關于大型水泵汽蝕修復和預防措施的探討

張全禮

（甘肅省景泰川電力提灌管理局，甘肅景泰730400）

我國從20世紀60年代開始研究表面防護材料及其技術，目前開發研究了一系列防護材料，比如環氧樹脂、橡膠、聚氨酯、尼龍復合涂層等，但是現有技術不能讓涂層和鑄件很好結合，生產的涂層容易老化，且生產工藝復雜，達不到抗汽蝕破壞的預期效果。本文介紹了幾種適合水泵汽蝕侵蝕破壞修復和預防的材料及其加工方法。

1 焊補修復

水泵葉輪的口環部位是水泵高壓空腔和低壓空腔的間隔部分，在水泵長期工作時，有一部分高壓空腔水高速通過口環部位的間隙返回到泵腔的低壓區，造成該部位沖刷，最終導致水泵效率下降，因此該部位是補修的重要部位。此外，葉輪出水葉片的外緣因長期受到水流的沖刷，葉片長度變短，對水泵的出水效率影響較大，應及時焊補，保證水泵工作效率。

焊補前，首先要進行汽蝕破壞情況的測試工作。侵蝕面積可以用涂色翻印法測量，在侵蝕區周邊涂刷墨汁等著色材料，待涂料干燥前用紙印下，再將紙放在方格玻璃板下，用數格的方法求出面積。將每塊疊加起來，得到每一葉片和整個葉輪的侵蝕面積，然后用探針測出破壞區深度。表面損壞的葉輪會失去動平衡，為了彌補缺失部分的重量，把膠泥涂在缺失區，最后通過膠泥的體積換算焊補的比量。同時，除去侵蝕部位污漬，并進行鏟削處理[1]。對于穿孔嚴重的葉片出水邊，可事先做出樣板，成塊割下，按樣板尺寸用中碳鋼進行復制，然后再拼焊在葉片上。

修補焊接后，葉片各部位應無裂紋，表面應光滑，無凹凸不平之處，不得有深度超過0.5 mm、坡口和夾紋長度超過50 mm的溝槽。葉輪應做靜平衡試驗，消除不平衡重量。當葉片外緣被損壞時，其與葉輪的間隙補焊完成后應保證原有設計間隙值。

1.1 冷焊

冷焊只能用于對焊縫要求不嚴或者受力不大的部位，開始焊接前，為了避免裂縫擴展，應將裂縫兩端鉆孔，然后沿著裂縫將兩側鏟成坡形，以便焊透。如果焊件的厚度大于20 mm，一般應將焊件的裂縫鏟成“X”形坡口，必須選用生鐵焊條，焊接時應分段分層堆焊，及時清除表面雜質。為了消除焊接的內應力，每焊一段應及時用手錘錘擊。

1.2 熱焊

熱焊適用于受力較大的部位，在焊接前必須預熱，將鑄件加熱到600～750℃，等鑄件發紅時，將施焊部位露出，其他部位用保溫材料包裹起來，再實施焊接。焊接結束后，焊件應自然緩慢冷卻。

2 非金屬材料涂敷

非金屬材料涂敷主要以復合環氧樹脂涂層為主，環氧樹脂是一種快速黏合的材料，操作方便。涂護前應用專用的石英砂噴槍將損壞面的鐵銹及泥沙清除干凈，再用丙酮或三氯乙烯等清洗劑擦拭，配合環氧樹脂固化劑一起來使用。如果把環氧樹脂粘合在直立面或者倒掛面，為避免黏合物位移，需使用502膠水。涂膠后，常溫下2～6 h固化，環境溫度越高，固化時間越短，陰冷潮濕天氣需加熱至15～25℃的環境溫度使用。因環氧樹脂涂護操作相對簡單，且固化效果好，因此在水泵的汽蝕修補中得到了廣泛的應用，但環氧樹脂涂護耐久性一般在500 h，之后便產生剝落現象。

3 合金粉末噴焊

合金粉末噴焊技術是對金屬表面進行強化的一種新技術，以提高零件的耐磨性為主要目的，它的原理是運用乙炔焰的熱量將合金粉末加熱，直至半熔融狀態甚至是液態后，通過噴槍高速噴涂在經過修復和清潔粗糙化的泵體表面，使其表面形成薄而均勻致密的金屬或合金焊層，使工作表面獲得耐磨、耐蝕的保護層，以達到修復和強化的目的。由于金屬粉末不受加工成型的限制，同時粉末的粒徑可以隨著工藝條件的不同而調節，合金材料由鎢、鉬、絡、鎳、鈦等材料組成，其特點是硬度高，涂層厚度可以控制在0.5～0.8 mm。噴涂層和基體材料采用冶金結合，結合力大于表面焊接，硬度可達60～70 HRC，耐磨，耐蝕性能優于不銹鋼，并且脫落不了。因此，合金粉末噴涂法具有節約材料、節省能源、縮短工時、延長使用壽命等特點，目前是水泵汽蝕修復的最好方法，也是預防汽蝕的最好辦法之一。

4 激光熔覆技術

隨著科技的進步，新技術、新發明不斷涌現出來，20世紀70年代出現了激光熔覆技術，當時只是在理論和實驗的初期階段，沒有得到長足發展。自20世紀80年代以來，科技的進步使激光熔覆技術得到了切實應用，這項技術利用覆蓋在母材表面的金屬微粒，通過激光的高溫將金屬微粒與母材表面融化為一體，在表面形成一層堅硬的化合物，這層化合物能顯著改善基體材料表面耐磨、耐蝕、抗氧化等性能。該技術研究的重點集中在改善工件表面物理、機械、化學、電特性等性能上，操作簡單易行，工作效率高，市場前景廣闊。實驗證明，采用激光熔覆工藝處理的水泵表面的抗氣蝕性能比噴焊處理的要高出30%～50%。

5 高分子化合物涂層

高分子涂層材料在近幾年大量應用于水泵制造和修理中，這項技術可以改變工件表面單一材料性能，用高分子化合物作為涂層改變機件表面的物理和化學性能，達到設備抗蝕、抗腐、抗震的效果[2]。利用高分子化合物涂層來修復汽蝕表面效果很好，以下是幾種常用的高分子化合物。

5.1 Devcon涂覆系列材料

該系列材料是美國Devcon公司的專利產品，該公司推出了一系列涂覆產品，涉及電子產品、金屬機械、民用產品、國防軍工等。其中鈦合金修復劑、磨砂陶瓷修復劑、韌性鋼修復劑和Flexane修補劑用于消除水泵的氣蝕現象，固化后的肖氏硬度達到85～87 HRC。柔性修復劑固化后，形成半硬橡膠層，可抵抗氣蝕和磨蝕[3]。可塑鋼修補劑與金屬材料有良好的粘接能力，混合后可在常溫下固化，形成堅硬耐用的物體，耐腐蝕、耐沖刷、耐汽蝕，是在條件不允許常規焊接時，取代常規焊接方法的理想材料。

5.2 貝爾佐納產品和技術

貝爾佐納（Belzona）作為高分子聚合物修復技術的先驅，在世界各地各行業中的應用已經成熟。20世紀80年代中期，在我國原化工部的強力推薦下，貝爾佐納技術首先在吉林化學工業公司開始使用。

6 結束語

使用先進的材料和修復技術來修復和防止水泵的氣蝕，具有巨大的經濟效益和深遠的社會影響。噴焊、激光加工、聚合物涂層等多種新技術可以修復和防止大型水泵的氣蝕損壞問題，延長水泵的使用壽命，提高工作效率，在今后的工作和生產中應大力推廣應用。