本发明涉及氟化氢(hf)暨氟气(f2)生产用关键装置反应炉管的制造与维修领域，具体为一种生产hf或f2反应炉管内壁表面的激光强化提高使用寿命方法。
背景技术：
hf、f2、氟里昂等氟化物都是当代工业制造重要材料。我国有着较丰富萤石(caf2)矿产，通过
fe+h2so4→feso4+h2orfes+h2o
fe+hf→fef2+h2
但此段的20g锅炉钢材料在高温下亦受到加速腐蚀，年腐蚀率可达到30mm/年以上。但管子的进料段与出料端腐蚀损伤不太明显。目前工业上的修复是采用整根炉管更换或采用切割与焊接方法将管子中间段更换，或采用耐蚀合金材料制作炉管等，显然这些都是很费时、费事和费钱，严重地影响生产工期，增加生产成本。有的厂家采用对高温腐蚀段加补衬板方法局部修复，但由于衬布不耐蚀又薄，很易被蚀穿损坏。本专利技术可以使20g钢表面形成sio2保护膜，抑止腐蚀快速发展，如下述反应：
fe+si→fe-si化合物
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种生产hf或f2反应炉管内壁的激光强化延寿方法，可以解决大型hf(f2)反应炉管(长35m～50m，φ内2.8m～3.5m)在500℃～600℃高温反应带快速腐蚀窜洞早期失效问题。
本发明的技术方案是：
一种生产hf或f2反应炉管内壁的激光强化延寿方法，对生产hf或f2反应炉管的新管内壁或已经发生严重腐蚀损伤的炉管内壁进行修复用的衬板内侧进行激光表面合金化而强化延寿，激光表面合金化过程是指：(1)对新炉管内壁或修复用衬板内侧进行洁净化处理与活化处理；(2)施加合金化材料；(3)聚焦激光束连续扫描辐照熔化形成含si的合金化表层。
所述的生产hf或f2反应炉管内壁的激光强化延寿方法，步骤(1)是将新炉管内壁或修复用衬板表面上的油污、灰尘、泥土除去，并采用打磨、钢刷、喷砂或喷丸通过机械方法除去氧化膜，露出新鲜活性表面，同时形成凸凹状态显微结构。
所述的生产hf或f2反应炉管内壁的激光强化延寿方法，步骤(2)中，施加方法为火焰喷涂方法、等离子喷涂方法、电弧喷涂方法或料浆刷凃方法，合金化材料在激光辐照之前预置；或者，施加方法为气体送粉法或喂丝法，合金化材料在激光辐照之时同步施加。
所述的生产hf或f2反应炉管内壁的激光强化延寿方法，步骤(2)中，合金化材料为si；或者，合金化材料为si-x、si-cr-al或si-ni-cr合金；在si-x中，x＝fe、cr、al、ni、mo，合金化材料的形式为粉状、丝状、棒状或片状。
所述的生产hf或f2反应炉管内壁的激光强化延寿方法，按重量百分比计，合金化材料的组成及含量范围如下：
在si-x合金中，si含量为5wt％～25wt％；在si-cr-al、si-ni-cr合金中，si含量为5wt％～15wt％。
所述的生产hf或f2反应炉管内壁的激光强化延寿方法，步骤(3)中，聚焦激光束连续扫描辐照炉管内壁的方式是：聚焦激光束旋转炉管不动或炉管旋转光束不动，辐照光为连续或脉冲形式，聚焦光斑是方形、矩形或圆形，辐照熔区保护气体为ar、n2或co2，形成的平滑合金化层厚度≥0.10mm，合金化层中si含量≮5wt％。
本发明的优点及有益效果是：
传统20g锅炉钢材质的反应炉管虽有较好的抗高温性能，但在600℃左右条件下高温的h2so4+caf2混合介质作用下腐蚀很快，达到管壁厚减薄率为30mm/年左右，炉管使用寿命短。本发明对反应炉管内壁进行激光强化延寿，首先对炉管内壁进行洁净化处理，随后活化处理，然后将激光束导入炉管内进行激光表面si合金化，实现炉管内壁改性增强。或者，先对制作炉管用的20g板材和修复用的20g衬板的一侧表面进行激光si合金化改性增强，然后再压弯制管，合金化用材料可采用机械输送，亦可事先预置。采用本发明使反应炉炉管激光强化效果明显，达到1mm/年腐蚀率，激光强化速度快，无污染，技术经济效益非常显著。
具体实施方式
在具体实施过程中，本发明生产hf(f2)反应炉管的内壁激光强化延寿工艺方法，对生产hf(f2)反应炉管的新管内壁或已经发生严重腐蚀损伤的反应炉管内壁进行修复用的衬板内侧进行激光表面合金化而强化延寿，激光表面合金化过程是指：(1)对新炉管内壁或修复用衬板内侧进行洁净化处理与活化处理；(2)施加合金化材料；(3)聚焦激光束连续扫描辐照熔化形成含si的合金化表层。
其中，步骤(1)是将新炉管内壁或修复用衬板表面上的油污、灰尘、泥土除去，并采用打磨、钢刷、喷砂、喷丸之类机械方法除去氧化膜，露出新鲜活性表面，同时形成一定凸凹状态显微结构。
