩机，在运行过程中发出异常刺耳的声音，紧急停车后，拆检发现阴阳螺杆、壳体及活塞损伤严重。该螺杆压缩机在装置生产中起着承上启下的关键作用，即将氨气制冷液化后，液氨进入套管结晶器外层，将套管结晶器内层流动的蜡和油凝固，最后进入转鼓过滤机成型形成产成品。螺杆压缩机故障给装置运行带来极大困难，在缺乏备件情况下，若从原制造商采购，采购周期长，不经济;如果采用常规修复办法，不仅难度大且强度无法保证。

激光熔敷技术是一种新的表面改性技术，它通过在基材表面添加熔覆材料，利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝的方法，在基材表面形成与其为冶金结合的添料熔覆层，解决了传统电焊氩弧焊等热加工过程中不可避免地热变形、热疲劳损伤等一系列技术难题，同时也解决了传统电镀、喷涂等冷加工过程中覆层与基体结合强度差异矛盾。尝试利用激光熔敷技术对螺杆机进行修复能有效解决设备缺陷，确保装置安稳运行。

笔者主要结合螺杆压缩机的损伤特性，研究激光熔覆技术在配件修复中的技术优势。

2 螺杆压缩机故障及拆检情况

螺杆压缩机发生故障后，拆机检查，发现转子损伤严重(如图1、2所示)。阳螺杆表面整个有约1 mm左右的损伤，螺杆顶部密封线磨损脱落，螺杆后端面及后端面的主轴部分因“烧结抱轴”损伤严重，损伤长度为3～8 mm，主轴后轴承轴颈处磨损变细。阴螺杆表面亦有1 mm左右的损伤。壳体减压套部分严重损伤，减压孔有多条贯穿孔长度(约 150 mm)，深100 mm以上的裂纹(明显的有5条)。并有两处约100 mm×25 mm的脱落凹坑。活塞有1条约50 mm的裂纹。

图1 螺杆压缩机壳体损伤

3 激光熔覆与传统修复技术对比分析

3.1 工作原理及特点

激光是由受激辐射引起的并通过谐振放大了的光。激光由激光发生器产生。光学谐振腔由放置在工作物质两侧的平面反射镜组成，这两个反射镜严格平行，其中一个是反射率为100%的全反射镜，另一个是反射率为50% ～90%的部分反射镜，工作物质位于两反射镜之间。当工作物质受到外界激发产生辐射时，其传播方向与腔体轴向相同的光子将引起其他激发态的工作物质产生连锁性的受激辐射，在到达部分反射镜时放出一部分光子，其他大部分仍反射回来，进行反馈，从而形成光振荡，并不断从部分反射镜的输出端发射出光子成为激光束。由于激光具有高方向性、高亮度性(高能量密度)及单体性的特点，它可用于金属或非金属的切割、打孔、焊接和表面处理。在表面处理方面，主要的使用技术包括激光淬火、激光熔凝、激光涂敷(亦称激光熔覆)、激光合金化等。

图2 喷射粉末激光熔覆法

激光熔覆技术是近期兴起的一种新的修复技术，是采用喷吹送粉方法加入熔铸金属，利用激光束聚焦能量极高的特点，在瞬间将基体表面仅微熔。同时使基体表面与置的熔覆层金属粉末(与基体材质相同或相近)全部熔化，激光离去后快速凝固，获得与基体冶金结合的致密覆层，从而达到零件表面恢复几何尺寸和表面涂层强化的目的。

3.2 修复技术对比分析

激光熔覆技术有以下特点［1－2］:

(1)激光熔覆层与基体为冶金结合，结合强度不低于原本体材料的90%。

(2)基体材料在激光加工过程中仅表面微溶，微熔层为0.05～0.1 mm，基体热影响区极小，一般为0.1～0.2 mm。

(3)熔覆层与基体均无粗大的铸造组织，熔覆及其界面组织致密，晶体细小，无孔洞，无夹杂裂纹等缺陷。

(4)激光加工过程中基体温升不超过80℃，激光加工后无热变形。

(5)激光熔覆技术可控性好，易实现自动化控制。

(6)激光熔覆层组织由底层、中间层及面层组成的各具特点的梯度功能材料，底层具有与基体浸润性好及结合强度高等特点;中间层具有一定的强度和硬度以及抗裂性好等优点;面层具有抗冲刷、耐磨损和耐腐蚀等性能，使修复后的设备在安全和使用性能上更加有保障。

