轉(zhuǎn)鼓式過(guò)濾機(jī)損傷轉(zhuǎn)筒的激光修復(fù)處理

陶 瑋，鄒新長(zhǎng)，陶家友，魏 勇

（1.岳陽(yáng)大陸激光技術(shù)有限公司，湖南岳陽(yáng) 414000；2.湖南理工學(xué)院物理與電子科學(xué)學(xué)院，湖南岳陽(yáng) 414000）

0 引言

轉(zhuǎn)鼓式過(guò)濾機(jī)是一種廣泛用于石油化工、食品、造紙、醫(yī)藥、污水處理等工業(yè)部門(mén)的大型設(shè)備，運(yùn)行中轉(zhuǎn)筒每旋轉(zhuǎn)一周，過(guò)濾機(jī)完成一個(gè)過(guò)濾、洗滌、吹干、卸料和清洗濾布的循環(huán)周期，從而實(shí)現(xiàn)固液分離。由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，處理能力大，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低等特點(diǎn)，能夠滿足PTA（P-phThalic Acid，精對(duì)笨二甲酸）裝置高負(fù)荷生產(chǎn)的需要，國(guó)內(nèi)外的PTA 裝置中均采用轉(zhuǎn)鼓式過(guò)濾機(jī)來(lái)分離PTA 漿料。此工藝路線溫度高，壓力高，且含溴離子的濃酸酸腐蝕性極強(qiáng)。轉(zhuǎn)筒表面由于在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中不斷受漿液顆粒磨損與腐蝕，造成筒體尺寸減薄、過(guò)濾槽裂紋，導(dǎo)致過(guò)濾機(jī)失效不能正常使用，需要進(jìn)行修復(fù)或更換轉(zhuǎn)筒。由于過(guò)濾機(jī)轉(zhuǎn)筒體積較大，整體由高等級(jí)不銹鋼制造，設(shè)備用材級(jí)別較高，采購(gòu)新件費(fèi)用昂貴，對(duì)原有損傷轉(zhuǎn)筒進(jìn)行修復(fù)則具有更好的經(jīng)濟(jì)性。

1 轉(zhuǎn)筒損傷位置及分析

轉(zhuǎn)筒損傷主要分布在控制頭密封面、填料密封面、密封塊接觸面、過(guò)濾槽隔板及隔板連接焊縫等位置（圖1）。其中，控制頭密封面和填料密封面的損傷形式為磨損，密封塊接觸面的損傷形式為磨損并伴有裂紋，過(guò)濾槽隔板和隔板連接焊縫的損傷形式為裂紋。

在含氯離子酸性環(huán)境下，不銹鋼的腐蝕磨損速率隨著腐蝕介質(zhì)溫度的升高而增加，在溫度較高，濃度較高的酸中，氫去極化或氧去極化的陰極過(guò)程變得比較容易進(jìn)行，不銹鋼就會(huì)轉(zhuǎn)入活化狀態(tài)，腐蝕速度就比較高。雖然316L、317L 等不銹鋼可應(yīng)用于溫度低于120的酸中，但在不同的雜質(zhì)、濃度和溫度作用下，也常常會(huì)發(fā)生較嚴(yán)重的局部腐蝕或全面腐蝕[1]。酸性介質(zhì)可以穿透鈍化膜造成鈍化膜不連續(xù)處的金屬被腐蝕，隨著轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾機(jī)持續(xù)運(yùn)行，磨損面積持續(xù)增加。磨損過(guò)程中，位錯(cuò)交載產(chǎn)生空位。由于這些空位濃度與范性變形量有關(guān)，因此磨損表面層中的空位濃度隨磨損載荷的增加而增加?？瘴坏拇嬖谄茐牧司Ц裨拥囊?guī)則排列，并在周?chē)w中引進(jìn)一定的彈性畸變，導(dǎo)致磨損表面內(nèi)能增加，使磨損表面的耐蝕性降低[2]。磨損使基材內(nèi)部缺陷的增大是磨損加劇表面材料腐蝕的根本原因，裸露在腐蝕介質(zhì)中的新鮮基材面積增大，受低速重載等原因影響，在磨損和腐蝕加速作用下導(dǎo)致轉(zhuǎn)筒尺寸開(kāi)始減薄失效，不能繼續(xù)正常使用而失效報(bào)廢。

