CN103898503A

CN103898503A - 一种激光-感应复合熔覆修复轴类零部件的方法

Info

Publication number: CN103898503A
Application number: CN201410144489.XA
Authority: CN
Inventors: 宋武林; 张祥林; 张莹; 邱小明; 黎振华; 丁家伟; 丁刚; 王爱华; 符寒光; 强颖怀; 郭洪才
Original assignee: JIANGSU XINYA SPECIAL STEEL FORGE CO Ltd
Current assignee: JIANGSU XINYA SPECIAL STEEL FORGE CO Ltd
Priority date: 2014-04-11
Filing date: 2014-04-11
Publication date: 2014-07-02

Abstract

本发明为一种激光-感应复合熔覆修复轴类零部件的方法，是这样实现的：将感应熔覆涂层自保护膏剂涂覆在轴类零部件表面烘干。将高频感应加热线圈与成型烘干后的轴类零部件破损部位之间的距离控制在2～15mm内，使轴类零部件的破损部位被感应加热的温度为200～1000℃，同时利用铜管对感应加热区吹入Ar气。将光纤激光器产生的激光束与送粉器的粉末喷嘴定位于感应加热区内，粉末喷嘴与表面涂覆自保护膏剂的轴类零部件表面法向间的夹角为35～45°，粉末喷嘴与表面涂覆自保护膏剂的轴类零部件表面垂直距离为12～20mm。所述感应熔覆涂层自保护膏剂组成为:二氧化硅50%～65%、氧化铝5%～10%、二氧化钛10%～15%、硼酸10%～20%、铝粉1%～10%、稀土氧化镧2%～8%。

Description

一种激光-感应复合熔覆修复轴类零部件的方法

技术领域

本发明涉及一种修复轴类零部件的方法，尤其涉及一种激光-感应复合熔覆修复轴类零部件的方法。

背景技术

轴类零部件广泛用于冶金、矿山、电力、石化、建材等领域，是压延变形、破碎、粉磨和支承、输送、导向等装备的大宗易耗关键部件，年消耗500多万吨，价值1000多亿元。轴类零部件是任何一种机械中不可缺少的重要零件之一，是设备的关键部件。轴类零部件在机械中主要为支撑零件和传递运动和动力的作用，是各种机械中用得最多、应用最广泛、也是最为关键的零部件之一。年消耗几千亿元。失效轴类零部件目前仅少部分采用堆焊、喷涂、激光熔覆等工艺再制造，存在成本高、效率低、质量差等难题，90%以上磨损失效的轴类零部件作为废旧金属回炉冶炼，造成巨大浪费和污染。

各种轴类零部件由于其使用工况恶劣，对轴类零部件的磨损和腐蚀性较大，是生产中用量多，消耗量大，量易报废的主要消耗备件，其损坏形式主要是磨损和腐蚀，报废周期短，每年因磨损和腐蚀使设备停产、报废所造成的损失逾千亿元，大量轴类零部件的报废对环境和资源造成巨大压力。在经济、能源和环保方面给企业带来很大的负担。因此，对各类轴类零部件失效形式以及修复再制造技术进行研究具有重要意义。

表面熔覆技术是一种应用广泛的表而冶金技术，一般是在基材表面预先涂覆(或粘结)一层金属或合金材料，然后利用一定的加热方法，使涂覆材料熔融，与基体表而发生一系列物理、化学作用，从而形成牢固结合的、具有优异功能特性的表面冶金涂层。目前常用的熔覆方法有真空熔覆、激光熔覆、氧-乙炔焰熔覆、超声速熔覆、感应熔覆和等离子熔覆等，其中，感应熔覆具有明显的优点:如加热速度快，热效率高；涂层与基体结合强度高，没有夹渣；便于机械化和自动化，且产品质量稳定;不燃烧气体，基木不污染环境；工作环境好且成木低，其成本是同等厚度下电镀硬铬成本的1/2-2/3 ,激光熔覆成本的1/5。

