一种激光制造低速重载船用柴油机活塞环槽的方法技术

一种激光制造低速重载船用柴油机活塞环槽的方法，其步骤为：根据合金粉末成分配置所需的粉末材料；进行激光熔覆工作前，对活塞环槽进行清理，确保没有油污、杂质等；选用DL-HL-T5000型CO2气体激光器，采用同步送粉的方式，利用气载送粉装置将合金粉末直接送入熔池，对活塞环槽端面进行激光熔覆,粉末的厚度为1.5-2mm；对活塞环槽端面进行激光熔覆时，激光束倾斜射入活塞环槽，激光束与环槽底面的角度为35°～38°，熔覆过程中同轴吹送氩气进行保护。本发明专利技术通过优化设计激光熔覆的工艺参数以及各元素成分在粉末材料中的配比，使低速重载船用柴油机活塞环槽的熔覆层组织致密、均匀，无气孔、夹杂以及裂纹等缺陷。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种船舶动力部件的激光制造方法，特别是涉及一种激光制造低速重载船用柴油机活塞环槽的方法。
技术介绍
柴油机是船舶动力的主要来源，而活塞又是柴油机的主要运动部件之一，是燃烧室的组成部分，它担负着巨大的任务。活塞工作时承受着很大的机械应力和热应力，同时还承受着磨损。活塞环上下端面的磨损主要是因为机油燃油中的硬性残渣以及从大气中混进的尘埃颗粒在上下端面上形成机械研磨，本质上是磨料磨损。尤其是对于燃用重油的低速重载柴油机而言，重油的粘度很高，严重影响燃油泵送、净化处理和雾化。重油产物SO3能够加速碳氢化合物聚合而结碳，其不易被清除，增加气缸和活塞环的磨损。而且重油中的灰分也明显比轻油多，相当于磨料，造成磨损。这些磨损长此以往使活塞环槽尤其是其上下边沿形成喇叭形缺口，严重影响活塞的密封性进而影响整个活塞的质量。一般可以通过表面镀铬的方式来强化表面硬度，但镀铬厚度较薄，结合力不强且对环境污染严重。激光熔覆是指通过不同的方式在被熔覆的基体上添加选择的涂层材料，经高能密度激光束辐照加热，使之和基体表面熔化，并快速凝固，从而在基材表面形成与其为冶金结合的表面涂层的工艺过程。作为近年来材料表面强化方面的先进技术，激光熔覆具有引起工件变形小、稀释率低、涂层与基材间结合力强等一系列优点，而在现有技术中常见的激光熔覆工艺并不能想当然的适用于低速重载船用柴油机活塞环槽上，仍需本领域技术人员根据基材以及所需性能的不同，合理的选择专门配制的熔覆粉末以及特定的熔覆工艺，否则熔覆层会出现气孔、裂纹等缺陷，影响工件的使用性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术存在的上述问题，通过反复研究改进，给出了一种激光制造低速重载船用柴油机活塞环槽的方法，采用这种特定的工艺方法，能够在活塞环槽端面上熔覆一层无裂纹、无杂质、组织致密的耐磨合金粉末，大幅度提高了活塞的使用寿命。本专利技术的目的是这样实现的：一种激光制造低速重载船用柴油机活塞环槽的方法，具体的激光熔覆工艺步骤如下。(1)根据合金粉末成分配置所需的粉末材料。(2)进行激光熔覆工作前，对活塞环槽进行清理，确保没有油污、杂质等。(3)选用DL-HL-T5000型CO2气体激光器，采用同步送粉的方式，利用气载送粉装置将合金粉末直接送入熔池，对活塞环槽端面进行激光熔覆,粉末的厚度为1.5-2mm。(4)对活塞环槽端面进行激光熔覆时，激光束倾斜射入活塞环槽，激光束与环槽底面的角度为35°~38°，熔覆过程中同轴吹送氩气进行保护，具体工艺参数如下：熔覆功率P=3000W~4000W；光斑直径D=3.5mm；扫描速度V=400~500mm/min；搭接率50%。本专利技术的原理通过调整激光入射角度，实现在无环槽上沿干涉的情况下对活塞环槽的端面进行激光熔覆，利用高能量密度激光束能够使合金粉末与基材快速融化并实现完全的冶金结合。使环槽端面获得一层高硬度的耐磨涂层，延长活塞的使用寿命。与现有技术相比,本专利技术的优势在于利用了激光熔覆这种先进的表面强化手段，与其他现有的技术相比，通过激光熔覆的活塞环槽耐磨涂层具有组织致密、变形小，稀释率低等优势，同时通过优化设计激光熔覆的工艺参数以及各元素成分在粉末材料中的配比，使熔覆层组织致密、均匀，无气孔、夹杂以及裂纹等缺陷。同时激光熔覆工艺更具有无污染、生产率高、能耗低、熔覆层加工余量小以及综合成本低等特点。具体实施方式实施例1。活塞环槽的材质为42CrMo，工作时承受着很大的机械应力和热应力，同时还承受着磨损。活塞环上下端面的磨损主要是因为机油燃油中的硬性残渣以及从大气中混进的尘埃颗粒在上下端面上形成机械研磨，本质上是磨料磨损。这些磨损长此以往使活塞环槽尤其是其上下边沿形成喇叭形缺口，严重影响活塞的密封性进而影响整个活塞的质量。本实施例提供了活塞环槽的激光熔覆方法，具体的工艺步骤如下。(1)前期机加。将需要进行激光熔覆的活塞环槽进行车削加工到达适合尺寸。