[发明专利]泵类零部件微细裂纹快速修复延寿方法与装置

说明书

技术领域；

本发明涉及金属表面防护技术领域和激光加工应用技术领域，特指一种酸碱性环境下泵类零部件的微细裂纹快速修复延寿方法与装置。

背景技术

激光冲击强化（LSP）是一种利用激光冲击波对材料表面进行改性，提高材料的抗疲劳、磨损和应力腐蚀等性能的技术。其原理是高能量短脉冲激光诱导的冲击波与材料相互作用，在金属材料表面形成塑性变形层，产生孪晶等晶体并形成极细小的位错亚结构，使材料表层形成很大的残余压应力，从而使金属材料的疲劳强度、硬度等性能得以提高，尤其是疲劳寿命。这一技术已在航空、船舶、机械工程、微电子等各行各业中得到了广泛应用，目前该技术主要用于材料改性、金属冲击强化和成形，以及无损检测等方面。

进入21世纪，保护地球环境、构建循环经济和保持社会可持续发展已成为世界各国共同关心的话题。目前大力提倡的循环经济模式是追求更大经济效益、更少资源消耗、更低环境污染的一种先进经济模式。所以产品的修复问题和延长使用寿命问题变的至关重要。

在实际生产应用中，泵类壳体在铸造、运输和运行等过程中，有可能产生微细裂纹，甚至局部损坏，叶片在运行一段时间后，由于在扭矩的长期作用下或铸造时在气孔、砂眼等在外部应力的作用下，也可能造成微细裂纹的产生。这些微细裂纹会给产品的安全运行带来很大威胁，因此对易产生裂纹部位进行无损探伤检查，及时处理缺陷、消除事故隐患十分必要。目前用于修复泵类零部件裂纹的方法有氩弧焊、等离子喷涂、等离子电弧焊、钨极惰性气体保护焊和激光熔覆等方法。氩弧焊、等离子喷涂、等离子电弧焊、钨极惰性气体保护焊这些方法在修复过程中热输入量较大，热影响区极易出现热裂纹，焊接容易变形，使用过程中容易产生脱落、开裂等问题，同时修复过程中引起的收缩变形使叶片的安装精度难以保证，因此这些方法的应用具有很大的局限性。激光熔覆是超快速加热和超快速冷却的过程，具有对基材的热输入量少、热影响区小、熔覆层组织细小、与基体形成良好的冶金结合和易于实现自动化等优点，采用激光熔覆的方法修复泵类壳体及叶片裂纹与其他方法相比具有明显的优势，但在激光熔覆的过程中容易产生裂纹等内部缺陷而影响了熔覆层的质量。上述方法中都有一个共同不足之处在于修复过程中易产生裂纹，裂纹的不断扩展严重影响了泵类壳体及叶片的正常运行和使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于针对以上技术的不足，避免传统泵类零部件微细裂纹修复过程中出现热影响区形成新的裂纹，提供一种泵类零部件的微细裂纹快速修复延寿方法与装置。该方法在修复过程中不会出现热裂纹，不仅能有效修复微细裂纹而却能提高泵类零部件的机械力学性能，也解决了泵类零部件在酸碱性液体环境下实际应用的难题。采用本发明方法和装置对损伤泵类零部件修复后，达到了延寿、提高其可靠性和安全性的目的。

实现本发明方法的装置包括控制系统、光学系统、工件夹具系统和在线喷涂系统。所述的控制系统包括工业控制器、数字控制器、激光控制器、加热控制器。数字控制器上端与激光控制器相连，下端与工业控制器相连，加热控制器与工业控制器相连，工业控制器通过数字控制器分别控制激光控制器、光斑大小调节装置和多轴联动工作台，激光控制器控制高功率脉冲激光装置，加热控制器控制加热管。所述的光学系统包括高功率脉冲激光装置、导光管、45°全反镜、冲击头和光斑大小调节装置。光斑大小调节装置位于45°全反镜与冲击头之间，与数字控制器相连，45°全反镜在光斑大小调节装置上方，冲击头在光斑大小调节装置下方，聚焦透镜位于冲击头内，导光管把激光器、45°全反镜、光斑大小调节装置和冲击头串联起来，其一端连接着激光器，另一端对着工件夹具系统，冲击头位于工件夹具系统上面。所述的工件夹具系统包括多轴联动工作台、泵类零部件和夹具，泵类零部件通过夹具固定在多轴联动工作台上；所述的在线喷涂系统包括储料罐、高压柱塞泵、流量调节装置、连接管、支撑架、加热管和喷枪，储料罐和高压柱塞泵相连，流量调节装置通过连接管把高压柱塞泵和喷枪连接起来，加热管固定在支撑架。

本发明其特征在于所喷涂的涂料含10-60﹪复合特钛粉或片状锌粉，涂料厚度为40-120μm，创新之处在线喷涂系统使用复合特钛粉或片状锌粉涂料即增大了激光力效应，而且这种涂料特别耐酸耐碱，解决了泵类零部件经常处于酸碱性液体环境，实际应用易腐蚀的难题；本发明其特征还在于该方法的完成要结合本发明装置才能实现。