离心压缩机叶轮叶片表面硫化变性层激光清洗机理与试验研究

发布时间：2017-09-22 21:27

  本文关键词：离心压缩机叶轮叶片表面硫化变性层激光清洗机理与试验研究

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【摘要】：在“西气东输”工程中,管线中的离心压缩机叶轮叶片长时间工作以后,由于其表面一直暴露于腐蚀性气体中,材料表面会形成硫化变性层,从而加速基体的点蚀和磨损,影响叶轮的工作效率和使用寿命。由于叶轮尺寸大、制造成本高、更换费时费力,直接报废将造成资源浪费,因此一般采用再制造的方式恢复其使用性能。但是,变性层的存在会对再制造过程产生一定的干扰,所以有必要先对硫化变性层进行清洗。传统清洗变性层的方法包括酸洗和喷砂都会对材料基体造成损伤,同时,喷砂带来的粉尘和酸洗带来的废水都会造成环境污染。而新兴的激光清洗方式不仅具有良好的环境性能,还能够在不损伤材料基体的前提下彻底清洗硫化变性层。因此,采用激光技术对压缩机叶轮叶片表面变性层进行清洗具有一定的研究价值。论文的主要研究内容如下：(1)通过试验装置制备了压缩机叶轮叶片表面的变性层试样。利用高温高压反应釜模拟叶片工作环境,制备出与工况相似的变性层。试验发现压缩机叶轮叶片表面变性层的厚度随着工作时间的推移而递增,并逐渐分为两层。(2)分析了激光清洗变性层的机理,解释了选择脉冲光纤激光器的原因。对离心压缩机叶轮叶片表面变性层进行了元素成分检测,同时分析了变性层与基体之间的相互作用机理；揭示了激光清洗作用力与硫化腐蚀层吸附力之间的关系。试验发现,采用脉冲光纤激光对叶轮叶片变性层进行清洗无氧化现象发生。(3)采用激光发生装置对变性层进行了清洗试验。利用显微硬度仪、SEM-EDS、三维形貌仪等分析了清洗后的试样表面,测定了变性层各分层的清洗阈值能量和基体损伤阈值能量。结果表明,变性层外层的清洗能量阂值和内层的清洗能量阈值均小于基体材料的损伤能量阈值,说明激光清洗对叶片表面没有造成损伤；同时,三维形貌仪检测结果显示,激光清洗后的叶片表面粗糙度可以降到次微米级。
【关键词】：离心压缩机 叶轮叶片 硫化变性层 激光清洗
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH452;TB490
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-15
• 第一章 绪论15-22
• 1.1 研究背景及意义15-18
• 1.1.1 清洗技术的研究背景15-16
• 1.1.2 激光清洗技术的意义16-17
• 1.1.3 激光清洗技术的特点17-18
• 1.2 国内外研究现状18-20
• 1.2.1 国外研究现状18-19
• 1.2.2 国内研究现状19-20
• 1.3 论文主要研究内容及结构20-22
• 1.3.1 论文的选题20
• 1.3.2 主要内容和结构20-22
• 第二章 试验材料制备与分析方法22-27
• 2.1 试验材料及试样制备22-23
• 2.1.1 初始试样22-23
• 2.1.2 制备变性层设备23
• 2.2 试验分析测试方法23-26
• 2.2.1 金相观察23-24
• 2.2.2 扫描电镜与能谱分析24
• 2.2.3 显微硬度测试24-25
• 2.2.4 表面三维形貌测试25-26
• 2.3 本章小结26-27
• 第三章 激光清洗变性层机理研究27-44
• 3.1 激光产生的机理27-29
• 3.1.1 原子的能级27-28
• 3.1.2 受激辐射和自发辐射28-29
• 3.1.3 光的受激辐射放大29
• 3.2 激光器的输出特性29-33
• 3.2.1 激光波长30
• 3.2.2 时间特性30-31
• 3.2.3 输出功率31
• 3.2.4 空间分布特性31-33
• 3.3 离心压缩机叶轮叶片表面分析33-38
• 3.3.1 表面硫化层分析33-37
• 3.3.2 硫化层与基体表面的相互作用37-38
• 3.4 激光的清洗机制38-43
• 3.4.1 金属材料对激光的吸收38-39
• 3.4.2 激光对金属材料的作用39-42
• 3.4.3 非汽化清洗机制42-43
• 3.5 本章小结43-44
• 第四章 光纤激光清洗试验研究44-52
• 4.1 激光清洗试验台44-46
• 4.1.1 试验装置44-45
• 4.1.2 光纤激光器性能参数45-46
• 4.2 基体损伤阈值试验46-48
• 4.3 变性层清洗阈值试验48-51
• 4.3.1 变性层外层清洗试验49-50
• 4.3.2 变性层内层清洗试验50-51
• 4.4 本章小结51-52
• 第五章 激光清洗结果分析52-63
• 5.1 扫描电子显微镜分析52-56
• 5.1.1 扫描电镜分析52-54
• 5.1.2 能谱分析54-56
• 5.2 三维形貌仪分析56-60
• 5.2.1 表面形貌56-58
• 5.2.2 表面粗糙度58
• 5.2.3 表面轮廓58-60
• 5.3 激光清洗效果评价方法60-62
• 5.3.1 硫化层去除率评定60-61
• 5.3.2 表面粗糙度评定61
• 5.3.3 表面质量评定标准61-62
• 5.4 本章小结62-63
• 第六章 总结与展望63-65
• 6.1 总结63
• 6.2 展望63-65
• 参考文献65-69
• 攻读学位期间的学术活动及成果情况69

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本文编号：902961