圖1 轉(zhuǎn)筒損傷主要分布

2 以激光熔覆為核心的綜合修復(fù)方案

對(duì)兩型不同廠家待修復(fù)轉(zhuǎn)鼓式過(guò)濾機(jī)的轉(zhuǎn)筒，用手持式光譜儀檢測(cè)基材化學(xué)元素成分，均屬于316 系列不銹鋼（圖2、表1）。考慮到轉(zhuǎn)筒待修復(fù)面積大（700～1500 mm）、加工尺寸精度高，而不銹鋼的線膨脹系數(shù)比碳鋼大約40%，并且隨著溫度的升高其線膨脹系數(shù)的數(shù)值也相應(yīng)提高、導(dǎo)熱率又只有碳鋼的1/3，為了防止出現(xiàn)修復(fù)時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)筒表面的大面積堆焊，導(dǎo)致出現(xiàn)修復(fù)后轉(zhuǎn)筒外形尺寸變形的風(fēng)險(xiǎn)，決定選擇以激光熔覆為復(fù)型的主要工藝方案。

圖2 用手持式光譜儀檢測(cè)基材化學(xué)元素成分

圖3 非控制頭端同心度與圓度檢測(cè)

表1 轉(zhuǎn)筒化學(xué)元素成分%（w.）

表2 熔覆用合金粉材化學(xué)元素成分

圖4 控制頭端同心度與圓度檢測(cè)

具體修復(fù)方案包括以下步驟：根據(jù)基材及修復(fù)要求選定修復(fù)材料成分（表2）；對(duì)待修轉(zhuǎn)筒進(jìn)行清洗除垢；進(jìn)行尺寸檢測(cè)、PT（Penetrant Testing，滲透檢測(cè)）探傷、硬度值檢測(cè)；制作專(zhuān)用防變形工裝；圓跳動(dòng)值檢測(cè)；車(chē)削清理待修損傷部位疲勞層；銑削清理過(guò)濾槽隔板連接焊縫；手工堆焊修復(fù)過(guò)濾槽隔板焊縫；選用專(zhuān)用鎳基金屬粉依次激光熔覆：控制頭密封面、填料密封面、密封塊接觸面；粗車(chē)激光熔覆修復(fù)部位；PT 檢測(cè)、硬度值檢測(cè)；精磨加工復(fù)型至成品尺寸；表面鈍化處理。

3 修復(fù)損傷轉(zhuǎn)筒的工藝過(guò)程

（1）對(duì)轉(zhuǎn)筒進(jìn)行了附著物的清理和整體清洗，記錄修復(fù)前的原始尺寸。分別制作適用于機(jī)床裝夾加工的法蘭工裝，并將該兩套法蘭工裝分別組裝固定在轉(zhuǎn)筒兩端，利用車(chē)床床頭的卡盤(pán)、尾架的卡盤(pán)夾緊法蘭工裝的軸頸，以轉(zhuǎn)筒兩端軸承位軸頸為基準(zhǔn)找正，打表分別檢測(cè)轉(zhuǎn)筒外圓面跳動(dòng)值（圖3、圖4），檢測(cè)修復(fù)前硬度值區(qū)間為180～200 HB，并進(jìn)行了修復(fù)前表面PT 檢測(cè)（圖5）。

（2）制作了專(zhuān)用工裝支撐在兩端待修復(fù)填料密封面背部（圖6），防止在后續(xù)修復(fù)加工過(guò)程中填料密封面的薄壁部位應(yīng)力變形。車(chē)削清理待修損傷外圓部位的疲勞層；銑削清理過(guò)濾槽隔板連接焊縫裂紋（圖7）。手工堆焊修復(fù)過(guò)濾槽隔板焊縫（圖8）。

