一种球墨铸铁激光修复的方法技术

本发明专利技术公开了一种球墨铸铁激光修复的方法，所述方法为：将球磨铸铁表面去锈、清洗处理后，获得预处理的球墨铸铁；然后在预处理后的球磨铸铁表面铺一层铁基合金粉末，再在铁基合金粉末的表面铺一层碳粉；在扫描速度5‑30mm/s、功率700‑2000W下进行激光修复，获得修复后的球磨铸铁。本发明专利技术能通过增加铁基熔覆粉末表面的含碳量，对球墨铸铁进行激光熔覆，能够有效抑制球墨铸铁中经反应后生成的气孔，对提高零部件的使用寿命有很大帮助，能为大面积修复铸铁时节约修复成本。通过增加熔覆材料表面的含碳量方法实施简单，无论是采用铺粉的方法还是采用送粉的方法都能很好的实现。

A Method of Laser Repair of Ductile Iron

【技术实现步骤摘要】
一种球墨铸铁激光修复的方法(一)
本专利技术涉及一种球墨铸铁激光修复的方法，通过增加熔覆材料表面碳含量来解决球墨铸铁激光修复中出现气孔的方法。(二)
技术介绍
球墨铸铁被广泛应用于各种机械装备中。但是由于工况或者铸造本身的缺陷，球墨铸铁件的表面或者铸铁件的内部常出现气孔和裂纹，以及在机械加工过程中的加工误差，容易导致装备失效。目前，主要采用焊接的方法修复铸铁件，一些通过制备特殊的焊接材料来修复铸铁件，一些通过焊丝明弧堆焊或是采用电弧冷焊的方法来修复铸铁件。但由于铸铁材料的可焊性比较差，焊接的区域极易出现气孔和裂纹等缺陷，这就导致采用焊接的方法修复铸铁件效率低下，修复质量不高，不能很好满足日益提高的技术要求。随着激光修复技术的发展，利用激光技术修复铸铁也逐渐出现。在激光修复铸铁过程中，大多数都通过制备特制的熔覆材料来进行修复铸铁，或是通过设计专用的修复平台来辅助修复铸铁。但是大多数的研究者在进行铸铁的激光再制造时，所得到修复层存在着各种裂纹和气孔缺陷等，很少能够在实际场合中获得应用。虽然后续的热处理过程能消除修复层中的一些微裂纹，但是无法消除修复层中存在的气孔，气孔的存在对零部件的使用寿命影响很大，并且后续的热处理工艺使得修复过程变得复杂化，不利于激光再制造技术在铸铁修复方面的应用。目前，在消除铸铁件修复层中的气孔研究很少，大多数都是通过采用激光工艺来适当减少气孔，而没有消除气孔。在经过大量实验了解球墨铸铁气孔形成的机制之后，可以发现适当提高熔覆粉末材料表面的含碳量时，会使激光熔覆的时候，熔池中的碳含量就较高，并且分布均匀，而分布在熔池表面的碳会先与空气中的氧发生反应，产生的CO气体能直接从表面释放。由于熔池冷却速度比较快，在熔池表面的碳消耗完之前，熔池中其他元素来不及被氧化，熔池就已经凝固。因此，熔池中没有过多的固体氧化物存在，碳原子只能够和熔池中的其他一些元素如Fe、Cr等形成复杂的化合物，无法产生CO气体，也就形成不了气孔。但是，修复过程中若直接采用高碳含量的熔覆材料，这就会导致修复件出现裂纹等缺陷。这就需要在修复过程中只提高熔覆粉末表面的材料而不改变熔覆粉末内部的含碳量。因此，本专利技术的一种通过增加熔覆材料表面碳含量来解决球墨铸铁激光修复中出现气孔的方法，通过改变修复球墨铸铁过程中的熔覆粉末表面含碳量，而不改变熔覆粉末内部含碳量，既能消除激光修复球墨铸铁中的气孔出现，也能极大避免高碳造成的裂纹，能提高激光修复效率，对激光修复球墨铸铁的应用有极大的推广意义。(三)
技术实现思路
