[发明专利]一种灰铸铁缸盖自动化激光熔覆再制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及装备再制造领域，特别涉及一种灰铸铁缸盖自动化激光熔覆再制造方法。

背景技术

灰铸铁由于其价格便宜，具有良好的铸造性能、优良的减振性、良好的耐磨性能、优异的切削加工性能、较高的抗拉强度、低的缺口敏感性、良好的导热性能等优点，在工业生产中常用来制作大型铸件。发动机缸盖是采用该材料制造的典型零件之一。这种大型构件通常需要复杂的热处理和制造工艺，以及精确的机械加工等，需要专项设备制备，价格比较昂贵，成本很高。

然而在使用过程中，由于灰铸铁自身疏松组织特性、片状石墨割裂效应，导致灰铸铁的抗拉强度、塑性、韧性远低于钢，力学性能较差。一些杂质成分对灰铸铁本身组织、结构也有一定的影响。灰铸铁的这些特性导致灰铸铁缸盖缺陷较多，其中最为常见的缺陷类型是在气门间“鼻梁”部位产生横断裂纹，所述横断裂纹产生的原因与该部位结构特征和工况环境密切相关。气缸盖在发动机工作过程中承受高温，需要内部循环水路的及时冷却，故缸盖的结构设计较为复杂，而“鼻梁”部位为实心结构，循环水冷却效应较弱，同时该部位在工作中要承受高温、高压燃气的作用和较大的机械载荷冲击，在热应力作用下导致该部位发生疲劳断裂。

倘若发生疲劳断裂的缸盖直接报废，作为废品回炉，那么构件制造时的劳动价值与能源价值等附加值全面丢失，所获得的产品只能作为原材料使用，造成极大的浪费。工业上常采用焊补方式进行修复，常见的焊补方法有手工电弧焊和CO₂气体保护焊，但这些方法存在以下问题：热输入量过大，对基体热影响严重，导致焊缝残余应力过大，焊接接头存在白口组织与淬硬组织，焊缝极易开裂。虽然采用异质焊缝材料可减小焊接接头组织的白口倾向，但对多层堆焊后残余应力的控制还缺乏有效的技术手段。

发明内容

本发明的目的在于克服现有焊补方法所形成的焊缝易开裂，残余应力大的缺陷，从而提供一种灰铸铁缸盖的自动化激光熔覆再制造方法，包括：

步骤1)、配制灰铸铁激光熔覆修复材料；其中，

所述灰铸铁激光熔覆修复材料具有以下理化属性：强度不低于基体，塑性、韧性高，抗开裂性能突出；可阻隔碳元素扩散，抑制界面白口化作用显著；具有良好的自脱氧、造渣能力，表面出现质量优异，内部无气孔；与灰铸铁基体具有良好的润湿性，激光熔覆成形性优异；

步骤2)、对灰铸铁缸盖上的“鼻裂”裂纹的深度做无损检测；

步骤3)、对灰铸铁缸盖上的“鼻裂”部位做修复前的预处理，在所述预处理中，根据步骤2)得到的裂纹深度检测结果去除“鼻裂”部位的裂纹，形成一坡口，然后利用角砂轮打磨坡口周围直至露出新鲜金属表面，用丙酮溶液清洗坡口及其周围表面；

步骤4)、通过激光熔覆对所述灰铸铁缸盖上的“鼻裂”部位做仿形修复；该步骤包括：

步骤4-1)、在所述灰铸铁缸盖上的所述坡口处做单道单层熔覆；

步骤4-2)、在所述灰铸铁缸盖上的所述坡口处形成打底层；

步骤4-3)、在步骤4-2)所生成的打底层的基础上，做多层堆积仿形修复；

步骤5)、对修复部位去除应力。

上述技术方案中，在所述的步骤1)中，所述灰铸铁激光熔覆修复材料为Ni-Cu系合金粉末，该合金粉末中包括质量分数为0.01％～0.05％的C元素、质量分数为2.0％～4.0％的Si元素、质量分数为1.0％～3.0％的B元素、质量分数为0.1％～1.0％的Fe元素、质量分数为10％～40％的Cu元素以及质量分数为Bal的Ni元素。

上述技术方案中，在所述的步骤3)中，所述坡口为“V”形坡口，所述“V”形坡口底部为圆角，对于10mm深度的坡口，坡口夹角不低于80°  。

上述技术方案中，在所述的步骤4-1)中，所述的在所述灰铸铁缸盖上的所述坡口处做单道单层熔覆包括：在做单道单层熔覆时，采用侧向同步送粉方式，高纯氮气保护，激光功率为800 W，扫描速度为150mm/min，送粉电压为11 V，光斑尺寸为3.5 mm，送粉载气流量为200 L/h，所形成的熔覆层单层厚度为0.5mm。

上述技术方案中，在所述的步骤4-2)中，在所述灰铸铁缸盖上的所述坡口处形成打底层时，采用单道激光熔覆工艺，在熔覆时，需调整机器人，控制激光束轴心与坡口表面夹角在70～90°的范围内；激光束轴心与粉末喷枪轴心夹角范围为10～45°，打底熔覆层搭接率为45％。