（3）轉(zhuǎn)筒體積和熔覆作業(yè)量大，使用DL-HL-5000 型5 kW、CO2氣體激光器和膠輪支架進(jìn)行激光熔覆（圖9），支架用水平儀找平，支架中心與激光器光路平行度3 mm/1 m，保證激光在轉(zhuǎn)鼓表面的直線運(yùn)行及光斑質(zhì)量。熔覆前使用丙酮清洗熔覆區(qū)域，激光熔覆工藝參數(shù)設(shè)為：功率（2.5～3）kW、線速度1000 mm/min、光斑3 mm、搭接1 mm、粉厚0.5 mm，熔覆過(guò)程中為防止熱變形采用紅外線測(cè)溫儀對(duì)筒體進(jìn)行監(jiān)測(cè)，溫度過(guò)高時(shí)停止熔覆，控制轉(zhuǎn)筒整體溫升80。

圖5 修復(fù)前表面PT 檢測(cè)

圖6 專(zhuān)用工裝

圖7 銑削清理過(guò)濾槽隔板連接焊縫裂紋

圖8 手工堆焊修復(fù)過(guò)濾槽隔板焊縫

（4）對(duì)所有激光熔覆部位進(jìn)行粗車(chē)，車(chē)削后的尺寸按修復(fù)成品尺寸留出0.6～0.8mm 精磨加工余量，每車(chē)削或磨削一個(gè)軸徑段時(shí)，檢測(cè)一次基準(zhǔn)面及車(chē)削部位的跳動(dòng)值變化。精磨前要對(duì)車(chē)削部位作PT 檢測(cè)，確認(rèn)無(wú)缺陷后精磨到公差尺寸要求（圖10），表面粗糙度Ra 為1.6。機(jī)加工完成后拆除全部專(zhuān)用工裝。

（5）表面鈍化處理。轉(zhuǎn)筒修復(fù)部位整體清理干凈，室溫下均勻涂抹酸洗鈍化膏約2～3 mm 厚，等待60 min 后用潔凈水沖洗，直至呈現(xiàn)出均勻的銀白色鈍化膜為止（圖11）。然后在經(jīng)過(guò)酸洗轉(zhuǎn)筒表面選取若干點(diǎn)作為測(cè)試區(qū)域，使用鐵離子檢測(cè)試液進(jìn)行檢測(cè)，試液停留20 min 后試液無(wú)任何變化，則鐵離子檢測(cè)合格。經(jīng)酸洗鈍化后搬運(yùn)吊裝及存放時(shí)禁止磕碰劃傷鈍化膜。

4 修復(fù)效果

（1）經(jīng)使用廠家檢測(cè)，經(jīng)激光修復(fù)與機(jī)加工后的轉(zhuǎn)筒外形尺寸符合技術(shù)要求的公差尺寸，跳動(dòng)值未超出進(jìn)廠檢測(cè)的最大誤差值，驗(yàn)證了防變形工裝及激光熔覆過(guò)程中的溫控措施有效。

圖9 激光熔覆

圖10 精磨前對(duì)車(chē)削部位作PT 檢測(cè)

圖11 沖洗至呈現(xiàn)出均勻的銀白色鈍化膜

（2）用選定的合金粉熔覆后的轉(zhuǎn)筒表面硬度值為200～220 HB 硬度比原始基材略為提高，提高了轉(zhuǎn)筒表面的耐磨性能。廠家經(jīng)一個(gè)使用周期的對(duì)比，修復(fù)的轉(zhuǎn)筒未出現(xiàn)明顯腐蝕，熔覆所用的高等級(jí)合金材料在轉(zhuǎn)筒基材表面形成了有效防護(hù)，改善了轉(zhuǎn)筒對(duì)高溫酸性介質(zhì)的抵抗性能，并具有良好的強(qiáng)韌化匹配，在760以下具有高的拉伸和持久強(qiáng)度，在870以下具有良好的抗氧化性能[3]。

（3）本修復(fù)方案可以修復(fù)磨損的轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾機(jī)的轉(zhuǎn)筒部件，通過(guò)激光修復(fù)再造能有效減少新造轉(zhuǎn)筒的資源消耗和購(gòu)置成本，并能提高轉(zhuǎn)鼓再造后的耐磨性和耐腐蝕性，使其以優(yōu)良的服役表現(xiàn)重新投用，降低使用廠家成本。