摘要：汽轮机叶片是汽轮机的核心部件之一，其决定着设备的整体质量。激光加工技术能够利用瞬间产生的高能量，实现基体的强化，具有完成强化材料与基体的冶金结合、热影响区小、变形小、自动化尺度高等特点，有望完全克服传统方法中的缺点，正得到越来越广泛的应用。文章主要研究激光加工技术在汽轮机叶片制造中的应用。
关键词：激光技术；汽轮机；汽轮机叶片
工业汽轮机作为关键动力设备在诸如石油、化工、轻工等重要经济部门中发挥着越来越重要的作用，而叶片作为汽轮机关键的零件，对于汽轮机的安全运行至关重要。叶片的作用是将高速气流的动能转换成机械能，特别是末级叶片工作在湿蒸汽区[1]，蒸汽在运行中易凝结成小水滴，在高速运转中，小水滴由于离心运动被高速甩向叶片末端并发生爆破，长期受此冲击爆破力作用，在叶片末端将产生疲劳裂纹并进而发展形成气蚀[2]。特别是近几年来受调峰降负荷运行影响，汽轮机运行工况较为恶劣，加剧了气蚀现象的发生与发展。因此，叶片抗气蚀能力的高低直接影响到汽轮机的工作效率及安全运行。
1激光加工技术的原理以及特点
1.1原理
与传统的工业加工方式相比较，激光加工属于现代化的无接触操作，在加工的全部过程之中，加工工具不会与工件表面之间发生直接的接触，自然也就不会因为直接摩擦而产生阻力，因此工作速度非常快。同时，加工工件受热的影响范围相对较小，不会产生噪音。此外，加工操作人员可以直接的对激光束的能量以及移动速度进行调整，如此，激光加工技术就可以在不同类型工件的加工过程之中得到应用。
1.2特点
激光加工技术，是在现代激光技术的基础之上发展而来的一种现代化的先进生产技术，与传统的工业加工技术相对比，可以明确发现其突出优点:第一点，其加工所用激光束具有可调节的灵活性特点，可以在多种类型的工件加工过程之中得到非常良好的应用[1]。第二点，其可以对大多数的金属以及非金属材料进行加工操作，尤其是对于脆性高、硬度高、熔点高的材料，具有更加突出的应用优势。第三点，在加工的全部过程之中，不会出现“刀具”的磨损，且没有切削力产生。第四点，进行加工作业时，激光束的能量密度非常高，操作速度较快。在局部的加工操作之中，其对激光没有照射位置的影响较小，热影响区小，能够保证工件不会受热变形，为后续的加工操作提供了极大便利。第五点，其能够通过一些透明的介质对密闭空间内的工件进行加工操作。第六点，激光束具有易聚集、导向的特点，能够实现对各个方向的自由转换，与数控系统的配合程度较高，能够灵活地对复杂的工件进行加工。第八点，运用激光技术进行施工，施工的效率较高，质量能够得到较好的保证，可以获得更多的经济利益。
2常见的激光加工技术
2.1激光打孔使用脉冲激光器，能够操作激光束对工件进行打孔作
业，激光脉冲的宽度为0.1-1毫秒之间，适用于微型孔或异形孔的加工。一般来说，激光打孔的孔径在0.005-1毫米之间。现阶段，这一技术已经被广泛地应用到了精密仪表、钟表、珠宝等行业的生产加工过程之中。
2.2激光切割
在汽车、造船等大型的工业加工企业之中，经常会使用百瓦到万瓦之间的连续性激光器对工件进行切割作业。如此，既能够保证精准的规格设计，又能够切实提高工作效率，有利于实现规模化的生产。此外，这一设备也经常被应用到划片或者刻字的加工操作过程之中。
2.3激光焊接
激光焊接技术，具有热变形小、焊接强度高、密封性好的突出特点，可以应用到性质以及尺寸悬殊工件的焊接操作过程中[2]。同时，对于陶瓷等熔点很高，以及易氧化的材料，其具有非常好的焊接效果。
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2.4激光微调
应用中小型的激光器，能够便捷地去除电子小型元件上的部分材料，如此，就能够实现改变电参数的切实作用。激光微调具有速度快、精准度高的突出特点，适合在大规模生产中的应用。此外，运用这一技术，可以对有缺陷的基层电路进行修补，完成大部分人工操作难以完成的施工内容。
2.5热处理与强化处理
