一种球墨铸铁激光熔覆再制造界面缺陷控制方法技术

本发明专利技术公开了一种球墨铸铁激光熔覆再制造界面缺陷控制方法，包括如下步骤：(1)对工件表面待熔覆区域进行打磨、抛光、清洗、干燥，备用；(2)将经过步骤(1)预处理后的工件置于稳态磁场中，用夹具装夹使工件待熔覆区域位于稳态磁场中心，并将工件与直流电源连接；(3)调节磁场、直流电场强度、激光熔覆工艺参数，执行单层激光熔覆程序；(4)将经过步骤(3)处理的试样进行切割，将试样依次沿纵截面、横截面打磨抛光后用腐蚀液腐蚀，并进行金相拍摄。本发明专利技术于激光熔覆熔池中产生方向向下的定向洛伦兹力和与熔池流动方向相反的感应洛伦兹力，加速界面气泡排除、碳元素扩散，抑制熔池流动，有效提高球墨铸铁激光熔覆再制造质量的目的。球墨铸铁激光熔覆再制造质量的目的。球墨铸铁激光熔覆再制造质量的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种球墨铸铁激光熔覆再制造界面缺陷控制方法


[0001]本专利技术属于球墨铸铁激光熔覆
，具体涉及一种球墨铸铁激光熔覆再制造界面缺陷控制方法。

技术介绍

[0002]球墨铸铁由于其价格低廉，且同时具有良好的铸造性能、切削加工性能，以及与钢接近的强度和韧性，被广泛应用于如大型缸体、曲轴等现代工业装备中。球墨铸铁类构件往往采用整体铸造生产，其形状复杂、体积较大、造价昂贵。但该类构件在生产和服役过程中会产生不可避免的开裂、磨损、腐蚀等缺陷，若该类缺陷出现在如缸体端面等关键部位极易造成构件整体失效，产生巨大的经济损失。
[0003]目前常采用焊补方式对球墨铸铁缺陷进行修复。常见的焊补方式有手工电弧焊、CO2气体保护焊等，此类修复方式往往需手工操作，存在着热输入量大、焊缝质量不稳定等问题，难以满足构件使用要求。
[0004]近年来，由于激光熔覆其热输入量较小、热影响区范围较窄、成形层组织稀释率较低、对基体材料的组织性能影响较小、自动化程度高、柔性大、能耗低、操作环境好等特点成为了球墨铸铁构件修复的新方式。然而，在铸铁激光熔覆过程中，容易在熔覆层结合界面附近产生白口组织、气孔等缺陷。因此需要更有效的技术手段，来控制球墨铸铁激光熔覆再制造界面缺陷。