激光熔覆技术是采用高能量密度的激光束在工件表面熔覆一层特殊性能的材料，以改善其表面性能的工艺。与传统的堆焊与热喷涂工艺相比，激光熔覆技术具有如下优点:（1）激光束光斑小且能量密度高，在熔覆过程中可以将工件的热影响区与热变形降低到最小程度；(2)通过调节工艺参数，可以获得稀释率小于10%的熔覆层;(3)熔覆层与基材为冶金结合.结合强度高，不易剥落；(4)通过专门设计的激光导光装置，可以对深孔、内孔和凹槽等部位进行激光熔覆处理，结合多道多层技术可以获得满足不同尺寸要求的熔覆涂层；(5)激光熔覆技术对环境无污染，自动化程度高。因此，在汽车、冶金、航空航天、船舶、轨道运输等领域具有十分广阔的应用前景。

近年来，可以在高效率条件下，将涂层内的热应力降低到最小程度，从而制备高性能的无裂纹涂层的激光-感应复合熔覆技术引起了人们的广泛兴趣。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光－感应复合熔覆修复轴类零部件的方法。本发明所用的激光熔覆合金粉末流动性好，与连轴类零部件具有十分优异的相容性与润湿性以及相近的热物理性能；在激光-感应复合熔覆修复之前，对轴类零部件破损部位进行感应熔覆处理，提高轴类零部件对激光束能量的吸收率；采用激光-感应复合熔覆修复轴类零部件，不但可以提高轴类零部件对激光束能量的利用率，也可以减小熔覆过程中的温度梯度，消除涂层中的气孔与裂纹等冶金缺陷，从而大幅度提高熔覆效率以及改善涂层的耐磨、耐腐与抗疲劳性能。因此，采用该方法修复轴类零部件具有常规修复方法无法比拟的优势。

本发明目的是这样实现的：

1、用粘结剂经甲基纤维素将感应熔覆涂层自保护膏剂调制成膏状涂覆在轴类零部件表面，成型后在150℃～180℃下烘干2h。

2、将高频感应加热线圈与成型烘干后的轴类零部件破损部位之间的距离控制在2～15 mm 内，调节感应加热功率，使轴类零部件的破损部位被感应加热的温度为200～1000℃，同时利用铜管对感应加热区吹入Ar气；

3、将光纤激光器产生的激光束与自动送粉器的粉末喷嘴定位于感应加热区内，实现激光热源与感应加热源的复合；利用粉末喷嘴将专用激光熔覆合金粉末吹入激光-感应复合熔覆热源形成的熔池内，当激光-感应复合熔覆热源移开后，熔融的激光熔覆合金粉末快速凝固结晶形成激光熔覆合金粉末涂层。其中，粉末喷嘴与表面涂覆自保护膏剂的轴类零部件表面法向间的夹角为35～45°，粉末喷嘴与表面涂覆自保护膏剂的轴类零部件表面垂直距离为12～20 mm；

4、当激光-感应复合熔覆完之后，沿激光扫描速度的垂直方向移动数控机床，其移动的距离为激光光斑直径的40～70% ；

5、检测修复激光熔覆合金粉末涂层的厚度是否达到预期的要求，如果没有，将激光头沿Z轴方向上升一段距离ΔZ，该距离ΔZ 为上一激光熔覆合金粉末涂层的厚度，然后重复步骤2-4，直到修复激光熔覆合金粉末涂层达到所要求的厚度；

本发明所述的激光熔覆合金粉末化学成分为( 按质量百分含量计算) ： Cr：15.0～20.0%，B：3.0～4.5%,Si：3.0～4.5%，Al：5～15%，Fe ≤5.0%，W：4.0～6.0%,Ni余量；

本发明所述的光纤激光的工艺参数为：光斑带宽为3×3 mm 光束，功率3000～6000 W，扫描速度6～10 mm/s，多道熔覆时相邻光斑搭接率20%～60%。

本发明所述感应熔覆涂层自保护膏剂组成为(质量百分比):二氧化硅50%～65%,氧化铝5%～10%、二氧化钛10%～15%、硼酸10%～20%、铝粉1%～10%、稀土氧化斓2%～8%。