其中，步骤(2)施加合金化材料中，施加方法为火焰喷涂方法、等离子喷涂方法、电弧喷涂方法、料浆刷凃方法等合金化材料在激光辐照之前预置方法，施加方法也可为气体送粉法、喂丝法等合金化材料在激光辐照之时同步方法。步骤(2)中，合金化材料为si以及si-x(x＝fe、cr、al、ni、mo)、si-cr-al、si-ni-cr之类硅化物，合金化材料的形式可以为粉状、丝状、棒状与片状。按重量百分比计，合金化材料的组成及含量范围如下：在si-x合金中，si含量为5wt％～25wt％。在si-cr-al、si-ni-cr合金中，si含量为5wt％～15wt％。
其中，步骤(3)是聚焦激光束连续扫描辐照熔化形成含si的合金化层，聚焦激光束连续扫描辐照炉管内壁的方式可以是聚焦激光束旋转炉管不动，也可以是炉管旋转光束不动，辐照光可以为连续或脉冲形式，聚焦光斑可以是方形、矩形或圆形，辐照熔区保护气体可为ar、n2、co2，形成的平滑合金化层厚度≥0.10mm(优选0.20～1.0mm)，合金化层中si含量≮5wt％(优选5wt％～25wt％)。
下面，通过实施例对本发明进一步详细说明。
实施例1
20g钢试块(40×20×10mm)，用料浆刷凃法将150目的si-fe粉(si占20wt％)预置试块上，yag脉冲激光辐照一个侧面、一个侧面地激光搭接扫描，将20g锅炉钢小块试样全表面添加si合金化，合金化层深0.20～0.35mm，并使合金化层含si量达到5wt％以上(本实施例si含量为20wt％)，随后浸泡在600℃左右浓h2so4或h2so4+caf2(caf2+h2so4＝caso4+2hf)混合介质物料中，24小时之后观看，合金化表面仍呈光亮状，而对比的未合金化样则变为松散的残渣。
实施例2
江苏梅兰化工集团公司一台生产hf(f2)反应炉管使用近一年，因反应炉管600℃高温段管壁严重减薄到31mm(反应炉管长35m，管内径φ内3.3m，管壁厚60mm)而停炉大修。出于节省大修费用，缩短大修工期和采用新技术考虑，采用了激光强化延寿工艺方案。该反应炉管的修复工艺路线是：
⑴清洁反应炉管内膛→⑵机械法除去管壁上腐蚀产物与腐蚀损伤层→⑶检测管壁缺陷→⑷测量管壁腐蚀减薄状态→⑸按管壁减薄状态制作不同规格衬板(20g钢)，并作标记号，随后卷曲加工→⑹衬板内侧喷砂处理→⑺采用送粉系统将si-fe粉(si占20wt％)送到板表面→⑻激光连续搭接辐照(6kw的co2激光12×1mm2矩形聚焦束，n2保护，聚焦激光束移动，其速度为5～8mm/s，合金化层厚0.50～0.70mm，合金化层含si量20wt％)→⑼激光合金化表面状态检测→⑽按衬板序号在反应炉管内排布，并同时进行贴焊与拼焊，焊接方法为激光焊与氩弧焊→⑾熔焊连接状态检测并修整，检测方法为超声与磁粉法，修整为机械法→⑿反应炉管内洁净化处理。
该hf(f2)反应炉管2009年9月经上述工艺方法修复之后，通过厂方技术验收，并于2009年9月重新开炉使用，到2010年9月一直正常运行，停炉检查。2010年9月14日厂家出具的使用情况报告中的结论是：激光合金化的衬板表面无明显腐蚀，仍呈光亮，最深的局域腐蚀深度≤1mm，该工艺可行有效。
实施例3
20g钢试块(40×20×10mm)，用料浆刷凃法将150目的si-ni-cr合金粉(si占10wt％，cr占25wt％)预置试块上，yag脉冲激光辐照一个侧面、一个侧面地激光搭接扫描，将20g锅炉钢小块试样全表面添加si合金化，合金化层深0.40～ 0.50mm，并使合金化层含si量达到5wt％以上(本实施例si含量为10wt％)，随后浸泡在600℃左右浓h2so4或h2so4+caf2(caf2+h2so4＝caso4+2hf)混合介质物料中，24小时之后观看，合金化表面仍呈光亮状，而对比的未合金化样则变为松散的残渣。
实施例4
20g钢试块(40×20×10mm)，用料浆刷凃法将150目的si-cr-al合金粉(si占15wt％，al占10wt％)预置试块上，yag脉冲激光辐照一个侧面、一个侧面地激光搭接扫描，将20g锅炉钢小块试样全表面添加si合金化，合金化层深0.80～0.90mm，并使合金化层含si量达到5wt％以上(本实施例si含量为15wt％)，随后浸泡在600℃左右浓h2so4或h2so4+caf2(caf2+h2so4＝caso4+2hf)混合介质物料中，24小时之后观看，合金化表面仍呈光亮状，而对比的未合金化样则变为松散的残渣。
实施例结果表明，本发明对生产hf(f2)反应炉管内壁激光强化延寿，首先是对净化活化处理过的管内壁与衬板表面预置含si的合金化材料，然后激光束辐照使管内壁或衬板表面形成含较高si量的合金化层，从而可以有效解决用20g锅炉钢制作的炉管或衬板在600℃左右下的浓h2so4+caf2混合介质中快速腐蚀失效的问题，其强化效果十分显著，比20g钢本身的使用寿命提高近30倍，并且激光强化加工自动化、速度快、成本低、无污染。