一种高合金激光快速修复方法技术

本发明专利技术公开了一种高合金激光快速修复方法，属于激光熔覆技术领域，其包括如下步骤：步骤1，对待修复球墨铸铁轧辊进行机加工，去除疲劳层；步骤2，对待修复球墨铸铁轧辊局部加热；步骤3，激光涂覆过渡层，过渡层材料选择HRC40度的合金材料；步骤4，对上述步骤3涂覆过渡层后的轧辊二次机加工，保留厚度0.5‑1.5mm；步骤5，激光涂覆表面层；步骤6，对上述步骤5涂覆表面层后的轧辊三次机加工，去除毛刺。本发明专利技术通过对超厚、大面积激光快速立体成形成套设备的研发集成、熔覆材料的成分设计、工艺参数的确定等方面，显著提高了球墨铸铁轧辊及其高端关键零部件的再制造技术水平。

A rapid repair method for high alloy laser

The invention discloses a high alloy laser quick repair method, which belongs to the laser cladding technology field, and comprises the following steps: Step 1, treating the repair of spheroidal graphite cast iron roller for machining, removing the fatigue layer; step 2, treating the local heating of the repair of the nodular cast iron roll; step 3, laser coating transition layer, transition layer material Select the alloy material of HRC40 degree; step 4, the roll after coating the transition layer of the above step 3 is machined two times, and the thickness 0.5 is retained; step 5, laser coating surface layer; step 6, the roller is machined for three times after coating the surface layer above the above step 5, and the burr is removed. By integrating the research and development of the ultra thick, large area laser rapid stereotactic complete set of equipment, the composition design of the cladding material and the determination of the process parameters, the technical level of the re manufacturing technology of the ductile iron roll and the key parts of the top end is remarkably improved.

