Aplicación industrial de la tecnología de revestimiento láser

Las bombas centrífugas se utilizan ampliamente en industrias como la energética, la metalúrgica, la del carbón y la de materiales de construcción para transportar lodos con partículas sólidas, mientras que las válvulas controlan el flujo de fluidos como aire, agua, vapor, medios corrosivos, lodos, aceite, metal líquido y sustancias radiactivas. La importancia de las bombas y válvulas es fundamental en las aplicaciones industriales modernas, ya que estos productos están constantemente expuestos a medios abrasivos y corrosivos, lo que requiere superficies duras, resistentes al desgaste y a la corrosión. Los procesos tradicionales de endurecimiento superficial tienen limitaciones, y es aquí donde la tecnología de revestimiento láser se presenta como una solución revolucionaria para bombas y válvulas de alta gama.

El revestimiento láser se ha convertido gradualmente en el arma secreta para el desarrollo y la producción de bombas y válvulas de alta gama, como revestimientos para bombas centrífugas, manguitos de equilibrio, discos de equilibrio, válvulas de bola, válvulas de compuerta y válvulas de control. Gracias a la precisión de la tecnología láser, el revestimiento láser está abriendo nuevas posibilidades para aplicaciones de alta gama en bombas y válvulas.

1. Ventajas de Revestimiento laser Sobre los métodos tradicionales

Tradicionalmente, las superficies de sellado de bombas y válvulas se han mejorado utilizando los siguientes métodos:

Cromado duro : espesor del recubrimiento <0.1 mm, utilizado principalmente para juntas blandas, propenso a agrietarse y descascarillarse;

Soldadura por proyección térmica : El método principal para sellos duros, con un espesor de recubrimiento que oscila entre 1 y 1.5 mm, propenso a una alta deformación térmica y desgaste del recubrimiento en capas más delgadas;

Soldadura por arco : Incluye MIG, TIG y PTA, con un espesor de recubrimiento que oscila entre 3 y 5 mm, lo que conlleva un alto desperdicio de material, altas tasas de dilución y una distribución desigual de la dureza.

En cambio, el revestimiento láser ofrece las siguientes ventajas clave:

Alta tenacidad : La estructura de revestimiento de grano fino garantiza una mejor resistencia al desgaste y cierta resistencia al impacto con el mismo nivel de dureza;

Fuerte unión metalúrgica : con una resistencia a la tracción >500 MPa, superior a la resistencia del material base;

Baja tasa de dilución : La tasa de dilución del revestimiento láser es ≤3%, lo que lo hace entre 3 y 5 HRC más duro que el revestimiento por plasma;

Estructura de grano fino : La capa de revestimiento es densa, carece de porosidad y presenta isotropía;

Dureza uniforme : Sin puntos blandos, con una variación de dureza de ≤3 HRC, lo que garantiza una excelente consistencia dentro de la profundidad efectiva.

2. Estado actual y avances en bombas y válvulas Revestimiento laser Aplicaciones

En la década de 1990, expertos como Wang Aihua de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong y Shi Shihong de la Universidad de Soochow comenzaron a investigar la tecnología y los materiales de revestimiento láser para bombas y válvulas, logrando resultados significativos. Sin embargo, debido a diversas limitaciones, la aplicación industrial del revestimiento láser en las superficies de sellado de válvulas y bombas tardó muchos años en generalizarse.

Desde 2010, la industria de bombas y válvulas ha enfrentado serios problemas debido a la escasa competencia, el exceso de oferta de productos de gama baja y la dificultad para acceder a mercados de alta gama. Esto ha impulsado a muchas empresas del sector a incrementar sus inversiones en innovación tecnológica y a orientarse hacia la producción de productos de alta gama para aplicaciones como temperaturas ultrabajas, energía nuclear e industria química.

En 2012, Wenzhou se convirtió en sede de un clúster industrial de láser y optoelectrónica de nivel nacional. Con el apoyo de iniciativas del gobierno local, la Universidad de Wenzhou, la Universidad de Zhejiang Gongshang y la Universidad Tecnológica de Zhejiang comenzaron a colaborar en varios proyectos importantes de láser para la industria de bombas y válvulas.

Por ejemplo, el equipo de la Universidad Tecnológica de Zhejiang, liderado por el profesor Yao Jianhua, desarrolló una tecnología de revestimiento láser para aleaciones de Fe-C-Cr-Si-Mo destinadas a la fabricación de válvulas. Este proceso dio como resultado una capa de revestimiento con unión metalúrgica y una dureza media de 640 HV0.2, superando significativamente la dureza del material base de 170 HV0.2. Este método de revestimiento láser triplicó la resistencia al desgaste en comparación con los procesos tradicionales.