有益效果：采用该方法对轴类零部件进行激光-感应复合熔覆修复处理，修复涂层的厚度可控，稀释率低、显微组织细小且致密，具有优异的耐磨、耐蚀与耐疲劳性能，服役寿命可以提高约3倍以上。

具体实施方式

本发明一种激光-感应复合熔覆修复轴类零部件的方法通过以下实施例加以说明。

实施例1

本发明目的是这样实现的：

2、将高频感应加热线圈与成型烘干后的轴类零部件破损部位之间的距离控制在5～15 mm 内，调节感应加热功率，使轴类零部件的破损部位被感应加热的温度为300～800℃，同时利用铜管对感应加热区吹入Ar气；

3、将光纤激光器产生的激光束与自动送粉器的粉末喷嘴定位于感应加热区内，实现激光热源与感应加热源的复合；利用粉末喷嘴将专用激光熔覆合金粉末吹入激光-感应复合熔覆热源形成的熔池内，当激光-感应复合熔覆热源移开后，熔融的激光熔覆合金粉末快速凝固结晶形成修复激光熔覆合金粉末涂层。其中，粉末喷嘴与表面涂覆自保护膏剂的轴类零部件表面法向间的夹角为35～45°，粉末喷嘴与表面涂覆自保护膏剂的轴类零部件表面垂直距离为15～20 mm；

本发明所述的激光熔覆合金粉末化学成分为( 按质量百分含量计算) ： Cr：17.0～20.0%，B：3.0～4%,Si：3.0～4%，Al：5～15%，Fe ≤5.0%，W：4.0～6.0%,Ni余量；

本发明所述的光纤激光的工艺参数为：光斑带宽为3×3 mm 光束，功率3000～6000W，扫描速度6～10 mm/s，多道熔覆时相邻光斑搭接率25%～50%。

本发明所述感应熔覆涂层自保护膏剂组成为(质量百分比):二氧化硅50%～60%,氧化铝5%～8%、二氧化钛10%～15%、硼酸10%～20%、铝粉1%～8%、稀土氧化斓2%～8%。

实施例2

本发明目的是这样实现的：

2、将高频感应加热线圈与成型烘干后的轴类零部件破损部位之间的距离控制在5～15 mm 内，调节感应加热功率，使轴类零部件的破损部位被感应加热的温度为500～1000℃，同时利用铜管对感应加热区吹入Ar气；

3、将光纤激光器产生的激光束与自动送粉器的粉末喷嘴定位于感应加热区内，实现激光热源与感应加热源的复合；利用粉末喷嘴将专用激光熔覆合金粉末吹入激光-感应复合熔覆热源形成的熔池内，当激光-感应复合熔覆热源移开后，熔融的激光熔覆合金粉末快速凝固结晶形成修复激光熔覆合金粉末涂层。其中，粉末喷嘴与表面涂覆自保护膏剂的轴类零部件表面法向间的夹角为35～45°，粉末喷嘴与表面涂覆自保护膏剂的轴类零部件表面垂直距离为12～18 mm；

本发明所述的激光熔覆合金粉末化学成分为( 按质量百分含量计算) ： Cr：15.0～18.0%，B：3.0～4.5%,Si：3.0～4.5%，Al：5～10%，Fe ≤5.0%，W：5.0～6.0%,Ni余量；

本发明所述感应熔覆涂层自保护膏剂组成为(质量百分比):二氧化硅50%～65%,氧化铝5%～10%、二氧化钛12%～15%、硼酸10%～15%、铝粉1%～10%、稀土氧化斓2%～8%。

实施例3

本发明目的是这样实现的：

2、将高频感应加热线圈与成型烘干后的轴类零部件破损部位之间的距离控制在8～15 mm 内，调节感应加热功率，使轴类零部件的破损部位被感应加热的温度为200～1000℃，同时利用铜管对感应加热区吹入Ar气；

