机器部件熔覆策略制造技术

熔覆和再制造机器部件(12)包括：将从入射激光束(62)分裂的清洁光束和焊接光束(64，66)朝向机器部件(12)引导，以及相对于清洁光束和焊接光束(64，66)移动机器部件(12)，使得焊接光束(66)沿着共同行进路径跟随在清洁光束(64)后方。通过清洁光束(64)净化机器部件(12)的表面(36)，而通过焊接光束(66)熔化熔覆材料(82)，使得熔覆材料(82)在固化后形成冶金地结合到机器部件(12)的基材(48)和先前沉积的熔覆材料(82)上的涂层(80)。

Machine parts cladding strategy

Cladding and remanufacturing of machine parts include: (12) from the incident laser beam (62) cleaning and welding beam beam splitting (64, 66) toward the machine parts (12) as well as to guide, cleaning and welding beam beam (64, 66) mobile machine parts (12), the welding beam (66) along a common path to follow in the clean beam (64) rear. By cleaning the beam (64) purification machine parts (12) surface (36), and (66) by welding beam melting cladding material (82), the cladding material (82) combined with metallurgical machine parts formed after curing (12) of the substrate (48) and previously deposited cladding the coating on the material (82) (80).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术概括性涉及机器部件熔覆领域，更具体地涉及将入射激光束分成清洁光束和焊接光束以用于机器部件表面的净化和熔覆。
技术介绍
激光在现代工业中有许多不同的应用。激光用于直接熔化材料和预热零件，还用于许多不同的诊断和过程控制应用中。此外，在焊接激光领域内提供了精确控制热能的空域和时域传递的优点。一种特殊类型的激光焊接被称为激光溶覆，其中激光束用来在与待熔覆的零件接触时或在接触待熔覆的零件之前熔化原料。在某些实例中，原料以喷射或预先放置粉末等的形式提供，而在其他实例中以丝线的形式提供。长期以来，某些零件的熔覆被认为是用于提高零件的所有的或某些区域的性能和/或使用寿命的策略，并且激光熔复技术可以在许多情况下提供极高的处理效率。某些机器部件是众所周知的受益于将相对硬的或其他抗疲劳或抗损伤熔覆应用于部件的较软的基材之上。激光设备往往是相对昂贵的，但是，激光熔覆技术的应用似乎远远没有达到其完全的理论潜能。对于激光配置和操作的已知技术，以及将激光熔覆技术扩展至新应用，有大幅的改进空间。在Anderton等人的第5994664号美国专利中阐述了一种激光熔覆履带衬套和工艺。
技术实现思路
在一方面中，一种熔覆机器部件的方法包括：将入射激光束分裂成清洁光束和焊接光束，并将清洁光束和焊接光束朝向机器部件引导，使得清洁光束和焊接光束照射在机器部件的表面上。该方法还包括：相对于清洁光束和焊接光束移动机器部件，使得焊接光束沿着表面上的共同行进路径跟随在清洁光束后方。该方法还包括：通过清洁光束沿共同行进路径净化表面，以及通过焊接光束熔化熔覆材料，使得熔化的熔覆材料沿共同行进路径接触已净化的表面并且在固化后结合到形成该表面的机器部件材料。在另一方面中，一种再制造机器部件的方法包括：在机器系统中使用之后并且已被机械加工去除了其中具有缺陷的机器部件的材料后接收机器部件。