面向高温高压失效零件的增材修复工艺研究及可修复性评价

发布时间：2020-03-21 06:05

【摘要】：随着世界资源的逐渐匮乏和环境的日益恶化,资源和环境问题逐渐成为全球性的攻关热门。再制造修复工程在这样的形势下适时而生,它可以开发和利用废旧产品和零部件中蕴含的因为失效不能有效利用的内在价值,减少对环境的破坏和资源的消耗,使产品和零部件的使用寿命增加。工矿企业中大量的设备长期处在高温高压等恶劣的工况下服役,经受着十分苛刻的各种应力和表面稳定性要求极高的高温高压条件,极易受到各种形式的损坏失效,直接影响整个系统的正常运行,导致重大事故的发生。作为再制造修复工程中应用最广也是最重要的一个分支,激光熔覆技术具有显著优势,既可以满足对金属材料表面的高性能要求,又可以降低材料成本,节省大量贵重和稀有的元素。因此,本文基于激光熔覆技术对高温高压失效零件增材修复工艺进行研究以及对失效零件的可修复性进行评价,内容如下:论文以高温高压恶劣工况下工作的反应釜、换热器板片和阀门密封面为例,分别利用正交试验法改变不同的激光熔覆工艺参数和Ni基材料或Co基材料中WC粉末的添加配比对其同材料的试块进行激光熔覆,得到三组27块不同的试块。将这些试块进行宏观方面和高温高压处理后的微观方面的熔覆层和基体材料界面组织观察,发现其中3块试块存在宏观或者微观裂纹,其他试块均没有裂纹和气孔缺陷,且含有WC颗粒的试块,WC分布比较均匀并与熔覆材料为冶金结合。之后,将高温高压处理后的试块与基体材料进行显微硬度、磨损性能、抗氧化性能、材料致密性和耐腐蚀性能的测试,发现熔覆层的各项性能较基体材料有了大幅的提高,但不同工艺参数与不同的WC配比,熔覆层的各项性能测试结果较为不同。最终采用改进的欧式度量权重系数下的模糊综合评判分别对各熔覆层的分析数据进行综合评判,得到反应釜、换热器板片和阀门密封面增材修复的最佳工艺参数和WC粉末的添加配比。论文对超声振动辅助提升激光熔覆工艺进行了研究。首先建立了超声振动强化45钢基体熔覆Ni60自熔性合金粉末的仿真模型,使用Ansys有限元分析软件分析了超声振动强化过程中超声频率和扫描速度影响激光熔覆温度场和温度梯度的变化规律,之后通过试验分别对施加与未施加超声振动得到的熔覆试块进行了熔覆层微观组织、显微硬度和表面粗糙度的对比分析。论文建立对高温高压工作条件下失效零部件可修复性评价,模型包括技术性、经济性、环境破坏和资源消耗4大模块,构建以综合评价为主的可修复性评价原型系统。从高温高压工作条件下的失效零部件可修复性评价体系入手,对失效零部件进行可修复性的产业条件和产品条件实施有条理的剖析,为高温高压条件下的工作零部件引入激光熔覆再制造技术给出理论与分析依据。
【图文】：

如果以失效率，即单位时间内发生失效的比率来表达产品失效的趋势，则失效率（Failure rate）和工作时间（Time）之间的关系如图1-1所示，失效曲线分成三个阶段[7]。图 1-1 机械设备的典型失效曲线（浴盆曲线）2

图 1-2 蠕变曲线或者温度的高低不同，同样的材料可能温度和应力的增加都会加速蠕变。不同材1-3（a）为温度不变的情况下，，改变应力不变的情况下，改变温度使蠕变曲线发生） （b图 1-3 应力和温度与蠕变曲线的关系料的球化和石墨化[12,13]
【学位授予单位】：新疆大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG174.4

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本文编号：2592892