陶 瑋，鄒新長，陶家友，魏 勇

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

0 引言

轉(zhuǎn)鼓式過濾機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)部門的大型設備，運行中轉(zhuǎn)筒每旋轉(zhuǎn)一周，過濾機完成一個過濾、洗滌、吹干、卸料和清洗濾布的循環(huán)周期，從而實現(xiàn)固液分離。由于其結(jié)構(gòu)簡單，處理能力大，運行維護費用低等特點，能夠滿足PTA（P-phThalic Acid，精對笨二甲酸）裝置高負荷生產(chǎn)的需要，國內(nèi)外的PTA 裝置中均采用轉(zhuǎn)鼓式過濾機來分離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。轉(zhuǎn)筒表面由于在運轉(zhuǎn)過程中不斷受漿液顆粒磨損與腐蝕，造成筒體尺寸減薄、過濾槽裂紋，導致過濾機失效不能正常使用，需要進行修復或更換轉(zhuǎn)筒。由于過濾機轉(zhuǎn)筒體積較大，整體由高等級不銹鋼制造，設備用材級別較高，采購新件費用昂貴，對原有損傷轉(zhuǎn)筒進行修復則具有更好的經(jīng)濟性。

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程變得比較容易進行，不銹鋼就會轉(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，也常常會發(fā)生較嚴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)鼓過濾機持續(xù)運行，磨損面積持續(xù)增加。磨損過程中，位錯交載產(chǎn)生空位。由于這些空位濃度與范性變形量有關，因此磨損表面層中的空位濃度隨磨損載荷的增加而增加。空位的存在破壞了晶格原子的規(guī)則排列，并在周圍晶體中引進一定的彈性畸變，導致磨損表面內(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致轉(zhuǎn)筒尺寸開始減薄失效，不能繼續(xù)正常使用而失效報廢。

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方案

對兩型不同廠家待修復轉(zhuǎn)鼓式過濾機的轉(zhuǎn)筒，用手持式光譜儀檢測基材化學元素成分，均屬于316 系列不銹鋼（圖2、表1）?？紤]到轉(zhuǎn)筒待修復面積大（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)值也相應提高、導熱率又只有碳鋼的1/3，為了防止出現(xiàn)修復時對轉(zhuǎn)筒表面的大面積堆焊，導致出現(xiàn)修復后轉(zhuǎn)筒外形尺寸變形的風險，決定選擇以激光熔覆為復型的主要工藝方案。

圖2 用手持式光譜儀檢測基材化學元素成分

圖3 非控制頭端同心度與圓度檢測

表1 轉(zhuǎn)筒化學元素成分%（w.）

表2 熔覆用合金粉材化學元素成分

圖4 控制頭端同心度與圓度檢測

具體修復方案包括以下步驟：根據(jù)基材及修復要求選定修復材料成分（表2）；對待修轉(zhuǎn)筒進行清洗除垢；進行尺寸檢測、PT（Penetrant Testing，滲透檢測）探傷、硬度值檢測；制作專用防變形工裝；圓跳動值檢測；車削清理待修損傷部位疲勞層；銑削清理過濾槽隔板連接焊縫；手工堆焊修復過濾槽隔板焊縫；選用專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；粗車激光熔覆修復部位；PT 檢測、硬度值檢測；精磨加工復型至成品尺寸；表面鈍化處理。

3 修復損傷轉(zhuǎn)筒的工藝過程

（1）對轉(zhuǎn)筒進行了附著物的清理和整體清洗，記錄修復前的原始尺寸。分別制作適用于機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，利用車床床頭的卡盤、尾架的卡盤夾緊法蘭工裝的軸頸，以轉(zhuǎn)筒兩端軸承位軸頸為基準找正，打表分別檢測轉(zhuǎn)筒外圓面跳動值（圖3、圖4），檢測修復前硬度值區(qū)間為180～200 HB，并進行了修復前表面PT 檢測（圖5）。

（2）制作了專用工裝支撐在兩端待修復填料密封面背部（圖6），防止在后續(xù)修復加工過程中填料密封面的薄壁部位應力變形。車削清理待修損傷外圓部位的疲勞層；銑削清理過濾槽隔板連接焊縫裂紋（圖7）。手工堆焊修復過濾槽隔板焊縫（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，熔覆過程中為防止熱變形采用紅外線測溫儀對筒體進行監(jiān)測，溫度過高時停止熔覆，控制轉(zhuǎn)筒整體溫升80。

圖5 修復前表面PT 檢測

圖6 專用工裝

圖7 銑削清理過濾槽隔板連接焊縫裂紋

圖8 手工堆焊修復過濾槽隔板焊縫

（4）對所有激光熔覆部位進行粗車，車削后的尺寸按修復成品尺寸留出0.6～0.8mm 精磨加工余量，每車削或磨削一個軸徑段時，檢測一次基準面及車削部位的跳動值變化。精磨前要對車削部位作PT 檢測，確認無缺陷后精磨到公差尺寸要求（圖10），表面粗糙度Ra 為1.6。機加工完成后拆除全部專用工裝。

（5）表面鈍化處理。轉(zhuǎn)筒修復部位整體清理干凈，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)過酸洗轉(zhuǎn)筒表面選取若干點作為測試區(qū)域，使用鐵離子檢測試液進行檢測，試液停留20 min 后試液無任何變化，則鐵離子檢測合格。經(jīng)酸洗鈍化后搬運吊裝及存放時禁止磕碰劃傷鈍化膜。

4 修復效果

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

圖9 激光熔覆

圖10 精磨前對車削部位作PT 檢測

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)一個使用周期的對比，修復的轉(zhuǎn)筒未出現(xiàn)明顯腐蝕，熔覆所用的高等級合金材料在轉(zhuǎn)筒基材表面形成了有效防護，改善了轉(zhuǎn)筒對高溫酸性介質(zhì)的抵抗性能，并具有良好的強韌化匹配，在760以下具有高的拉伸和持久強度，在870以下具有良好的抗氧化性能[3]。

（3）本修復方案可以修復磨損的轉(zhuǎn)鼓過濾機的轉(zhuǎn)筒部件，通過激光修復再造能有效減少新造轉(zhuǎn)筒的資源消耗和購置成本，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。