该方法还包括：将各自从入射激光束分裂的清洁光束和焊接光束朝向至少部分地通过机械加工形成的机器部件的表面导向，以便清洁光束和焊接光束照射到该表面上。该方法还包括：相对清洁光束和焊接光束移动机器部件，使得焊接光束沿着表面上的共同行进路径跟随在清洁光束后方。该方法还包括：通过清洁光束沿共同行进路径净化表面，以及通过焊接光束熔化熔覆材料，使得熔化的熔覆材料沿共同行进路径接触已净化的表面并且在固化后形成结合到机器部件的涂层而代替被去除的材料。附图说明图1是根据一个实施例的具有适用于熔覆的机器部件的分解的机器系统的示意图；图2是根据一个实施例的、包括详细的放大部分、正在处理阶段的图1的机器部件的示意图；图3是在另一个处理阶段的机器部件的示意图；图4是在图3的处理阶段的机器部件的一部分的放大示意图；以及图5是在图3的处理阶段的机器部件的局部放大视图。具体实施方式参考图1，示出了机器系统10，其可能出现在拆卸下来用于检查时和在开始再制造之前。机器系统10可以是例如压缩点火内燃机系统的发动机系统，其包括从发动机壳体14上去除的机器部件12。在一个实际的实施策略中，机器部件12包括诸如具有细长轴体26的曲轴的发动机轴，并且壳体14包括诸如具有多个气缸18的气缸体16、气缸盖20以及曲轴轴承盖或支撑件22的各种部件。本领域技术人员应理解的是，图1图示中省略了发动机系统14的各种其他部件。部件12可以替代为凸轮轴，或用于诸如各种传动装置的机器系统中的任何各种其他典型的高性能和/或疲劳敏感部件。如将在以下描述中更加明显的，机器部件12可以在系统10中的使用后被接收，并且根据本专利技术被再制造为将部件12恢复到与新的一样好或比新的更好的状态。由于使用中的各个机器部件经历相对恶劣的工作条件，在拆卸机器系统以进行再制造时所关注的机器部件通常出现各种形式的磨损和/或损坏。例如，细长且可旋转的机器部件(诸如曲柄轴和凸轮轴)通常通过轴承可旋转地轴颈连接在壳体内。在部件12的情况中，各由附图标记24示出的第一和第二对开式轴承以常规方式用于这些目的。本领域技术人员将容易了解，部件12在位于气缸体12与支撑件22之间时将在轴承24内旋转，以按照众所周知的方式将线性活塞运动转换为系统10内的旋转运动。诸如扭转负载、推力负载、累积公差或制造缺陷、润滑油中的污染物等的不同工作条件和因素可导致部件12在使用期间产生缺陷。内燃机中的曲柄轴或凸轮轴的典型使用寿命可以为数千小时。当被供应到轴承24的润滑油中引入污染物、发生冷却故障或发生与理论最优条件的各种其他偏离中的任一种时，可损坏部件12的表面。因此众所周知的是，当从发动机去除发动机轴时，划伤、磨损、锈斑、腐蚀或诸如扭曲的其他缺陷可能是显而易见的。部件12包括呈磨损痕迹40的示例性形式的这些缺陷，并且以本专利技术中进一步讨论的方式，设想独特的策略以修复这些缺陷并且将部件12恢复使用而不会遭遇已知修复和再制造技术的缺点。轴体26可以如上文提及为细长的，并且限定在第一轴向端部30与第二轴向端部32之间延伸的纵轴线28。第一轴向端部30向内轴向地设置有轴承表面36，轴承表面36基本上为圆柱形并且绕轴线28周向延伸，轴承表面36被配置成接触在使用中的一个轴承24。第二轴向端部33轴向向内为类似配置的另一轴承表面28，轴承表面28与轴承24中的对应一个轴承相关联。第三轴承表面(未编号)位于轴体26中间附近。轴承表面36和38中的每一个上示出了缺陷40。再制造领域通常试图将经再制造的部件恢复成与新的一样好或甚至比新的更好。再制造工程师和技术人员在确定经再制造零件是否准备好恢复使用时通常依赖于新零件的印刷文本和其他规格。通常规定表面光洁度。因此，肉眼可见的缺陷40的存在违反了新曲柄轴的规格。在常规策略中，其中形成缺陷40的部件12的材料将通常通过机械加工来去除，减小了表面36和38的直径并且当部件12恢复使用时必须使用所谓的较小尺寸的轴承。还可能需要去除了材料的区域进行局部回火，这是本专利技术中所不需要的要求。至少关于某些发动机轴，现有技术因此一直是根据规格修复已损坏的轴且通过使用大小不同于先前使用的轴承将已损坏轴安装在发动机内来补偿所述修复。镀铬已被使用来恢复发动机轴上的轴承表面。在诸如凸轮轴凸角的发动机轴凸角的情况中，以前的惯例通常包括在存在可见凸角损坏之处刮擦相关联的发动机轴。