[发明专利]一种冲击式水轮机喷针及其制造方法

说明书

本发明具体公开了一种冲击式水轮机喷针及其制造方法，水轮机喷针，包括喷针基材和熔覆层，熔覆层熔覆在喷针基材表面，熔覆层采用铁基合金粉末熔覆而成，铁基合金粉末由C、Cr、Ni、V和Fe组成，各组分按重量百分比含量为：C：0.5‑0.8％，Cr：14.0‑17.0％，Ni：1.0‑4.0％，V：1.0‑3.0％，其余为Fe；制造方法，包括如下步骤：(1)喷针粗加工处理，(2)铁基合金粉末的制备，(3)采用激光熔覆技术在喷针表面制备熔覆层，(4)喷针精加工处理。本发明通过采用激光熔覆技术在喷针表面熔覆特定的铁基合金粉末，熔覆层与基材的结合强度高，同时熔覆层具备高强度、高硬度及高耐磨性的特点。

技术领域

本发明属于水轮机喷针技术领域，尤其涉及一种冲击式水轮机喷针及其制造方法。

背景技术

冲击式水轮机是利用高压喷射水流的动能做功的水轮机，高水头水库的水通过压力管道引到水轮机，高压水经过水轮机喷管成为高速射出的水流，冲向水轮机的水斗，使水轮机旋转做功。喷射机构简称喷管，主要由喷嘴、喷针、喷针移动机构组成。通过喷针在喷管内的移动改变喷嘴出口大小，从而改变喷管出水流量以达到改变水轮机的功率。

喷针作为冲击式水轮机关键零部件，起到调节水量及负荷大小的关键作用，喷针的表面性能直接影响水轮机的运行效率和使用寿命，因此要求喷针表面具备高强度、高硬度、高耐磨性能，且使用寿命达到要求。

目前喷针表面强化现多采用喷焊或热喷涂工艺，而喷焊工艺存在喷焊层易剥落、裂纹、气孔、夹渣以及热变形等；热喷涂基材与喷涂层属于机械结合，结合强度低，喷涂层易脱落从而使表面耐磨性降低，使用寿命短。综上，现有两种工艺处理的喷针表面强度、硬度、耐磨综合性能均无法满足喷针长期使用的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种冲击式水轮机喷针，其熔覆层与基材的结合强度高，同时熔覆层具备高强度、高硬度及高耐磨性的特点。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：一种冲击式水轮机喷针，包括喷针基材和熔覆层，所述熔覆层熔覆在喷针基材表面，所述熔覆层采用铁基合金粉末熔覆而成，所述铁基合金粉末由C、Cr、Ni、V和Fe组成，各组分按重量百分比含量为：C：0.5-0.8％，Cr：14.0-17.0％，Ni：1.0-4.0％，V：1.0-3.0％，其余为Fe。

进一步，所述熔覆层厚度为1-1.5mm。

本发明还提供上述冲击式水轮机喷针的制造方法，包括如下步骤：

(1)喷针粗加工处理

通过机械加工将喷针基材进行加工至最终工作尺寸的喷针，并继续加工除去喷针工作表面1mm的厚度，得到最终工作尺寸向内1mm的喷针；

(2)铁基合金粉末的制备

铁基合金粉末由C、Cr、Ni、V和Fe组成，各组分按重量百分比含量为：C：0.5-0.8％，Cr：14.0-17.0％，Ni：1.0-4.0％，V：1.0-3.0％，其余为Fe，将铁基合金粉末放置在真空干燥箱中80℃条件下保温6小时后，加入送粉桶里准备激光熔覆；充分干燥后的铁基合金粉末可以避免在激光熔覆层中产生气孔，也可以防止熔覆层出现氢脆现象；

(3)采用激光熔覆技术在喷针表面制备熔覆层

将步骤(1)加工得到的最终工作尺寸向内1mm的喷针置于激光熔覆设备的两轴变位机的回转轴上，并利用三爪卡盘进行装夹定位，然后通过机器人控制器进行编程，使两轴变位机上的喷针做回转运动，使机器人上的激光熔覆头沿喷针轴向直线运动，通过变位机和机器人的联动作用，并同轴输送步骤(2)制得的铁基合金粉末，利用铁基合金粉末对喷针外表面以螺旋线路径进行重复激光熔覆，在喷针表面制成熔覆层；

(4)喷针精加工处理

将步骤(3)制得的熔覆有熔覆层的喷针进行机械精加工处理。