【技术实现步骤摘要】
一种高合金激光快速修复方法
本专利技术属于激光熔覆
，具体地说，涉及一种高合金激光快速修复方法。
技术介绍
再制造是以废旧产品的零部件为毛坯，主要以先进的表面工程技术为修复手段，在损伤的零件表面制备一薄层耐磨、耐蚀、抗疲劳的表面涂层，使其性能和质量恢复甚至超过新品状态。激光快速立体成形是指大尺度的激光熔覆(LaserCladding)技术，是一种新型的零部件制造和再制造技术，是涉及到光、机、电、材料、检测与控制等多学科的高新技术，是激光先进制造技术最重要的支撑技术，可以解决传统制造方法不能完成的难题，是国家重点支持和推动的一项高新技术。随着激光熔覆技术的成熟与发展，陆续成功地应用于瓦楞辊、缸套火焰环、发动机部件等，实现了以激光为主要加工手段对各种高附加值关键金属部件的修复。随着科学技术和工程技术的发展与需要，金属部件工作的条件愈来愈苛刻，经常工作在高交变应力、高温、高速、高腐蚀等极端条件下。因此，制造金属部件的材料需要同时具有多种性能才能满足零件特殊的服役条件。而且这些部件的制造成本、制造周期长，一旦失效产生巨大的经济损失和安全事故。如轮机装备中，各类重要的部件如：叶片、转子轴颈、阀杆、叶轮、阀门等；飞机发动机、内燃机部件等。这些工程上的技术难题，为激光熔覆技术提出了新的挑战。因此，如何解决极端条件下失效零部件的修复问题是十分迫切的。为解决极端条件下失效零部件的修复问题，则需要成功进行超厚、大面积激光熔覆，这不仅需要先进的激光器，还需要先进的熔覆加工头，以及先进的的机器人和控制系统，还有工艺控制技术。目前世界上已知的最先进的激光熔覆技术所能达到的技术为：超厚，JoiningTechnologies可达3英寸即76mm，大面积，AlabamaLaser可达1200mmx18000mm，高速，6kw光纤激光器最快的可达18kg/h。但值得指出的是，上述先进技术仅仅是各个公司在不同工况下所能达到的单一技术指标，不能反应行业综合技术现状，尤其是针对不同领域、不同工况情况下，技术的复杂性则进一步提高。球墨铸铁轧辊及其高端关键零部件的失效主要有断裂、腐蚀和磨损三种，而磨损失效占到了80％。据统计，我国每年因摩擦磨损造成的经济损失在1000亿元以上，仅磨料磨损每年就有消耗300多万吨金属耐磨材料。而球墨铸铁轧辊作为消耗量很大的轧制工具，其性能影响到钢材的质量，其成本影响到钢材的成本；目前球墨铸铁轧辊的主流制造方法还是离心复合铸造，工作层组织粗大、宏观偏析严重、碳化物分布不均匀，结合层容易结合不良，这些造成了球墨铸铁轧辊性能不够好也不够稳定；球墨铸铁轧辊的工作层只占到整个轧辊重量的20％左右，用完这部分就要报废，剩下的80％的金属就得重新熔炼才能被使用，这需要消耗大量的电力(加工每吨球墨铸铁轧辊至少需要1500度电)，而且由于金属熔炼中存在着组织遗传的问题，作为回料的废辊在熔炼时容易把一些缺陷遗传到新辊中，影响到新辊的性能；由此可见，球墨铸铁轧辊的再制造对于轧辊行业和钢铁行业的节能减排和降本增效都有着重大的意义。中国专利申请号01144662.5，公开日2002年6月5日的专利技术专利公开了一种应用于激光加工
的激光熔覆制造高速线材轧辊专用设备及熔覆方法，其专用设备包括有带有三爪卡盘2的轧辊轮坯转台1、固定在三爪卡盘2上的芯轴3、预加热固定在芯轴3上的轧辊轮坯14的预热炉15、置于预热炉顶部的专用防激光辐射保护窗口6、通过预热炉上部的热电偶测温孔11置入炉内的热电偶12、及电子控温装置9、激光工作装置和分体式送粉装置。熔覆方法特征在于在钢基轮坯的弧形曲面上填充金属粉末，采用激光熔覆办法制造轧辊工作层，轮坯表面每个轧道熔覆2-5层，每层11-15道搭接，层与层间的搭接面积为40-60％，熔覆速度通过轧辊轮坯转台设置为360-720°/min。中国专利申请号200810052212.9，公开日2008年7月23日的专利文件，公开了一种恢复提高热轧辊和冷轧辅助辊使用寿命的方法。其特点是包括以下步骤：(1)对失效或报废的所述轧辊的工作辊身进行应力检测，然后对显示应力集中部位进行裂纹和剥落层损伤程度检测；根据检测损伤程度再进行强度分析和剩余寿命评估；在此基础上对所述轧辊进行再制造工艺性、经济性评价，进行全寿命预测及全寿命周期设计；(2)对已完成全寿命设计的所述轧辊，应用激光实体自由成形技术进行原形快速成形；(3)所述轧辊经激光快速沉积成形后，立即进行沉积层的材料强韧化工艺处理。从现有技术来看，在球墨铸铁轧辊修复