除了以上几个方面之外，运用激光技术，还可以实现激光热处理、强化处理的加工操作。具体来说，就是使用激光束照射材料，使材料的表面融化再结晶，实现一种淬火或者退火的目的，从而实现对工件的热处理以及强化处理。
3激光加工技术在汽轮机叶片制造之中的应用
通过上述分析，可以明确激光加工技术是一种在激光技术的基础之上发展而来的现代化工业加工技术类型。通过此技术的应用，能够实现更加精细的加工操作。这一技术在汽轮机叶片制造过程中的应用，能够有效提高叶片质量，优化汽轮机的实际应用效果。
3.1汽轮机叶片激光合金化
所谓的激光合金化，就是在高密度、高能量激光束的照射下，令工件基体表层与需要加入的合金元素进行快速的融化以及混合。如此，就能够在工件的表面，在极短的时间之内形成以原工件为基体的，具有一定合金成分的表面合金化表层。举例说明:一块调制过的2CrL3基材，其金相组织的形态表现为铁素体以及颗粒状小型碳化物构成的回火素氏体结构。在经过激光加工技术的合金化处理之后，其形成了致密的合金层。经过显微镜观察，其表面无裂纹、无气孔，与基体形成了一个完美的冶金结合层。经过研究可以发现，导致其发现这一变化的原因主要体现在以下几个方面:首先，加工过程中激光束的能量非常高，基体在激光束的照射作用下发生了迅速的融化。其次，由于激光的迅速加热以及迅速冷却，融化层之中的一部分奥氏体难以及时进行分解，并且强化了合金层的抗腐蚀性以及塑韧性。
3.2叶片激光固溶强化
所谓的激光固溶强化是针对一些特殊的沉淀硬化材料所提出的加工技术[3]。在同一个激光技术加工过程之中，利用温度在各区域的差异问题，可以运用激光束的固溶扩散操作，实现固溶强化的目的，进而达到一种复合性铅强化整体效果。例如:对叶片的头部进行固溶强化，可以根据各部分热度的差别，将其分为热影响区、时效硬化层、基体三个色差明显存在区别的区域。此时，即可以对其进行激光固溶强化处理，如此，就能够实现强化层的激光化。经过分析，这一激光层呈现出了一种网状分布结构，并且表面不存在裂纹。这是由于激光在强化的过程中，出现了迅速的加热以及迅速的冷却，在这一过程中之中，使叶片的表面硬度明显提高，并形成了晶化组织，强化了叶片的塑性以及韧性。
3.3激光叶片修复
运用激光技术，可以对一些存在质量问题的叶片进行修复处理，进而使其具有更加突出的应用质量。例如:某叶片表面存在大量明显的裂纹以及气孔，使得其韧性以及强度大大降低。此时，运用激光技术对其表面进行强化修复，就能够使叶片的表面形成一层化合成，表面的裂纹以及气孔明显消失，叶片的质量得到了突出的强化，并产生了坚固的冶金结合层。
4结束语
激光合金化层明显区别于基材。合金化层较基材抗气蚀性能提高一倍以上。因此激光合金化由于加工容易、生产效率高、成本相对较低等优点，在提高气蚀性能和延长叶片使用寿命方面具有较好的应用前景。综上所述，该技术的初步应用展示了良好的前景:实践证明，激光强化技术替代传统技术安全可靠，性能提高显著;实现报废叶片的激光修复再制造为期不远，尤其是随着柔性光纤激光的发展，实现现场修复逐渐成为可能。
参考文献
[1]姚燕生，袁珠珠，王园园，陈雪辉，袁根福.氮化硅陶瓷水下激光与超声复合加工方法及其机理研究[J].机械工程学报，2016，40(22):88-93.
[2]李杰，张会臣，连峰，庞连云.基于激光加工和自组装技术硅基底超疏水表面的制备[J].功能材料，2015，41(09):1618-1622.
[3]施文妹，周海涛.激光加工技术的原理以及特点分析——以一汽汽车生产制造为例[J].教育发展研究，2014，34(Z1):86-91.
论文作者:张洪泽
论文发表刊物:《电力设备》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/13
标签：激光论文; 加工论文; 叶片论文; 汽轮机论文; 技术论文; 工件论文; 激光束论文; 《电力设备》2018年第20期论文;