本专利技术设想机械加工去除形成缺陷40之处的材料，且不脱离规格地，通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种熔覆机器部件(12)的方法，其包括以下步骤：将入射激光束(62)分裂成清洁光束(64)和焊接光束(66)；将所述清洁光束(64)和所述焊接光束(66)朝向机器部件(12)引导，使得所述清洁光束(64)和所述焊接光束(66)照射到所述机器部件(12)的表面(36、38)；相对于所述清洁光束(64)和所述焊接光束(66)移动所述机器部件(12)，使得所述焊接光束(66)沿所述表面(36、38)上的共同行进路径跟随在所述清洁光束(64)后方；通过所述清洁光束(64)沿所述共同行进路径净化所述表面(36、38)；以及通过所述焊接光束(66)熔化熔覆材料(82)，使得所熔化的熔覆材料(82)沿所述共同行进路径接触所述已净化的表面(36、38)且在固化后结合到形成所述表面(36、38)的所述机器部件(12)的材料(48、82)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.09.10 US 14/0229571.一种熔覆机器部件(12)的方法，其包括以下步骤：
将入射激光束(62)分裂成清洁光束(64)和焊接光束(66)；
将所述清洁光束(64)和所述焊接光束(66)朝向机器部件(12)引
导，使得所述清洁光束(64)和所述焊接光束(66)照射到所述机器部件
(12)的表面(36、38)；
相对于所述清洁光束(64)和所述焊接光束(66)移动所述机器部件
(12)，使得所述焊接光束(66)沿所述表面(36、38)上的共同行进路
径跟随在所述清洁光束(64)后方；
通过所述清洁光束(64)沿所述共同行进路径净化所述表面(36、38)；
以及
通过所述焊接光束(66)熔化熔覆材料(82)，使得所熔化的熔覆材
料(82)沿所述共同行进路径接触所述已净化的表面(36、38)且在固化
后结合到形成所述表面(36、38)的所述机器部件(12)的材料(48、82)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述表面(36、38)基本是圆
柱形并且限定中心轴线，并且所述移动步骤包括相对于所述清洁光束(64)
和所述焊接光束(66)轴向推进所述机器部件(12)，并且
其中形成所述表面的所述材料(48、82)包括所述机器部件(12)的
基材(48)以及为先前沉积珠(90)形式的熔覆材料(82)，使得所熔化
的熔覆材料(82)在固化后形成与所述先前沉积珠(90)重叠的新沉积珠
(92)。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述移动步骤进一步包括：相
对于所述清洁光束(64)和所述焊接光束(66)周向推进所述机器部件(12)，
使得所述新沉积珠(92)为螺旋形；并且
所述方法进一步包括：多次重复所述净化步骤和熔化步骤，以用多个
重叠的螺旋形珠(90、92)周向涂覆整个所述表面(36、38)。
4.根据权利要求2所述的方法，其中：
所述净化步骤包括：从所述基材(48)以及所述先前沉积珠(92)的
所述熔覆材料(82)挥发掉污染物(98)；并且
所述熔化步骤进一步包括：熔化所述熔覆材料(82)，使得所熔化的
熔覆材料(82)在所述表面(36、38)被再次污染之前在熔化状态下接触
所述已净化的表面(36、38)。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述熔化步骤进一步包括：熔
化所述熔覆材料(82)，使得所熔化的熔覆材料(82)在固化后冶金结合
到共同形成所述表面(36、38)的所述机器部件(12)的基材以及先前沉
积的熔覆材料(82)；
其中所述移动步骤进一步包括：移动所述机器部件(12)，使得所述
清洁光束(64)的光束点...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·卢伊克，D·J·索尔德艾利特，D·T·卡瓦纳奥夫，J·艾姆布雷，
申请(专利权)人：卡特彼勒公司，
类型：发明
国别省市：美国;US