离心泵叶轮激光熔覆增材再制造工艺研究

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离心泵是工业领域广泛应用的通用机械,由于服役工况较为复杂、多变、苛刻,其核心功能部件叶轮经常出现不同形式的失效。开展离心泵叶轮再制造,可恢复其尺寸与性能进而延长产品服役周期。激光熔覆是一种可实现损伤修复与表面改性的增材再制造技术,具有冶金结合良好、热影响区小、稀释率较低等技术优势,广泛应用于矿山机械再制造、模具再制造等领域。本文在国家自然科学基金面上项目(51775071)和重庆市技术创新与应用示范(产业类重点研发)项目(cstc2018jscxmsyb X0334)的支持下,开展离心泵叶轮激光熔覆增材再制造工艺研究。首先,分析离心泵叶轮主要失效形式,综合分析失效离心泵叶轮再制造到再服役的整个过程;从技术可行性、经济可行性、再服役性能预估三个方面对离心泵叶轮开展定性与定量分析,建立相应的评价指标体系,形成面向再服役性能的离心泵叶轮可再制造性评价方法,为离心泵叶轮实施再制造提供决策依据。其次,以离心泵叶轮用20Cr13钢为基体,M2合金粉末为熔覆材料,开展激光熔覆单道单因素实验及多道中心复合实验,分析激光功率、扫描速度、送粉量、搭接率等激光熔覆工艺参数对熔覆层稀释率、宽度和表面平整度等质量特征的影响规律;以熔覆层质量特征为优化目标,以工艺参数为优化变量,构建激光熔覆工艺参数与熔覆层质量特征间的响应面近似数学模型,使用粒子群算法对优化问题进行求解得到最优工艺参数组合,形成基于响应面法与粒子群算法的激光熔覆工艺参数优化方法,有助于改善再制造离心泵叶轮熔覆层质量。最后,针对离心泵叶轮失效特征,开展离心泵叶轮激光熔覆工艺过程设计,并基于优化后的工艺参数对离心泵叶轮进行增材再制造;分析再制造离心泵叶轮的显微组织和力学性能,包括着色探伤、微观组织、物相分析和显微硬度、耐磨损性、耐腐蚀性测试,验证再制造离心泵叶轮的再服役性能。
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