本专利技术的目的主要是提供一种球墨铸铁激光修复的方法，通过增加熔覆材料表面碳含量，而不提高铁基熔覆粉末内部的含碳量，在合适的激光工艺参数下解决球墨铸铁激光修复过程中出现的气孔问题，极大提高修复后球墨铸铁件的综合性能。本专利技术采用的技术方案是：本专利技术提供一种球墨铸铁激光修复的方法，即通过增加熔覆材料表面含碳量来解决球墨铸铁激光修复中出现气孔的方法，所述方法为：将球磨铸铁表面去锈、清洗处理后，获得预处理的球墨铸铁；然后在预处理后的球磨铸铁表面铺一层铁基合金粉末，再在铁基合金粉末的表面铺一层碳粉；在扫描速度5-30mm/s、功率700-2000W下进行激光修复，获得修复后的球磨铸铁。进一步，所述铁基合金粉末厚度为800μm～1000μm，所述碳粉厚度为40μm～60μm。进一步，所述碳粉为球形颗粒，其颗粒粒径为130μm～180μm。进一步，所述铁基合金粉末粒径为90μm～120μm，其化学成分(质量分数，％)为C：0.01％～0.05％，Mn：0.01％～0.15％，Si：1.50％～3.00％，B：0.10％～1.50％，Cr：10.00％～22.00％，余量：Fe。相对于镍基材料，铁基材料价格便宜，大面积修复时能节约修复成本。进一步，所述预处理的球磨铸铁按如下方法制备：利用打磨机对球墨铸铁表面进行去锈处理，使球磨铸铁表面光洁、平整；再用99.5％的无水乙醇对铸铁进行清洗，去除残留的铁锈，在空气中干燥，获得预处理的球磨铸铁。进一步，所述扫描速度分别为5mm/s、10mm/s、15mm/s。进一步，所述球磨铸铁为球墨铸铁QT-400。本专利技术铁基合金粉末和碳粉的混合方式，可采用先铺铁基合金粉末，然后再铺碳粉的方法，也可采用输送铁基合金粉末的时候，同时输送碳粉的方法，这些添加碳粉的方法只改变熔覆粉末表面的含碳量，而不改变熔覆粉末整体的含碳量。本专利技术铁基合金粉末和碳粉采用激光熔覆专用送粉装置进行，所述激光熔覆专用送粉装置，包括激光发生器1、激光通道7、送碳粉管8、碳粉储存罐10、送粉管5和圆环固定件6；所述激光发生器1下端与激光通道7连通，所述圆环固定件6固定于激光通道7外周；所述圆环固定件6上设有若干(优选6)个连接臂，所述连接臂由圆环连接件2、可滚动圆柱销9和粉管连接件3依次连接构成；所述连接臂的粉管连接件3通过螺钉4交替固定送粉管5和送碳粉管8(优选共固定4个送粉管和2个送碳粉管)；所述送粉管5与外部的送粉器相连，所述送碳粉管8顶端设有碳粉储存罐10，所述碳粉储存罐10包括粉仓103和粉盖102，所述粉盖102与粉仓103通过固定在粉仓103顶端的磁铁101密闭配合，所述粉仓103内部设有搅拌器106，所述搅拌器106不需要固定，所述粉仓103底部设有流量控制阀104并通过转接头105与送碳粉管8连通。本专利技术采用专用送粉装置修复球墨铸铁的方法：将球磨铸铁表面去锈、清洗处理后，获得预处理的球墨铸铁；先将碳粉装进碳粉储存罐内，然后在送粉器开启的时候打开碳粉储存罐的流量控制阀；在扫描速度10-30mm/s、功率2000W的条件下进行激光修复，获得修复后的球磨铸铁。本专利技术采用激光熔覆专用送粉装置修复球墨铸铁的方法：将球磨铸铁表面去锈、清洗处理后，获得预处理的球墨铸铁；实验前先将碳粉装进碳粉储存罐10内，然后在送粉器开启的时候打开碳粉储存罐10的流量控制阀；在不同的激光工艺参数下进行激光修复，获得修复后的球磨铸铁。