一种曲轴圆周表面激光修复的工艺方法技术

本发明专利技术涉及一种曲轴圆周表面激光修复的工艺方法，主要包括激光熔覆工艺和激光重熔工艺。本发明专利技术通过合理规划工艺参数，使修复层和基体形成致密的冶金结合体，从而抑制修复层的气孔和裂纹的产生，提高修复层的强度和耐磨度，延长曲轴的使用寿命，实现绿色再制造。实现绿色再制造。实现绿色再制造。

【技术实现步骤摘要】
一种曲轴圆周表面激光修复的工艺方法


[0001]本专利技术涉及曲轴再制造
，尤其涉及一种曲轴圆周表面激光修复的工艺方法。

技术介绍

[0002]曲轴广泛应用在发动机或其他往复式工作的机械中，需要承受交变载荷、高机械强度的精密昂贵部件。通常曲轴的失效形式主要有：主轴颈磨损、连杆轴颈磨损、裂纹、烧伤、擦伤、弯曲等，若不及时处理，对机器和人身安全都构成严重的威胁。目前对于失效曲轴的修复方式，主要有镀铬、热喷涂、电刷镀、等离子喷焊、焊接、增加轴套等传统修复技术。但是这些修复方式都与基材呈机械或半机械结合状态，结合力较低，很难保证修复层的耐磨度和强度，使用中非常容易剥落，回装后影响设备的安全运行。激光修复曲轴可以使修复层和基层形成致密的冶金结合体，但是会出现气孔和裂纹等缺陷，需在工艺方法上做进一步改进。
[0003]申请号为201611226609.6的中国专利公开了一种在倾斜基体上进行激光熔覆的方法，属于激光熔覆再制造
该方法先通过计算得到待修复面须倾斜的角度通过做多组不同参数组合实验得到最佳参数；然后保持激光头垂直，将待修复面倾斜角度选取不同的激光功率、扫描速度和送粉量，在已倾斜一定角度的基体上进行多组单道单层激光熔覆实验，确定最佳激光熔覆参数，使用此参数对零件进行修复，对于小模数的齿轮或形状复杂的零件，通过将待修复面倾斜一定的角度，解决了激光熔覆会造成激光头和零件发生干涉的问题，使熔覆过程能够正常顺利进行，提高了零件的使用寿命，节省成本。
[0004]虽然激光修复曲轴可以使修复层和基体形成致密的冶金结合体，不容易剥落，修复层成分及稀释率可控，修复层厚度调节范围大，热变形小。但是，工艺不合理将会造成修复层容易产生裂纹和气孔，影响修复层的质量，上述现有技术公开的方案中，只是在倾斜基体上进行激光熔覆的方法，并没有具体的激光修复工艺措施，因此，其能否在实际修复过程中产生理想的修复效果还有待于进一步探讨。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种曲轴圆周表面激光修复的工艺方法，通过激光熔覆工艺和激光重熔工艺，合理规划工艺参数，可有效抑制气孔和裂纹的产生，使修复层的质量致密无气孔裂纹，比原有基体的强度和耐磨度更高。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]本专利技术所提出的一种曲轴圆周表面激光修复的工艺方法，包括以下步骤：
[0008]S1：对失效曲轴表面进行着色剂检查表面裂纹，对曲轴内里使用超声波进行探伤检查裂纹深度；
[0009]S2：对曲轴失效表面进行减材处理；
[0010]S3：合金粉末预处理；
[0011]S4：进行单道单层激光熔覆实验，确定工艺参数；以激光功率、扫描速度、送粉速度为待优化参数，按照田口方法设计正交实验后，分别测得熔宽、熔高、稀释率为响应目标进行方差分析，得到激光功率、扫描速度、送粉速度的最佳工艺参数；
[0012]S5：确定多道单层激光熔覆的横向搭接率；
[0013]S6：开始激光熔覆，待修复件做圆周运动完成第一道激光熔覆，第一道及最后一道采用整圈熔覆方式，随着激光头沿直角坐标系中的X轴正方向运动完成下一道激光熔覆，中间激光熔覆轨迹为螺旋线轨迹，不断重复上述步骤，直到一层修复完成；
[0014]S7：进行多道多层激光熔覆实验，确定Z轴提升量ΔZ；
[0015]S8：激光熔覆前，观察润滑油道孔位，熔覆后应恢复润滑油道孔位；
[0016]S9：表面层进行激光重熔工艺，确定激光重熔工艺参数；
[0017]S10：激光重熔后，在专用设备上对曲轴的主轴颈进行校直；
[0018]S11：校直后，在专用磨床上对曲轴修复面进行磨削加工，并保证连杆轴径的圆跳动符合要求，并恢复润滑油道孔位；
[0019]S12：对磨削后的曲轴进行动平衡检测；
[0020]S13：对曲轴涂抹润滑油进行保护。
[0021]进一步的，所述步骤S2中，通过车削去除曲轴失效工作面、渗碳层以及疲劳层；根据减材处理后的直径d1与原曲轴直径D1，确定修复层总高度H1，从而确定修复面单层激光熔覆的高度h1，和需要熔覆的总层数n1；当n1≥2时，第一层需要进行打底处理，即使用自溶性好的镍基粉末来保证韧性，表面层采用铁基粉末来保证硬度，中间层使用过渡粉材。
[0022]进一步的，所述步骤S3具体包括：将合金粉末放在干燥箱中，在95
‑
105℃的条件下恒温干燥5.5
‑
6.6h，以减少粉末的团聚现象从而减少熔覆过程中的气孔裂纹缺陷。
[0023]进一步的，所述步骤S4具体包括：
[0024]S4.1、以激光功率、扫描速度、送粉速度为待优化参数作为3个因素，根据粉材和基体材料选取3个水平，获得正交试验表；