3. Revestimiento laser Proceso y materiales para productos de bombas y válvulas

En el revestimiento láser , se utilizan diferentes materiales base según las condiciones de operación. Los materiales base comunes incluyen piezas fundidas de acero al carbono, aceros de baja aleación, aceros ferríticos, aceros inoxidables austeníticos, aceros inoxidables martensíticos, níquel y aleaciones de níquel.

Los productos de bombas y válvulas son artículos especializados, y muchas aplicaciones implican consideraciones de seguridad. El proceso de revestimiento láser para las superficies de sellado de bombas y válvulas debe cumplir con estándares estrictos para garantizar la calidad de la soldadura. El revestimiento láser debe tener en cuenta factores como el material, la forma de la estructura y las propiedades del tratamiento térmico. Para estandarizar el proceso para estos productos, Jiuheng Optoelectronics ha desarrollado un conjunto de "Requisitos técnicos para el revestimiento láser de superficies de sellado de bombas y válvulas" basados ​​en años de experiencia. Estos estándares especifican la temperatura previa a la soldadura, los procedimientos de tratamiento térmico, el control de la tasa de dilución y las dimensiones de la capa de revestimiento y las capas de transición.

4. Tres aplicaciones típicas de Revestimiento laser en productos de bombas y válvulas

1. Revestimiento láser en válvulas de bola resistentes al desgaste de silicio policristalino.

En la industria del silicio policristalino, las válvulas de bola de silicio policristalino resistentes al desgaste con diámetro DN80 se utilizan en dispositivos de recuperación de gases de combustión para reemplazar las válvulas importadas. El fluido está compuesto de polvo de silicio y clorosilano, con una dureza del polvo de silicio de entre HRC63 y 65, y la temperatura del fluido alcanza los 450 °C. La válvula está sometida a una fuerte erosión. El revestimiento láser de un recubrimiento compuesto metal-cerámico superresistente al desgaste en la superficie de sellado de la válvula de bola reemplaza el recubrimiento original de WC aplicado mediante pulverización supersónica. Esta estructura de revestimiento presenta una excelente resistencia al desgaste y a la erosión, superando significativamente la vida útil de las válvulas importadas.

2. Revestimiento láser en bombas de agua de alimentación de alta temperatura para la industria química del carbón.

En las bombas de agua de alimentación de alta temperatura para empresas químicas del sector energético, utilizadas para transportar aguas grises con hasta un 0.5 % de sólidos a 120 °C, el revestimiento láser de componentes como los revestimientos del impulsor, los revestimientos del cuerpo de la bomba, los manguitos de equilibrio y los discos de equilibrio mejora la dureza y la resistencia al desgaste de las superficies de sellado. Tras 18 meses de pruebas en entornos químicos de carbón con alto contenido de partículas, los componentes tratados con revestimiento láser mostraron una resistencia a la erosión hasta 6 veces superior a la de los métodos de soldadura tradicionales.

3. Revestimiento láser en válvulas de bola de alta presión 2500BL

En industrias como la química del carbón, la de conversión de carbón en petróleo, la del silicio policristalino y la petrolera, se utilizan ampliamente válvulas de bola especiales de alta presión y resistentes al desgaste. Jiuheng Optoelectronics y Wallcolmonoy Corporation fueron pioneras en el uso del revestimiento láser con aleaciones de níquel Colmonoy 88 en válvulas de bola de alta presión 2500BL. Esta tecnología mejora el rendimiento de la válvula, con una mayor dureza y una menor tasa de dilución en comparación con los procesos PTA, lo que optimiza significativamente el rendimiento general de las válvulas.

5. Conclusión

Con el avance de la ciencia y la tecnología modernas, los entornos de trabajo de los componentes se han vuelto cada vez más complejos, exigiendo un alto rendimiento superficial. Las bombas y válvulas, expuestas a medios abrasivos y corrosivos, deben poseer alta dureza, resistencia al desgaste y a la corrosión. La tecnología de revestimiento láser para superficies de sellado de válvulas de alta presión mejora estas propiedades. En comparación con los métodos tradicionales, el revestimiento láser mejora significativamente la calidad superficial, la resistencia al desgaste y la deformación térmica, con un control preciso de las capas y una excelente unión metalúrgica entre el revestimiento y el material base. Este proceso prolonga considerablemente la vida útil de las bombas y válvulas, mejorando su contenido tecnológico y su valor añadido. El revestimiento láser contribuye a la producción nacional de válvulas de alta gama, sustituyendo gradualmente las válvulas importadas y potenciando la modernización industrial y las capacidades de innovación regional, lo que impulsa significativamente la competitividad de China en el mercado global de bombas y válvulas.