此外，激光熔覆技术有优于传统修复技术的特殊优势，如表1所列。

表1 修复技术性能对比表

4 螺杆压缩机修复方案

4.1 修复方案

结合压缩机故障及机体不同程度损伤特点，制定以下修复方案:

(1)螺杆压缩机整体清洗;

(2)螺杆压缩机螺杆机械尺寸检测;

(3)螺杆压缩机螺杆、壳体、活塞无损探伤及材质分析;

(4)螺杆压缩机主、副螺杆数据采集;

(5)螺杆压缩机主、副螺杆，壳体金相组织检查及强度评估;

(6)螺杆压缩机主、副螺杆，壳体损伤面机械清理;

(7)检查螺杆“烧结抱轴”部分的硬度分布;

(8)消除壳体、活塞损伤部位的应力(热处理);

(9)螺杆压缩机转子主副螺杆激光熔覆材料的选定激光熔覆材料并制作，测定其机械性能;

(10)螺杆压缩机主副螺杆、壳体、活塞损伤部位激光仿型熔覆;

(11)螺杆压缩机主副螺杆机加工复型，(根据五连动数控铣床采集的数据，按原设计型面进行机加工复型);壳体、活塞机加工复型。

(12)对机加工复型后的主副螺杆、壳体、活塞进行无损检测;

(13)修复后主副螺杆、壳体、活塞机械尺寸检测;

(14)台架制作;

(15)主副螺杆修复面配合精度检测及利用台架进行研磨;

(16)修复后的螺杆进行动平衡检测，其动平衡精度为G1。

4.2 需解决的技术难点

(1)传统修复技术如振动焊、氩弧焊、喷涂、镀层等传统修理方法，无法解决工艺过程热应力、热变形、材料晶粒粗大的矛盾，基体材料结合强度难以保证，材料选用也具有局限性，激光熔覆技术可解决传统修复工艺不能解决的这些问题。

(2)修复后剩余磁场(测振带处)对监测探头的影响问题可解决。

(3)在小热影响区、无热变形的前提下，不破坏转子强度的情况下可进行修复。

5 修复后实施的效果分析

螺杆压缩机主副螺杆、活塞、壳体经过修复后，对主副螺杆、活塞、壳体的机械尺寸进行了复查，结合螺杆修复前、后无损检测、激光熔覆仿型熔覆性能、机加工复型性能等进行对比分析发现，激光熔覆技术可有效完成配件修复过程，修复后的配件熔覆层与基体界面都达到了冶金结合的效果，熔覆层未发现微裂纹，气孔，夹杂等缺陷。其修复后材料性能能满足设备运转要求。对主副螺杆进行动平衡试验后，按照技术标准进行了回装，其主螺杆及副螺杆部分的具体数据如表2所列，活塞部分的控制指标值如表3所列。

图3 阴阳螺杆示意图

表2 主和副螺杆回装圆跳动/mm

表3 活塞回装控制指标/mm

螺杆机安装数据，均在标准范围内。螺杆机至今运行三个月，压缩机振动仅为6mm/s，可见修复效果良好。

6 结语

激光熔覆技术作为新的修复技术在配件损伤修复中有巨大优势，对现代企业降低维修费用，提高对设备的快速修复能力，保障生产方面起到重要作用。值得大力引进和推广并不断研究应用。

［1］ 王建军，程卫华，赵艳梅.激光熔覆工艺在烟气轮机轴修复中的应用［A］.全国传热传质与节能技术发展研讨会［C］.海南，2008.

［2］ 赵 亮，曾廷付，余永增，等.4M50型往复式压缩机曲柄销裂纹故障的分析及改进［J］.中国设备工程，2013(6):53－54.

［3］ 中国石油化工集团公司.石油化工设备维护检修规程［M］.北京:中国石化出版社，2004.

Research and Application of Laser Cladding Repairing Technology for Screw Compressor

MA Ping－ding，LI Yu－jun，ZHAN Jin－lei，WU Jia－hui
(Lanzhou Petrochemical Corporation，Equipment Repair Company，Lanzhou Gansu 730060，China)

Aiming at the wear and tear failure of the screw compressors body and its parts during operating in a refinery，a variety of repairing technical characteristics are compared.the new laser cladding technologies is determined to repair the main screw，sub－screw and piston of screw compressor，Then repairing program is implemented.Finally the operation performance is analyzed after repairing.

screw compressor;main and sub－screw;piston;repairing program

TH12

B

1007－4414(2013)05－0139－03

2013－08－07

马平定(1975－)，男，甘肃甘谷人，技术员，主要从事炼化机动设备的维修及维护工作。