技术实现思路

[0005]为解决现有铸铁激光熔覆过程中存在的容易在熔覆层结合界面附近产生白口组织、裂纹、气孔等缺陷的技术问题，本专利技术提供一种球墨铸铁激光熔覆再制造界面缺陷控制方法。本专利技术中通过在球墨铸铁激光熔覆过程中施加稳态磁场和直流电场，于激光熔覆熔池中产生方向向下的定向洛伦兹力和与熔池流动方向相反的感应洛伦兹力，加速界面气泡排除、碳元素扩散，抑制熔池流动，从而达到抑制球墨铸铁激光熔覆再制造界面处白口组织、气孔等缺陷形成，有效实现提升球墨铸铁激光熔覆再制造质量的目的。
[0006]一种球墨铸铁激光熔覆再制造界面缺陷控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
[0007](1)工件预处理
[0008]对工件表面待熔覆区域进行打磨、抛光、清洗、干燥，备用；
[0009](2)将经过步骤(1)预处理后的工件置于稳态磁场中，用夹具装夹使工件待熔覆区域位于稳态磁场中心，并将工件与直流电源连接，在激光熔覆熔池中产生与熔池流动方向相反的感应洛伦兹力和方向向下的定向洛伦兹力；
[0010](3)调节稳态磁场、直流电源强度、激光熔覆工艺参数，执行单层激光熔覆程序；
[0011]稳态磁场为0.5～2.5T；
[0012]直流电源为250～1000A；
[0013]激光熔覆工艺参数为：保护气流量10～18L/min，熔覆粉末为粒径100～200目的铁基合金粉末，送粉速率5～20g/min，激光光斑直径2～6mm，激光功率1～6kW，扫描速度4～15mm/s，多道搭接率20～50％；
[0014](4)将经过步骤(3)处理的试样进行切割，将试样依次沿纵截面、横截面打磨抛光后用腐蚀液腐蚀，并进行金相拍摄。
[0015]优选地，步骤(1)中，所述工件为球墨铸铁材料。
[0016]优选地，步骤(1)中，所述打磨、抛光处理是使用角磨机进行处理，使工件待熔覆区域表面无污物、氧化物残留。
[0017]优选地，步骤(1)中，所述清洗处理是将工件完全浸没于浓度为100％的乙醇溶液中，进行时长为20～40分钟、频率为25～40kHz、温度为40～60℃的恒温超声清洗。
[0018]优选地，步骤(1)中，所述干燥处理是使用热风枪以50℃温度吹工件，直至工件整体干燥。
[0019]优选地，步骤(2)中，所述稳态磁场是由电磁铁产生的。
[0020]优选地，步骤(2)中，所述激光熔覆过程将熔化熔覆粉末与工件表面产生熔覆熔池。
[0021]优选地，步骤(2)中，所述稳态磁场将产生与激光熔覆熔池流动方向相反的感应洛伦兹力，减缓熔池流动速度。
[0022]优选地，步骤(2)中，所述直流电源在激光熔覆熔池中产生的直流电流使金属熔液在稳态磁场中根据左手定则受到竖直向下的定向洛伦兹力；激光熔覆熔池中的气泡受到竖直向上的定向洛伦兹力的反作用力，加速逸出熔池；激光熔覆熔池中的石墨球受到竖直向上的定向洛伦兹力的反力，促使碳元素向上扩散，减少界面碳元素富集形成白口组织。
[0023]优选地，步骤(4)中，所述腐蚀液为4％硝酸酒精溶液。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：
[0025]1.本专利技术完全消除了球墨铸铁激光熔覆再制造过程中熔覆层中所存在的气孔缺陷，同时使熔覆再制造界面处白口组织断续分布，有效提高球墨铸铁激光熔覆再制造质量。
[0026]2.本专利技术在球墨铸铁激光熔覆再制造过程中所施加的稳态磁场、直流电场不影响原有激光熔覆工艺，可在原有激光熔覆工艺基础上施加稳态磁场、直流电场，不需再进行工艺探索。
附图说明
[0027]图1为本专利技术的装置结构示意图。
[0028]图2为本专利技术激光熔覆过程示意图。
[0029]图3为本专利技术激光熔覆过程熔池中气孔、石墨球的受力示意图。
[0030]图4为本专利技术实施例1工艺条件下所得试样纵截面显微金相图。
[0031]图5为本专利技术实施例1工艺条件下所得试样横截面界面显微金相图。
[0032]图6为本专利技术实施例2工艺条件下所得试样纵截面显微金相图。
[0033]图7为本专利技术实施例2工艺条件下所得试样横截面界面显微金相图。
[0034]图8为本专利技术实施例3工艺条件下所得试样纵截面显微金相图。
[0035]图9为本专利技术实施例3工艺条件下所得试样横截面界面显微金相图。
[0036]图10为本专利技术实施例4工艺条件下所得试样纵截面显微金相图。
[0037]图11为本专利技术实施例4工艺条件下所得试样横截面界面显微金相图。
[0038]图中，101为激光制造系统，102为工件，103为电磁铁，104为直流电源；201为激光熔覆熔池，202为球墨铸铁构件，203为熔池内气孔，204为熔池内石墨球。
具体实施方式
[0039]以下结合附图对本专利技术实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术实施例，并不用于限制本专利技术实施例。
[0040]需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0041]下面将参考附图并结合示例性实施例来详细说明本专利技术。
[0042]实施例1
[0043]球墨铸铁激光熔覆再制造所用基材为QT400
‑
18，机械加工成240
×
20
×
10mm的金属试样，所用熔覆粉末为粒径200目的316L铁基合金粉末。
[0044](1)使用角磨机对基材进行打磨抛光处理，使工件待熔覆区域表面无污物、氧化物残留；再将工件完全浸没于浓度为100％的乙醇溶液中，进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种球墨铸铁激光熔覆再制造界面缺陷控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)工件预处理对工件表面待熔覆区域进行打磨、抛光、清洗、干燥，备用；(2)将经过步骤(1)预处理后的工件置于稳态磁场中心，并将工件与直流电源连接，在激光熔覆熔池中产生与熔池流动方向相反的感应洛伦兹力和方向向下的定向洛伦兹力；(3)调节稳态磁场、直流电源强度、激光熔覆工艺参数，执行单层激光熔覆程序；稳态磁场为0.5～2.5T；直流电源为250～1000A；激光熔覆工艺参数为：保护气流量10～18L/min，熔覆粉末为粒径100～200目的铁基合金粉末，送粉速率5～20g/min，激光光斑直径2～6mm，激光功率1～6kW，扫描速度4～15mm/s，多道搭接率20～50％；(4)将经过步骤(3)处理的试样进行切割，将试样依次沿纵截面、横截面打磨抛光后用腐蚀液腐蚀，并进行金相拍摄得到试样纵截面显微金相图和试样横截面界面显微金相图。2.如权利要求1所述的一种球墨铸铁激光熔覆再制造界面缺陷控...

【专利技术属性】
技术研发人员：王梁，谭哲昊，姚建华，胡勇，葛鸿浩，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：