[发明专利]十字轴的激光熔覆修复工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光熔覆方法，尤其是一种十字轴的激光熔覆修复方法。

背景技术

十字轴是连接四个方向转动的传动部件，应用在大型机械的传动连接结构部位，其制作工艺复杂，成本高，工期长。十字轴由于其部位的特殊性，要求十字轴要达到内柔外刚的高机械性能。基体材料选择韧性较好的中低碳钢或合金钢，在保证中心部位韧性的同时,要求连接轴承的外圆面要达到较高的硬度和耐磨性，于是要在这一部位表面渗碳淬火，提高表面硬度、强度和耐磨性。十字轴使用环境恶劣，长期处于四轴旋转的磨损抗扭环境中，轴承挡会在使用过程中产生尺寸磨损和疲劳层剥落现象，导致零件失效。对十字轴进行修复时，由于部件的表面碳含量高、硬度高，喷涂喷焊这些物理结合的方式容易会出现剥落现象，电弧焊又会因热量输入大、焊接应力大，导致变形大、硬度低、易开裂等缺陷。

激光熔覆是指以不同的添料方式在被熔覆基体表面上放置被选择的涂层材料经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低，与基体成冶金结合的表面涂层，显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性的工艺方法，从而达到表面改性或修复的目的。与堆焊、喷涂、电镀和气相沉积相比，激光熔覆具有稀释度小、组织致密、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多、粒度及含量变化大等特点。如何将激光熔覆技术有效的应用于十字轴的修复，是本领域的技术人员需要解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种对十字轴表面进行激光熔覆，使其尺寸恢复到使用要求，并且修复后的硬度和耐磨性超过原有性能的十字轴的激光熔覆修复工艺。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种十字轴的激光修复工艺，包括以下步骤：

A.对十字轴表面进行处理，对十字轴进行失效分析；

B.对十字轴进行80℃至150℃的整体预热；

C.根据十字轴的失效分析结果，优化工艺参数，进行激光熔覆；

采用预置送粉的方式，以快速横流二氧化碳激光器为光源对十字轴进行连续搭接扫描，激光功率为1500W至1900W，标高为260mm至275mm，光斑尺寸为10mm×1.8mm，扫描速度为110mm/min至130mm/min，搭接量为6.5mm，送粉量为12g/min 至18g/min；所采用的合金粉末的组分及重量百分比含量是C≤0.1%，Cr：10%至13%，B：1.5%至2.5%，Si：1%至2%，Mo：0.5%至1.2%，Mn：8%至12%，W：6%至12%，TiO₂：5%至15%，其余为Fe；

D.进行检测。

为了使得待修复的十字轴在激光熔覆的过程中修复成功，并且获得更好的修复效果，一种优选的技术方案是：上述步骤A是将十字轴上的灰尘、油污、锈蚀清除；检测十字轴各部位的尺寸，确定失效部位及其磨损量，确定十字轴变形量；去除十字轴失效部位的疲劳层0.5mm至2mm，并进行清洗。

为了保证修复后的十字轴的质量，一种优选的技术方案是：上述步骤D是检测十字轴表面硬度；检测十字轴变形量；对十字轴表面进行机械加工；进行探伤、校验。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

（1）本发明的十字轴的激光修复工艺中采用自制的合金粉末，合金粉末的成分中通过严格控制C的含量，使其不大于0.1%，有利于提高粉末的润湿性，以防止在熔覆过程中产生裂纹；通过添加适量的B、Si使合金在凝固后形成以奥氏体为主的基体，以满足其硬度要求，并且使得合金粉末具有良好的自熔性；利用适量的Cr、Mo元素对铁基合金进行元素强化，另外还添加了适量的Mn、W、TiO₂对铁基合金进行更进一步的合金强化，即使C含量较低，熔覆层的硬度也能达到55HRC以上，耐磨性相较修复前提高15%以上，后期使用周期较修复前提高35%以上。

（2）本发明的十字轴的激光修复工艺采用宽带激光束，效率更高；采用预置送粉的方式，严格控制送粉量，并对激光功率、扫描速度、搭接量等进行了优化，使得熔覆层的组织均匀性好、厚度和硬度均匀。该工艺使得熔覆层与十字轴失效部位的基体的熔合率高、结合紧密，十字轴变形量小，十字轴表面没有裂纹和气孔，硬度高，具有极好的耐磨性。

（3）本发明的十字轴的激光修复工艺采用低于150℃的低温进行整体预热，可以避免高温预热使得十字轴产生热变形，同时有效地降低了堆焊的温度梯度，具有减小激光熔覆过程中的应力的作用。采用该工艺修复的十字轴，在激光熔覆后无需进行保温，更无需进行退火。