[0025]S4.2、根据需要熔覆的层数，选择相应熔覆粉末，利用Robotart、Robotmaster对熔覆轨迹进行编程，在与基体相同材料的样件上按熔覆轨迹进行单道熔覆试验；
[0026]S4.3、对得到的熔覆后样件沿熔覆轨迹的垂直方向进行切割，得到熔覆层横断面，进行预处理后在显微镜下得到熔覆层横断面的熔宽、熔高、熔深、熔覆层和稀释层的面积；
[0027]S4.4、计算以熔宽、熔高、稀释率为响应目标的方差分析表，得出三个待优化参数激光功率、扫描速度、送粉速度的最优参数组合。
[0028]进一步的，所述步骤S5具体包括：确定每两道相邻单层激光熔覆的偏移量λ，W表示熔宽，Δh表示表面平整度，为成型层中表面凸起处与凹陷处的高度差，在最佳搭接率下得到的成型件应满足Δh＝0，搭接计算公式为：
[0029]进一步的，所述步骤S7中，多层激光熔覆成型是通过Z向的不断累加得到的，单层成形截面高度为h，Z轴提升量为ΔZ，第一层成型在基板上，第二层之后的各层都成型在上一层的成形面上，为了保证后续堆积层表面平整，各层在堆积前应该将各层与上一层成形
轨迹有部分重合。
[0030]进一步的，所述步骤S9具体包括：选取不同的激光功率、扫描速度、横向搭接率组合，在表面层进行激光重熔试验，分别观察激光重熔后的实际形貌，最后确定出最佳激光重熔工艺参数，激光重熔功率为激光熔覆功率的40％
‑
50％，激光重熔速度为激光熔覆速度的1.2
‑
1.5倍，激光重熔偏移量为激光熔覆偏移量的75％
‑
85％；重熔时关闭送粉器，只打开内外保护气，给激光重熔工艺提供一个低氧环境。
[0031]本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：
[0032]1、本专利技术量化了多道单层激光熔覆的横向搭接率，同时量化了多道多层激光熔覆的Z轴提升量，有效减少了修复工艺流程，节约时间成本，提高修复效率；
[0033]2、本专利技术增加了激光重熔工艺，量化了激光重熔工艺的工艺参数，有效提高熔覆层质量，熔覆层变形小，组织致密，微观缺陷少，冶金结合强度高；
[0034]3、修复后的曲轴表面的强度、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种曲轴圆周表面激光修复的工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：对失效曲轴表面进行着色剂检查表面裂纹，对曲轴内里使用超声波进行探伤检查裂纹深度；S2：对曲轴失效表面进行减材处理；S3：合金粉末预处理；S4：进行单道单层激光熔覆实验，确定工艺参数；以激光功率、扫描速度、送粉速度为待优化参数，按照田口方法设计正交实验后，分别测得熔宽、熔高、稀释率为响应目标进行方差分析，得到激光功率、扫描速度、送粉速度的最佳工艺参数；S5：确定多道单层激光熔覆的横向搭接率；S6：开始激光熔覆，待修复件做圆周运动完成第一道激光熔覆，第一道及最后一道采用整圈熔覆方式，随着激光头沿直角坐标系中的X轴正方向运动完成下一道激光熔覆，中间激光熔覆轨迹为螺旋线轨迹，不断重复上述步骤，直到一层修复完成；S7：进行多道多层激光熔覆实验，确定Z轴提升量ΔZ；S8：激光熔覆前，观察润滑油道孔位，熔覆后应恢复润滑油道孔位；S9：表面层进行激光重熔工艺，确定激光重熔工艺参数；S10：激光重熔后，在专用设备上对曲轴的主轴颈进行校直；S11：校直后，在专用磨床上对曲轴修复面进行磨削加工，并保证连杆轴径的圆跳动符合要求，并恢复润滑油道孔位；S12：对磨削后的曲轴进行动平衡检测；S13：对曲轴涂抹润滑油进行保护。2.根据权利要求1所述的一种曲轴圆周表面激光修复的工艺方法，其特征在于：所述步骤S2中，通过车削去除曲轴失效工作面、渗碳层以及疲劳层；根据减材处理后的直径d1与原曲轴直径D1，确定修复层总高度H1，从而确定修复面单层激光熔覆的高度h1，和需要熔覆的总层数n1；当n1≥2时，第一层需要进行打底处理，即使用自溶性好的镍基粉末来保证韧性，表面层采用铁基粉末来保证硬度，中间层使用过渡粉材。3.根据权利要求2所述的一种曲轴圆周表面激光修复的工艺方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：将合金粉末放在干燥箱中，在95
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105℃的条件下恒温干燥5.5
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6.6h，以减少粉末的团聚现象从而减少熔覆过程中的气孔裂纹缺陷。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：于天彪，张莹莹，孟凡伟，孙嘉雨，关闯，陈莹，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：