激光制造离心泵关键运行组件技术研发

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1、激光制造离心泵关键运行组件技术研发可行性研究报告一、立项的背景和意义本项目提出采用先进的激光熔覆技术制造离心泵的关键运行部件，是我公司在为国家许多重点工程中的重大装备做泵配套供应，并经用户信息反馈和多年使用的基础上而提出的研发课题，具有强烈的应用背景。石油石化工业是国民经济的重要产业，既是能源工业，又是主要的原材料加工业。随着世界经济全球化进程的加快，我国经济也快速发展。目前，我国已经有十余种主要石油化工产品的产量居世界前列。其中，化肥、合成氨、纯碱、硫酸、燃料、磷矿、磷肥、合成纤维、胶鞋等产量居世界第一位；农药、烧碱、轮胎产量居第二位；原油加工、乙烯

2、、涂料等居第三位。对石油及石油产品如汽油、柴油、煤油、润滑油等需求不断增加，对以石油和天然气为原材料生产的三大合成材料如合成树脂、合成橡胶、合成纤维的需求量也将大大增加。石化泵是石化生产装置中用量最大的转动设备，它像人的心脏输送血液一样把各种液体介质如原油、成品油、化工原料、中间产品和成品输送到其他地方。据统计一个大型炼油厂需要各种石化泵1000多台，一个大型乙烯厂需要各种石化泵2000多台，其中离心泵占80%，其余为往复泵、螺杆泵和真空泵等。石化泵输送介质压力由负压到300MPa，温度由零下190℃到零上近500℃，有的介质粘稠，有的还带有固体颗料，

3、输送介质大部分有腐蚀性和磨蚀性。在石化离心泵所有的过流部件中，叶轮、密封环和平衡鼓盘是泵的核心关键部件，也是易损件，它们的使用性能往往在很大程度上影响着整台泵的检泵周期进而影响泵的服役寿命。对这些关键运行组件，企业现行基本上都采用传统的常规整体或表面处理技术，如气体氮化、等离子氮化、热处理淬火、感应表面淬火、手工堆焊等工艺技术。由于泵的运行部件大多采用不锈钢材料，对于奥氏体和铁素体不锈钢基材，不能依靠整体热处理提高硬度，只能靠氮化或手工堆积焊或等离子焊来增加硬度和耐磨性；而对于马氏体不锈钢可通过整体热处理淬火、感应表面淬火来增加硬度和耐磨性。然而，离心

4、泵的工作介质中除具有腐蚀性之外，往往还带有固体颗粒，致使过流部件遭受到强烈的磨粒磨损和冲刷腐蚀磨损，气体氮化和等离子氮化尽管有较高的硬度和较好的耐蚀性，但其处理层较薄，难以抵抗这种苛刻的工作环境，况且氮化处理是一种生产周期长、处理效率较低下的工艺，要靠增加厚度的方法增加耐磨性显然不经济；感应淬火硬化层虽然可以达到较厚的工程厚度，但仅限于马氏体不锈钢的处理，在腐蚀性稍强烈并夹带固体硬颗粒的工作介质条件下工件往往发生早期失效；对于不能淬火相变硬化的不锈钢基材，只能靠手工堆积焊或等离子焊来增加硬度和耐磨性，然而受手工操作堆焊温度难于控制以及工件外部形状等的影

5、响，该方法存在涂层组织不致密、孔洞较多、硬度偏低、结合力不够且生产率低下等问题，致使目前生产企业缺少一种处理手段能很好地解决泵类关键运行部件在苛刻环境工况下的磨损问题。由于关键运行部件的早期磨损失效，使泵效降低，缩短了检泵周期，且频繁更换部件，既增加材料成本和劳动强度，又严重影响生产，带来更大的间接损失。这种泵类关键运行部件加工的生产率低下、摩擦副表层组织与性能难于保证的状况在温州乃至全国其他泵类企业都普遍存在，已成为泵类制造加工业中的共性问题，而改造和提升温州地区传统泵业的加工制造水平，全面提高其生产率就显得日益迫切和需要。本项目自行设计独特的激光涂

6、层材料体系，由纳米颗粒及多种纯合金组元的混合物组成，采用先进的高能激光束辐照控制技术对其合成，以原位自生陶瓷硬质相的方式在泵关键组件表层形成含有纳米颗粒的高硬度优质耐磨涂层。采用的激光束为清洁能源，无任何环境污染。激光处理时的电参数能精确控制，从而达到控制温度、形成性能所要求的组织，比手工堆积焊、等离子喷涂的组织更加致密、无孔洞，硬度高，表面性能优异；并具有处理的热变形小、熔覆层的厚度可控、涂层与基体金属可实现牢固的原子冶金结合等特点；同时激光器加工机床配有先进的数控系统，可对任意异形面泵组件进行自动熔覆加工，工艺过程可实现自动化。此项目的成功实施，将

7、大大增强离心泵关键运行部件的耐磨性、密封性和可靠性，提高离心泵产品的科技含量，促进泵产业的良性发展，显著提升我国高端泵类产品在国际市场上的竞争力，提高我国泵类产品在国际市场中的地位。对我国国民经济的发展会产生良好的经济效益和社会效益。二、国内外研究现状和发展趋势本公司属合资企业，由×××实业股份有限公司和日本国株式会社荏原制作所于2003年5月投资设立，注册资金660万美元，2012年增加注册资金至1100万美元。荏原是全球规模最大的泵类产品制造企业之一，也是世界制造业500强之一。每年产品营业额超过45亿美金（排名世界第二位），产品几乎适用于水泵的所

8、有场合。从材质上分有普通离心泵和全不锈钢泵，从类型上分有深井潜水离心泵，便携式潜水泵，污水泵、