(2)表面预处理。进行激光熔覆前，使用丙酮将活塞环槽内的油污清理干净。(3)合金粉末的选择与配比。选用铬含量较高的铁基合金粉末，与基材的结合性能更加，且形成的碳化物、硼化物硬度较高，可以很好的起到耐磨作用，同时这种粉末的熔覆性能较好，适应的工艺参数范围广，熔覆效果更加稳定，按所需成分配比粉末并充分混合，该铁基合金粉末的成分以重量百分数计为。C：0.14%；Cr：15.3%；Si：1.12%；Ni：1.81%；Mn:0.34；Mo：1.06%；B：1.24%；Fe：余量。(4)送粉装置及光头调节。为了使激光能够在无上下沿干涉的情况下顺利进入活塞环槽进行激光熔覆，调整旋转光头的角度，使激光束与环槽底面的角度为37°。(5)CO2气体激光器激光熔覆。使用DL-HL-T5000型CO2气体激光器对环槽端面进行激光熔覆，并在熔覆过程中以氩气作为保护气体。其中工艺参数为：熔覆功率P=4000W光斑直径D=3.5mm扫描速度V=400mm/min搭接率为50%。实施例2。活塞环槽的材质为42CrMo，工作时承受着很大的机械应力和热应力，同时还承受着磨损。活塞环上下端面的磨损主要是因为机油燃油中的硬性残渣以及从大气中混进的尘埃颗粒在上下端面上形成机械研磨，本质上是磨料磨损。这些磨损长此以往使活塞环槽尤其是其上下边沿形成喇叭形缺口，严重影响活塞的密封性进而影响整个活塞的质量。本实施案例提供了活塞环槽的激光熔覆方法，具体的工艺步骤如下。(1)前期机加。将需要进行激光熔覆的活塞环槽进行车削加工到达适合尺寸。(2)表面预处理。进行激光熔覆前，使用丙酮将活塞环槽内的油污清理干净。(3)合金粉末的选择与配比。选用铬含量较高的铁基合金粉末，与基材的结合性能更加，且形成的碳化物、硼化物硬度较高，可以很好的起到耐磨作用，同时这种粉末的熔覆性能较好，适应的工艺参数范围广，熔覆效果更加稳定，按所需成分配比粉末并充分混合，该铁基合金粉末的成分以重量百分数计为。C：0.14%；Cr：15.3%；Si：1.12%；Ni：1.81%；Mn:0.34；Mo：1.06%；B：1.24%；Fe：余量。(4)送粉装置及光头调节。为了使激光能够在无上下沿干涉的情况下顺利进入活塞环槽进行激光熔覆，调整旋转光头的角度，使激光束与环槽底面的角度为38°。(5)CO2气体激光器激光熔覆。使用DL-HL-T5000型CO2气体激光器对环槽端面进行激光熔覆，并在熔覆过程中以氩气作为保护气体。其中工艺参数为：熔覆功率P=3500W光斑直径D=3.5mm扫描速度V=450mm/min搭接率为50%。实施例3。活塞环槽的材质为42CrMo，工作时承受着很大的机械应力和热应力，同时还承受着磨损。活塞环上下端面的磨损主要是因为机油燃油中的硬性残渣以及从大气中混进的尘埃颗粒在上下端面上形成机械研磨，本质上是磨料磨损。这些磨损长此以往使活塞环槽尤其是其上下边沿形成喇叭形缺口，严重影响活塞的密封性进而影响整个活塞的质量。本实施案例提供了活塞环槽的激光熔覆方法，具体的工艺步骤如下。(1)前期机加。将需要进行激光熔覆的活塞环槽进行车削加工到达适合尺寸。(2)表面预处理。进行激光熔覆前，使用丙酮将活塞环槽内的油污清理干净。(3)合金粉末的选择与配比。选用铬含量较高的铁基合金粉末，与基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光制造低速重载船用柴油机活塞环槽的方法，其特征在于具体的激光熔覆工艺步骤如下：根据合金粉末成分配置所需的粉末材料；(2)进行激光熔覆工作前，对活塞环槽进行清理，确保没有油污、杂质等；(3)选用DL‑HL‑T5000型CO2气体激光器，采用同步送粉的方式，利用气载送粉装置将合金粉末直接送入熔池，对活塞环槽端面进行激光熔覆,粉末的厚度为1.5‑2mm；(4) 对活塞环槽端面进行激光熔覆时，激光束倾斜射入活塞环槽，激光束与环槽底面的角度为35°~38°，熔覆过程中同轴吹送氩气进行保护，具体工艺参数为：熔覆功率P=3000W~4000W；光斑直径D=3.5mm；扫描速度V=400~500mm/min；搭接率50%。

【技术特征摘要】
1.一种激光制造低速重载船用柴油机活塞环槽的方法，其特征在于具体的激光熔覆工艺步骤如下：根据合金粉末成分配置所需的粉末材料；(2)进行激光熔覆工作前，对活塞环槽进行清理，确保没有油污、杂质等；(3)选用DL-HL-T5000型CO2气体激光器，采用同步送粉的方式，利用气载送粉装置将合金粉末直接送入熔池，对活塞环...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴新欣，陈海涛，
申请(专利权)人：沈阳大陆激光工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21