本专利技术所述一种通过增加熔覆材料表面含碳量来解决球墨铸铁激光修复中出现气孔的方法其设计原理为：当粉末材料表面含碳量高时，激光熔覆的时候，熔池中表面的碳含量就较高，并且分布均匀，而分布在熔池表面的碳会先与空气中的氧发生反应，产生的CO气体能直接从表面释放。由于熔池冷却速度比较快，在熔池表面的碳消耗完之前，熔池中其他元素来不及被氧化，熔池就已经凝固。因此，熔池中没有过多的固体氧化物存在，碳原子只能够和熔池中的其他一些元素如Fe、Cr等形成复杂的化合物，无法产生CO气体，也就形成不了气孔。从而，利用增加输送碳粉通道来增加熔覆材料表面的含碳量，能够有效解决铸铁激光修复中出现的气孔。与现有的技术相比，本专利技术的有益效果主要体现在：本专利技术能通过增加铁基熔覆粉末表面的含碳量，对球墨铸铁进行激光熔覆，能够有效抑制球墨铸铁中经反应后生成的气孔，对提高零部件的使用寿命有很大帮助，能为大面积修复铸铁时节约修复成本。通过增加熔覆材料表面的含碳量方法实施简单，无论是采用铺粉的方法还是采用送粉的方法都能很好的实现。(四)附图说明：图1为实施例1中不同的扫描速度下铁基合金粉末表面不加碳粉时制备样品的熔覆形貌；a为5mm/s，b为10mm/s，c为15mm/s。图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种球墨铸铁激光修复的方法，其特征在于所述方法为：将球磨铸铁表面去锈、清洗处理后，获得预处理的球墨铸铁；然后在预处理后的球磨铸铁表面铺一层铁基合金粉末，再在铁基合金粉末的表面铺一层碳粉；在扫描速度5‑30mm/s、功率700‑2000W的条件下进行激光修复，获得修复后的球磨铸铁。

【技术特征摘要】
1.一种球墨铸铁激光修复的方法，其特征在于所述方法为：将球磨铸铁表面去锈、清洗处理后，获得预处理的球墨铸铁；然后在预处理后的球磨铸铁表面铺一层铁基合金粉末，再在铁基合金粉末的表面铺一层碳粉；在扫描速度5-30mm/s、功率700-2000W的条件下进行激光修复，获得修复后的球磨铸铁。2.如权利要求1所述球墨铸铁激光修复的方法，其特征在于所述铁基合金粉末厚度为800μm～1000μm，所述碳粉厚度为40μm～60μm。3.如权利要求1所述球墨铸铁激光修复的方法，其特征在于所述碳粉为球形颗粒，其颗粒粒径为130μm～180μm。4.如权利要求1所述球墨铸铁激光修复的方法，其特征在于所述铁基合金粉末粒径为90μm～120μm。5.如权利要求1所述球墨铸铁激光修复的方法，其特征在于所述铁基合金粉末质量组成为C:0.01％～0.05％，Mn：0.01％～0.15％，Si：1.50％～3.00％，B：0.10％～1.50％，Cr：10.00％～22.00％，余量：Fe。6.如权利要求1所述球墨铸铁激光修复的方法，其特征在于所述预处理的球磨铸铁按如下方法制备：利用打磨机对球墨铸铁表面进行去锈处理，使球磨铸铁表面光洁、平整；再用99.5％的无水乙醇对铸铁进行清洗，去除残留的铁锈，在空气中干燥，获得预...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨高林，方铮，姚建华，张群莉，李玉艳，沈红卫，刘霞，
申请(专利权)人：浙江工业大学，上海电气电站设备有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33