3、将光纤激光器产生的激光束与自动送粉器的粉末喷嘴定位于感应加热区内，实现激光热源与感应加热源的复合；利用粉末喷嘴将专用激光熔覆合金粉末吹入激光-感应复合熔覆热源形成的熔池内，当激光-感应复合熔覆热源移开后，熔融的激光熔覆合金粉末快速凝固结晶形成修复激光熔覆合金粉末涂层。其中，粉末喷嘴与表面涂覆自保护膏剂的轴类零部件表面法向间的夹角为35～45°，粉末喷嘴与表面涂覆自保护膏剂的轴类零部件表面垂直距离为17～20 mm；

本发明所述的激光熔覆合金粉末化学成分为( 按质量百分含量计算) ： Cr：17.0～20.0%，B：3.0～4.5%,Si：3.8～4.5%，Al：5～15%，Fe ≤5.0%，W：4.0～6.0%,Ni余量；

本发明所述感应熔覆涂层自保护膏剂组成为(质量百分比):二氧化硅56%～65%,氧化铝8%～10%、二氧化钛10%～15%、硼酸10%～20%、铝粉5%～10%、稀土氧化斓2%～8%。

Claims

1.一种激光-感应复合熔覆修复轴类零部件的方法，其特征在于：用粘结剂经甲基纤维素将感应熔覆涂层自保护膏剂调制成膏状涂覆在轴类零部件表面，成型后在150℃～180℃下烘干2h。

2.根据权利要求1所述一种激光-感应复合熔覆修复轴类零部件的方法，其特征在于：将高频感应加热线圈与成型烘干后的轴类零部件破损部位之间的距离控制在2～15 mm 内，调节感应加热功率，使轴类零部件的破损部位被感应加热的温度为200～1000℃，同时利用铜管对感应加热区吹入Ar气。

3.根据权利要求1所述一种激光-感应复合熔覆修复轴类零部件的方法，其特征在于：将光纤激光器产生的激光束与自动送粉器的粉末喷嘴定位于感应加热区内，实现激光热源与感应加热源的复合；利用粉末喷嘴将专用激光熔覆合金粉末吹入激光-感应复合熔覆热源形成的熔池内，当激光-感应复合熔覆热源移开后，熔融的激光熔覆合金粉末快速凝固结晶形成激光熔覆合金粉末涂层；其中，粉末喷嘴与表面涂覆自保护膏剂的轴类零部件表面法向间的夹角为35～45°，粉末喷嘴与表面涂覆自保护膏剂的轴类零部件表面垂直距离为12～20 mm。

4.根据权利要求1所述一种激光-感应复合熔覆修复轴类零部件的方法，其特征在于：当激光-感应复合熔覆完之后，沿激光扫描速度的垂直方向移动数控机床，其移动的距离为激光光斑直径的40～70%。

5.根据权利要求1所述一种激光-感应复合熔覆修复轴类零部件的方法，其特征在于：检测修复激光熔覆合金粉末涂层的厚度是否达到预期的要求，如果没有，将激光头沿Z轴方向上升一段距离ΔZ，该距离ΔZ 为上一激光熔覆合金粉末涂层的厚度，然后重复步骤2-4，直到修复激光熔覆合金粉末涂层达到所要求的厚度。

6.根据权利要求1所述一种激光-感应复合熔覆修复轴类零部件的方法，其特征在于：本发明所述的激光熔覆合金粉末化学成分为( 按质量百分含量计算) ： Cr：15.0～20.0%，B：3.0～4.5%,Si：3.0～4.5%，Al：5～15%，Fe ≤5.0%，W：4.0～6.0%,Ni余量。

7.根据权利要求1所述一种激光-感应复合熔覆修复轴类零部件的方法，其特征在于：所述的光纤激光的工艺参数为：光斑带宽为3×3 mm 光束，功率3000～6000 W，扫描速度6～10 mm/s，多道熔覆时相邻光斑搭接率20%～60%。

8.根据权利要求1所述一种激光-感应复合熔覆修复轴类零部件的方法，其特征在于：所述感应熔覆涂层自保护膏剂组成为(质量百分比):二氧化硅50%～65%,氧化铝5%～10%、二氧化钛10%～15%、硼酸10%～20%、铝粉1%～10%、稀土氧化斓2%～8%。