，激光熔覆技术不仅很难实现超厚、大面积修复效果，甚至在解决熔覆开裂、熔覆层的气孔、结合层强度等技术问题上也存在较大壁垒，由此可见，激光熔覆技术在球墨铸铁轧辊修复再制造上的应用任重道远。
技术实现思路
1、要解决的问题针对现有激光熔覆技术中存在熔覆开裂、熔覆层气孔、结合层强度不够等技术问题，本专利技术提供一种高合金激光快速修复方法，通过对超厚、大面积激光快速立体成形成套设备的研发集成、熔覆材料的成分设计、工艺参数的确定等方面，显著提高了球墨铸铁轧辊及其高端关键零部件的再制造技术水平。2、技术方案为解决上述问题，本专利技术采用如下的技术方案。一种高合金激光快速修复方法，包括如下步骤：步骤1，对待修复球墨铸铁轧辊进行机加工，去除疲劳层；步骤2，对待修复球墨铸铁轧辊局部加热；步骤3，激光涂覆过渡层，过渡层材料选择HRC40度的合金材料，其组分为：Al：11％，Cu：6％，Ni为余量；涂覆工艺为：功率3kw-5kw，光斑直径：10mm2，焦距：300-330mm，工件旋转速度：120-150r/s，搭接宽度：1-1.5mm；步骤4，对上述步骤3涂覆过渡层后的轧辊二次机加工，保留厚度0.5-1.5mm；步骤5，激光涂覆表面层，表面层材料的组分为：Mg：1.2％-1.8％，Zn：0.25％，Cu：3.8％-4.4％，Mn：0.3-0.4％，Si：0.5％，Fe：0.8％，Ni：1.1％，Mo：0.5％-0.8％，余量为Al；涂覆工艺为：功率4kw-6kw，光斑直径：10mm2，焦距：280-290mm，工件旋转速度：120-150r/s，搭接宽度：1-1.5mm；步骤6，对上述步骤5涂覆表面层后的轧辊三次机加工，去除毛刺。优选地，上述步骤1中机加工为车削。优选地，上述步骤2中局部加热采用线圈感应加热法。优选地，上述步骤3和步骤5中激光涂覆采用4kw-6kw光纤耦合输出焊接机。优选地，上述步骤5中表面层材料的组分为：Mg：1.5％，Zn：0.25％，Cu：4.0％，Mn：0.35％，Si：0.5％，Fe：0.8％，Ni：1.1％，Mo：0.65％，余量为Al。优选地，上述步骤5中表面层材料为粉末状，其颗粒粒径为600-899纳米。3、有益效果相比于现有技术，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术的方法中在涂覆表面层之前进行了过渡层涂覆，能够使表面层更加牢固的粘接在球磨铸铁轧辊上，同时对待修复球磨铸铁轧辊表面机加工及加热处理同样能够提高粘接牢固程度；(2)本专利技术方法中采用4kw-6kw光纤耦合输出焊接机，功率高，同时由于球墨铸铁材质的轧辊含碳量高，在焊接时碳元素极易被氧化，由此本专利技术表面涂覆材料采用了特殊配方，其中稀有金属元素能够本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高合金激光快速修复方法，包括如下步骤：步骤1，对待修复球墨铸铁轧辊进行机加工，去除疲劳层；步骤2，对待修复球墨铸铁轧辊局部加热；步骤3，激光涂覆过渡层，过渡层材料选择HRC40度的合金材料，其组分为：Al：11％，Cu：6％，Ni为余量；涂覆工艺为：功率3kw‑5kw，光斑直径：10mm

【技术特征摘要】
1.一种高合金激光快速修复方法，包括如下步骤：步骤1，对待修复球墨铸铁轧辊进行机加工，去除疲劳层；步骤2，对待修复球墨铸铁轧辊局部加热；步骤3，激光涂覆过渡层，过渡层材料选择HRC40度的合金材料，其组分为：Al：11％，Cu：6％，Ni为余量；涂覆工艺为：功率3kw-5kw，光斑直径：10mm2，焦距：300-330mm，工件旋转速度：120-150r/s，搭接宽度：1-1.5mm；步骤4，对上述步骤3涂覆过渡层后的轧辊二次机加工，保留厚度0.5-1.5mm；步骤5，激光涂覆表面层，表面层材料的组分为：Mg：1.2％-1.8％，Zn：0.25％，Cu：3.8％-4.4％，Mn：0.3-0.4％，Si：0.5％，Fe：0.8％，Ni：1.1％，Mo：0.5％-0.8％，余量为Al；涂覆工艺为：功率4kw-6kw，光斑直径：10mm2，焦距：280-290mm，工件旋转速度：120-...

【专利技术属性】
技术研发人员：方钊，方长春，
申请(专利权)人：马鞍山市申马机械制造有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34